以胰岛β细胞特异性AC9敲除小鼠为模型探讨AC9调控胰岛素分泌的机制

Diabetes has become a serious threat to human health worldwide, however it is still remains incurable. One of the main obstacles is that the secretion mechanism of insulin, which is the only hypoglycemic hormones, is still not entirely clear. Cyclic adenosine monophosphate (cAMP) is indicated to be one of the most important intracellular messengers in the regulation of insulin secretion. Our previous studies showed that inhibition of cAMP synthesis will terminate the insulin secretion, and the cAMP synthase adenylate cyclase 9 (AC9) genes play an important role in this process. Therefore, this study aims to study the regulation mechanism of AC9 on glucose metabolism and islet function at the level of tissue, cell and molecular level by using islet β-cell tissue specific AC9 knockout mouse model combined with diabetic animal model, The mechanism of AC9 in the regulation of insulin secretion signaling pathway will be elucidated from the perspective of single cell biology in primary pancreatic islets. Furthermore, we will induce AC9 exogenously in insulin-deficient diabetic mice to explore the possibility of targeting AC9 to treat diabetes.

糖尿病已成为严重威胁人类健康的慢性疾病，但仍未被攻克，主要障碍之一是唯一有降血糖功能的胰岛素分泌机制仍不完全清楚。在胰岛素分泌中环磷酸腺苷（cAMP）具有重要调控作用，申请人在国自然青年基金中研究发现cAMP合成的抑制会终止胰岛素分泌，初步确定cAMP合成酶腺苷酸环化酶9（AC9）在这过程中发挥重要作用。在前期工作基础上，本课题拟通过构建胰岛β细胞特异性AC9基因敲除小鼠结合成熟的糖尿病动物模型，在组织、细胞和分子水平层次上研究AC9对糖代谢和胰岛功能的调控机制，并结合申请人构建的胰岛素分泌和cAMP实时动态监测荧光探针，从原代小鼠完整胰岛中的单细胞生物学角度来阐明AC9在调控胰岛素分泌信号通路中的机制机理。同时我们将在胰岛素分泌缺陷的糖尿病模型小鼠中外源引入AC9基因，来探讨通过靶向调控AC9治疗糖尿病的可能性。本研究结果有望阐明胰岛素重要分泌机制，为找到治疗糖尿病的新方法打下理论基础。

糖尿病已成为目前严重威胁人类健康的慢性代谢性疾病，但是对于唯一具有降糖作用的胰岛素的分泌机制仍未得到完全阐明。研究表明环磷酸腺苷（cAMP）在胰岛素的旁路分泌中发挥重要作用，而cAMP合成酶腺苷酸环化酶9（AC9）在这一过程中具有重要的作用。本项研究首先构建了胰岛β细胞特异性AC9敲除小鼠（Ins-AC9 loxp/loxp），从动物水平研究发现AC9基因敲除对小鼠体重和随机血糖无显著性影响，小鼠胰腺组织的形态、胰岛的数目和形态也没有显著的变化，但是血清胰岛素含量下降，小鼠对于葡萄糖的耐受性显著降低。同时我们进行小鼠原代胰岛组织无标记定量蛋白质组学分析，探索参与糖代谢异常相关基因及信号通路。共鉴定出1398种差异表达蛋白，其中有94种蛋白质存在显著性表达差异，生物信息学分析揭示膜转运，囊泡介导转运途径以及泛素羧基末端水解酶途径等途径功能异常。20个差异表达基因参与了膜转运及囊泡介导的转运途径，包括Actb，Actg1，Cops2，Dync1i2，Gdi1，Nedd8，Pafah1b2，Rab3a，Surf4，Tfg，Tuba1a，Tuba1b，Vamp2，Ywhae，Rab1b，Napg，Sec24c，Tubb4b，Rab39，Mia3，其中Tfg的差异表达最高，有文献报道Tfg在蛋白质分泌中发挥重要作用。推测AC9基因敲除使Tfg基因差异表达，导致胰岛素囊泡转运障碍，影响小鼠的葡萄糖耐受。此外，本研究还探讨了糖尿病并发症--糖尿病肌病及非增殖性糖尿病眼病的分子机制。本研究丰富了AC9调控胰岛素分泌的理论机制，为糖尿病靶向治疗药物的研发以及糖尿病肌病及非增殖性糖尿病眼病的的预防和治疗打下理论基础。