Lnc RNA 对Beta－arrestin2信号通路介导的胰岛β细胞容量调控作用研究

Pancreatic β-cell failure induced by loss of functional β-cell mass to compensate peripheral insulin needs is a hallmark of type 2 diabetes. Identification of key signal molecules involved in regulating β-cell function and mass is thus essential to underpin the development of novel pharmacological approaches to the treatment of type 2 diabetes. We found in previous studies that expression of beta-arrestin2, an adapter protein, decreased in islets from mice fed with high fat diet. Beta-arrstin2 knockout mice presented with impaired glucose-stimulated insulin secretion from a hyperglycemic clamp test and decreased in β-cell mass in mice fed with high fat diet, suggesting a role of beta-arrestin2 in regulation of β-cells. Moreover, β-cell expresses several lncRNAs which had potential binding sites within 2000bp upstream of Arrb2, suggesting a role of the lncRNAs on beta-arrestin2 regulation. The present program will focus on exploring the molecular mechanisms by which beta-arrestin2 regulates β-cell mass, how β-cell mass changes during the development of type 2 diabetes, and exploring if the target lncRNA regulates Arrb2 expression. The completion of these studies will shed light on our understanding the mechanisms involved in the regulation of β-cell mass by beta-arrestin2, and the regulation of Arrb2 expression by the lncRNA. We believe it is critical for developing therapeutic interventions to the prevention of diabetes.

胰岛β细胞数量/容量(mass)不足导致胰岛素分泌不能满足外周组织需求是2型糖尿病发生和发展的关键因素。促进β细胞增殖、维持β细胞功能完整是亟待解决的问题。申请人前期研究发现β细胞内的beta-arrestin2表达在高脂状态下减少。敲除beta-arrestin2小鼠葡萄糖刺激的胰岛素分泌减退，β细胞mass减少。此外,我们还发现β细胞内存在有与Arrb2基因上游潜在结合的lncRNA。提示beta-arrestin2是β细胞重要调控因子，并可能受lncRNA调控。在此基础上，本申请拟从分子、细胞、组织和动物层面，以beta-arrestin2为着眼点，探讨其影响β细胞mass的分子调控机制，揭示胰岛β细胞mass从正常糖代谢到糖尿病进程中的变化规律，以及目标lncRNA对Arrb2的调控作用。研究结果将为探讨β细胞生存调节提供新理论基础，为糖尿病的防治提供潜在干预靶点和手段。

β-arrestin2（βarr2）是一种衔接蛋白，广泛存在于多种细胞中。它能通过调控G蛋白偶联受体的脱敏和内吞作用，以及募集多种信号分子，参与调控细胞多种生物学功能。我们以往研究发现，βarr2在正常小鼠胰岛β细胞中大量表达，而在肥胖及糖尿病小鼠的胰岛中该蛋白表达量显著减少。其缺失将导致胰岛素1相和2相分泌功能受损，以及细胞膜上的胰岛素分泌囊泡数量减少。通过携带荧光素酶报告基因的MIP-TF小鼠和βarr2敲除(βarr2-/-)小鼠杂交，构建β细胞特异性表达荧光素酶的βarr2-/-小鼠，并以高脂（high fat diet, HFD）喂养建立胰岛素抵抗的肥胖小鼠模型。通过小动物活体成像技术对4-20周的小鼠的β细胞进行在体无创定量测定，并通过病理学技术进行证实。β细胞的增殖通过BrdU及Ki67染色分析，凋亡通过PI/HO染色检测，基因表达通过Real-time PCR测定。结果显示，βarr2的缺失导致HFD喂养的小鼠出现葡萄糖耐量受损。小鼠β细胞容量进行在体动态追踪显示，HFD喂养能诱导野生型小鼠β细胞容量的显著代偿性增加，在16周龄时到达顶峰，为HFD喂养前的7.5倍。而βarr2-/-小鼠于12周龄起即出现β细胞容量的明显代偿不足，其峰值仅为野生型小鼠的一半。同时，βarr2-/-小鼠伴随胰岛细胞BrdU和Ki67阳性细胞减少，仅为野生型小鼠的40%和53%。此外，βarr2敲除明显加重了高糖和游离脂肪酸导致的胰岛细胞凋亡；而过表达βarr2则减缓上述高糖高脂对β细胞的毒性作用，并使细胞周期基因cyclin D2的转录增加2.5倍。游离脂肪酸对Arr2基因转录有调控抑制作用，肥胖胰岛素抵抗和糖尿病小鼠胰岛细胞内βarr2表达显著下调，LnRNA PR5和PR11对Arr2基因转录活性物明显的影响作用。总之，βarr2是胰岛β细胞中的重要调控因子，其表达受FFA的调控，在代谢应激下通过防止糖脂毒性诱导的β细胞凋亡，以及调控细胞周期蛋白表达，影响β细胞容量。该蛋白的缺失将导致代谢需求增加的小鼠早期出现严重的β细胞代偿不足。