胰岛素原的错误折叠和内质网应激在胰岛β细胞功能衰竭中的作用

研究表明，在多种可致β细胞衰竭的原因中，由胰岛素原错误折叠所致的内质网应激在2型和某些单基因异常所致的糖尿病中起着重要作用，但其分子机制尚未阐明。我们以往研究提示：错误折叠的胰岛素原可能通过两种相互关联的机制致使β细胞衰竭，首先，它可与共表达的正常胰岛素原通过分子间相互作用，形成错误折叠的二聚体或多聚体，从而影响正常胰岛素原的转运和加工，导致胰岛素的缺乏；其次，错误折叠的胰岛素原堆积于内质网，可诱导内质网应激并导致β细胞凋亡。因此，本课题拟在描述与人DM相关的突变型胰岛素原的生物学特性的基础上，进一步检测错误折叠胰岛素原对共表达的野生型胰岛素原的显性负效应，以及由此引发的内质网应激、非蛋白折叠反应和细胞凋亡信号通路的变化，籍此阐明与之有关的β细胞衰竭的分子机制。同时，我们还将初探化学分子伴侣PBA对β细胞衰竭的改善作用，以期为最终阐明糖尿病的发病机制并从根本上治疗糖尿病提供理论依据。

研究背景：最新研究表明，胰岛素原的错误折叠和由其所致的胰岛beta细胞内质网应激(ERS)，是导致胰岛素基因突变所致早发型糖尿病(Mutant Ins-gene-induced Diabetes of Young, MIDY)的根本原因，但是，MIDY发病的分子机制仍不清楚。.研究目的：阐明由胰岛素原错误折叠所致的胰岛beta细胞衰竭的分子机制，并在此基础上，初步探索可能延缓和／或防止胰岛beta细胞衰竭的方法。.研究方法：我们首先应用同位素标记追踪实验、免疫沉淀和放射自显影法，检测了导致MIDY的突变型胰岛素原在细胞内的折叠、转运、加工和分泌，和分泌情况，并将其与导致成年发病的突变型胰岛素原做了比较；同时，应用放射免疫分析、定量RT-PCR、Western blotting和免疫共聚焦等方法，探讨了由错误折叠的胰岛素原所致的胰岛beta细胞衰竭和糖尿病的分子机制；在此基础上，我们通过过表达ERO1, 初步探索可能延缓和／或防止胰岛beta细胞衰竭的方法。.研究结果：1). 导致MIDY的胰岛素突变可以造成其胰岛素原在内质网内的错误折叠和细胞内的转运障碍，由此导致胰岛beta细胞内质网应激。 2). 导致MIDY的突变型胰岛素原可以通过与共表达的野生型胰岛素原，在内质网内形成异常的分子间二硫键，从而影响野生型胰岛素原在细胞内的正常折叠和转运，进而导致成熟胰岛素产生的减少和胰岛素缺乏型糖尿病的发生。 3). MIDY突变型胰岛素原对野生型胰岛素原的上述显性负效应发生于胰岛beta细胞量减少之前，因此，该显性负效应是导致MIDY患者胰岛素缺陷的起始原因。 4). 过表达ERO1可以加速野生型胰岛素原的正确折叠，减轻MIDY突变型胰岛素原对野生型胰岛素原的显性负效应，增加成熟胰岛素的合成和分泌。5). 导致成年发病的前胰岛素原信号肽突变，可以影响前胰岛素原的内质网跨膜转运和前胰岛素原向胰岛素原的转化，不能转入内质网的前胰岛素原，沉积于细胞浆中，诱发细胞质应激 和胰岛beta细胞死亡。.结论：本研究最先报道了，突变型胰岛素原对野生型胰岛素原的显性负效应是MIDY患者中胰岛素的缺乏的起始病因，并最先探讨了通过调节ERO1活性，增加成熟胰岛素，为将来开发治疗MIDY的药物，提供了重要的理论基础。本项目研究结果已发表SCI收录论文2篇，总影响因子超过10。