慢性砷暴露与胰岛β细胞功能障碍：T淋巴细胞活化介导的间接作用

Diabetes mellitus (DM), has been an increasing threat to public health in the world, by affecting nearly 10% adult population. It is particularly important for primary prevention against DM to identify modifiable risk factors. Data from epidemiological studies reported that arsenic exposure is associated with the new onset of diabetes. However, current available data are unable to provide clear insight on potential mechanisms. Our preliminary work suggest one hypothesis that inorganic Arsenic exposure (especially long-term) predispose exaggerated cell-mediated immunity, thereby potentiates the onset of type 1 diabetes mellitus by facilitating the insulitis. To test this, we aimed to address following questions: (1) whether chronic exposure of arsenic influence the pathogenesis of type 1 DM in animal models such NOD mice? (2) Whether chronic exposure of arsenic alters the differentiation of T lymphocyte subsets? (3) Whether the phenotype seen in diabetic mice will be corrected by pharmacological manipulation on T lymphocytes? Here we propose to execute a serial of in vivo and in vitro experiments including transgenic mice, flow cytometry, insulin resistance test, islet pathology et al. We expect to identify a novel mechanism for T lymphocyte that might response for the unusual link between arsenic exposure and diabetes mellitus.

糖尿病是影响人类健康的重大威胁之一，全球范围内约有10％的成年人罹患糖尿病。因此寻找相关危险因素并进行干预是糖尿病防治的首要任务，具有重要的社会及经济价值。流行病学研究显示砷暴露与糖尿病的发生、进展息息相关。但目前现有资料尚不能完全解释两者的内在联系。基于前期工作结果，我们提出如下假说:长期砷暴露能激活免疫系统，促进自身免疫性胰岛炎症，最终影响I 型糖尿病的进程。因而，该项目将通过以下三个问题来验证此假说： 1）慢性砷暴露是否影响1型糖尿病的病程？2）慢性砷暴露能否调节T淋巴细胞的活化？3）调控T淋巴细胞的活化能否改变慢性砷暴露对1型糖尿病病程的影响？ 本课题将运用转基因小鼠、流式细胞仪、胰岛素抵抗试验、胰岛病理学等方法手段，试图阐述T 淋巴细胞活化在砷暴露与糖尿病相关性中的机制。

砷暴露及其所致损害已经成为全世界广泛关注的严重环境问题之一，砷中毒造成人体多器官和多系统损害，长期砷暴露引起糖尿病。由于砷暴露所致糖尿病机制仍不清楚，目前对砷中毒及其所致糖尿病尚无有效的预防和治疗药物。.本项目利用不同水平亚砷酸钠慢性处理小鼠的动物实验；不同水平亚砷酸钠急性处理离体原代CD4+T淋巴细胞及其与胰岛MIN6细胞或肝L-02细胞共培养处理；不同水平亚砷酸钠急性处理小鼠胰岛、胰岛MIN6细胞或肝L-02细胞的离体实验等体内和体外研究。运用多种分子生物学和毒理学方法，探讨了以下主要内容：砷慢性暴露所致小鼠胰腺及肝组织的损害作用；砷暴露通过介导CD4+T淋巴细胞活化间接影响胰岛β细胞功能及机制；砷暴露通过介导CD4+T淋巴细胞活化间接影响肝细胞功能及机制；砷暴露对胰岛β细胞的直接损害作用及机制；砷暴露所致肝脏胰岛素抵抗的作用及机制。.研究结果发现：砷慢性暴露引起小鼠胰腺和肝组织产生损害作用；引起小鼠胰岛CD4+T淋巴细胞侵润、炎症反应和胰及肝组织结构破坏；砷暴露引起离体原代T细胞向Th17细胞和Treg细胞分化；并通过影响CD4+T淋巴细胞而间接引起胰岛β细胞胰岛素分泌和细胞凋亡及肝细胞葡萄糖摄取和糖原合成障碍，其可能与阻滞IRS1/Akt通路活化有关；miR-149靶向调控mafA在砷暴露所致胰岛β细胞的胰岛素合成和分泌障碍中具有重要作用；miR-191调控IRS-1/Akt通路参与砷暴露所致肝细胞产生胰岛素抵抗。.本项目的研究结果揭示了砷暴露所致胰岛和肝组织损害及糖尿病发生发展的部分分子机制，并为寻找砷所致胰和肝组织损害及糖尿病危害的早期生物标志和发现新的防治措施提供新线索。本项目的研究结果不仅对于砷中毒而且对于环境有害因素暴露所致机体损害防控具有重要的科学意义和一定的应用价值。