Rheb1调控胰岛β细胞胰岛素分泌的机制研究

Rheb1, known as Ras homolog enriched in brain 1, is a GTP-binding protein that is ubiquitously expressed in the cells/tissues of humans and other mammals. The protein is mainly involved in the mTORC1 signaling pathway and plays important roles in the regulation of cellular proliferation, growth and cell cycle. Our preliminary data showed that ablation of Rheb1 in pancreatic β cells decreased insulin secretion and down-regulated GLUT2 expression in pancreatic β cells, which effects might be independent of mTOR. In this project, we will use pancreatic β cell-specific knockout/overexpression of Rheb1 models to demonstrate the detailed mechanism by which Rheb1 regulates insulin secretion and GLUT2 expression. We will use different research strategies such as Rheb1 konckout/overexpression β cell lines, pancreatic β cell-specific Rheb1 knockout/transgenic mice and human islets to further study the mechanism Rheb1-GLUT2 regulation. We believe that our study will provide important information on the regulation of pancreatic β cell function and insulin secretion, which could reveal potential new strategies and new drug targets for the clinical treatment of diabetes.

小G蛋白家族分子 Rheb1（Ras Homolog Enriched in Brain 1）属于RAS家族的重要基因,其主要功能被认为是通过直接激活mTORC1信号通路调控细胞增殖、生长和再生。Rheb1是否直接影响胰岛素分泌目前尚未可知。我们前期数据显示在胰岛β细胞中敲除Rheb1基因抑制GLUT2表达，导致胰岛β细胞胰岛素分泌下降。一个重要发现是，Rheb1对于GLUT2的调控可能不依赖于mTORC1信号通路。本研究在国内外首次利用胰岛β细胞特异性 Rheb1 基因敲除和过表达小鼠模型（下文称“bRheb1KO小鼠”和“bRheb1Tg小鼠”）以及独特的Rheb1敲除/过表达β细胞模型和人胰岛模型，从在体、细胞和分子三个不同层面系统研究Rheb1对胰岛β细胞胰岛素分泌的调控作用，阐明胰岛素分泌调控的新机制，为糖尿病的预防和治疗提供新的靶点和思路。

目的：研究Rheb1对胰岛β细胞质量和功能的影响及其相关机制。.方法：（1）通过蛋白印迹法（Western blot，WB）技术检测人和小鼠不同组织中Rheb1蛋白的表达差异情况；（2）利用Rheb1flox/flox小鼠分别与Ins2-cre以及Ins1-creER小鼠交配得到胰岛β细胞特异性敲除Rheb1（Rheb1βKO）以及他莫昔芬诱导性β细胞特异性敲除Rheb1（Rheb1Tm-βKO）的小鼠，共2种小鼠模型；（3）利用WB和免疫荧光技术（immunofluorescence，IF）检测小鼠的构建是否成功；（4）利用葡萄糖耐量实验和胰岛素耐量实验检测小鼠糖耐量及胰岛素敏感性情况；（5）利用高糖钳夹和胰岛灌流技术检测小鼠胰岛β细胞的功能；（6）利用Rheb1腺病毒过表达或者siRNA敲除Rheb1，观察细胞表型变化；（7）机制研究中，我们利用雷帕霉素抑制雷帕霉素复合物1（mTORC1）信号通路，明确Rheb1对于表型改变与mTORC1信号通路的关系。.结果： Rheb1作为mTORC1的靶标的上游激活剂，在人类和小鼠的胰岛中高度表达。此外，β细胞特异性敲除Rheb1的小鼠可以导致糖耐量受损，β细胞大小和质量降低，葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）受损。并且，人胰岛中敲低Rheb1基因同样可以引起GSIS减弱。相反，人和鼠胰岛中Rheb1的上调可以增加β细胞的增殖并减少β细胞凋亡，从而导致β细胞大小和质量的增加。机制上，Rheb1可以通过mTORC1上调增加CyclinD1/2和GLUT的表达，进而促进人和小鼠胰岛中β细胞的增殖并促进GSIS。.结论：我们的发现揭示了Rheb1在调节胰岛β细胞质量和GSIS中的关键作用和部分机制。Rheb1不仅可以通过mTORC1通路正向调控β细胞质量，还可以直接通过调控葡萄糖摄取和线粒体功能进而调控GSIS。