胰岛炎诱导的miR-503-322簇在糖尿病胰岛β细胞再生中的作用研究

Pancreatic islet β-cell regeneration is the key to recovery functional β-cell mass and the treatment of diabetes. Common regeneration methods include promoting proliferation, re-dedifferentiation of β-cells, and somatic transformation. All of which have defects themselves; therefore, the screening of regenerative targets is a hot and difficult issue. MiRNAs have particular advantages due to their "single-click multiple target" effect. By using IL-1β treatment mimicking β-cell inflammation status we found a significant increase of miR-503 in the Affymetrix miRNA array. miR-503-322 was also significantly increased in islets of various types of diabetic mice. Overexpression of miR-503 inhibited β-cell proliferation and insulin synthesis via targeting seven genes such as Mafa, Insr, et al . Beta-cell transgenic miR-503-322 mice developed severe diabetes and retardation due to insulin deficiency; hybrid knock-in mice prepared by CMV-Cre showed abnormal hyperglycemia and fertility; on the contrary, knockout mice developed normally, and can resist the pregnancy induced abnormal glucose metabolism. Therefore, we hypothesize that this miR-503-322 cluster, which co-localizes with PDX1 in mouse E14.5 and disappears in adulthood, is a potential target for β-cell regeneration under diabetes condition, which is safe and effective. The purpose of this study is to fully explore the molecular mechanism of miR-503-322 in diabetic β-cell dysfunction and to screen small molecule compounds targeting miR-503-322 to explore the possibility of guiding β-cell regeneration in the treatment of diabetes mellitus.

胰岛β细胞再生是恢复功能性β细胞数目治疗糖尿病的新策略，而再生靶点的选择是研究的热点和难点。miRNAs因其“单击多靶”效应具有独特优势。经研究发现miR-503-322簇符合再生靶点的特性，兼具安全性和有效性。主要依据以下结果：首先，该簇miRs在成年期表达极低，而在各型糖尿病鼠胰岛中显著上升，且与糖尿病病程存在正相关性；其次，细胞实验显示其过表达能诱导增殖和分化障碍导致β细胞功能缺陷，可能是靶向抑制了MAFA、INSR等7个主导β细胞更新和功能成熟的分子；再次，β细胞特异性miRs转基因小鼠因胰岛素缺乏发生严重的糖尿病；最后，miRs敲除小鼠发育正常，且可抵抗妊娠糖尿病。因此，我们认为靶向抑制其表达可通过促增殖和促分化诱导β细胞再生治疗糖尿病。本研究的目的是充分研究miR-503-322簇在糖尿病β细胞功能缺陷中的分子机制；筛选靶向小分子化合物，探讨其诱导β细胞再生治疗糖尿病的可能性。

糖尿病是一种由于胰岛素分泌相对或者绝对缺乏导致的以血糖持续升高为特征的慢性代谢性疾病。大量研究资料表明胰岛β细胞功能缺陷是各型糖尿病的共同特征。胰岛局部慢性炎症是β细胞功能障碍最主要的因素之一。为了确定胰岛炎通过miRNAs调控β细胞功能的机制，我们制备了IL-1β处理的miRNA芯片，发现miR-503等出现显著增高。miR-503位于X染色体长臂26.3位点，与miR-322一起成簇表达，在细胞增殖、凋亡、分化过程中发挥着重要作用。我们发现，在各种糖尿病模型鼠的胰岛中miR-503-322表达显著增加。蛋白质组学分析发现，miR-503可以调节细胞生长、线粒体功能、蛋白合成和分泌等多种生物学事件，核心调控分子是生长信号受体INSR、IGF1R和MAPKs信号途径。通过β细胞miR-503-322转基因小鼠（RIP2-miR-503-322），miR-503-322敲入小鼠及敲除小鼠模型，我们发现miR-503可诱导胰岛素抵抗和β细胞功能障碍，引发糖尿病。反之，纯合敲除小鼠（KO）可抵抗高脂以及衰老导致的β细胞功能障碍和2型糖尿病。机制研究发现，糖尿病β细胞可释放miR-503外泌体到达脂肪和肝脏组织，通过抑制INSR/IGF1R表达诱导外周胰岛素抵抗；随着β细胞中miR-503的累积表达，通过抑制JIP2表达放大MAPKs信号通过，造成β细胞GSIS功能障碍和代偿性增殖障碍。特异性吸附β细胞中miR-503-322表达可以治疗老年小鼠的糖耐量受损。项目资助以来，在有影响力的国际期刊上发表SCI收录的论文10余篇，其中5篇标注了该项目的基金号，包括1篇Cell Reports、1篇Metabolism、1篇Endocrine等，获得国家发明专利授权3项。培养青年教师 1名（获得2023年国自然青年基金项目），博士研究生 4名，硕士研究生 4名。