新内分泌因子PRDC调控糖代谢及胰岛素敏感性的作用及机制研究

Diabetes has recently become one of serious public health problems in China. Insulin resistance plays a key role in pathophysiological changes of diabetes. Our research group has identified a new endocrine factor PRDC (protein related to DAN and cerberus), whose biological function and role in human disease have remained largely obscure. Little is known about its relationship with energy balance and glucose homeostasis. Fortunately, we have found some exciting results in our previous work on PRDC. Compared with wide type mice, PRDC transgenic mice have significantly improved glucose tolerance and adipose-specific PRDC knockout mice have substantially increased glucose levels, which indicates that PRDC might play a part in regulation of glucose homeostasis and insulin sensitivity. This grant proposal builds on our previous findings and will use transgenic and tissue-specific knockout mice, together with modern techniques of molecular and cellular biology to explore mechanisms of PRDC in regulation of glucose homeostasis and its inhibition of BMP signalling pathway leading to enhanced insulin sensitivity. Furthermore, longitudinal cohort study in community adults as well as exercise intervention study will also be used to examine the role of PRDC in glucose metabolism in humans. This proposed study has the potential to shed new light on etiological mechanisms of type 2 diabetes and to identify novel therapeutic targets for the disease.

近年来，糖尿病已成为我国重要的公共卫生问题。申请人团队通过在代谢性疾病模型中进行组学筛选与功能验证，创新性发现一个全新的内分泌因子PRDC。目前人们对PRDC的生物学功能及其在疾病中的作用所知甚少，尤其在能量和代谢方面尚无涉及。我们的初步研究发现了令人兴奋的结果：PRDC转基因小鼠糖耐量及胰岛素耐量明显改善，PRDC脂肪组织特异性敲除小鼠血糖水平明显升高，提示其可能参与机体胰岛素敏感性及血糖代谢调控。本课题将在前期研究基础上，进一步利用基因修饰小鼠模型并结合现代分子生物学和细胞生物学研究方法，通过体外和体内功能实验首次创新性分析PRDC对胰岛素敏感性和血糖代谢的调控作用，继而深入探讨PRDC是否通过抑制BMP信号通路影响胰岛素敏感性及其潜在分子机制，并在已建立的人群队列和人群干预研究中进行验证分析，为深入探讨糖尿病发病机制及发现新型药物靶点提供科学数据。

研究表明骨形成蛋白（bonemorphogenic protein, BMPs）作为在许多发育过程中至关重要的信号，包括在糖脂代谢过程中发挥重要调节作用。PRDC作为一种分泌蛋白，被认为是 BMP2/4 的拮抗因子，在调节基质细胞成骨和前脂肪细胞脂肪生成中发挥了重要的生物学作用。但是，目前尚缺乏PRDC在代谢方面的研究报道。既往本课题组研究显示，从 lgr4 缺陷小鼠内脏 WAT 的表达图谱中筛选出 PRDC信号，该小鼠表现出明显的内脏棕色化和肥胖抵抗表型。因此，本研究旨在探讨血液中PRDC水平是否与人类血糖、血脂、中心性肥胖等相关，以及 PRDC调节内脏前体脂肪细胞棕色化的作用机制。本研究应用两个独立的人群队列使用酶联免疫试剂盒 (ELISA) 方法检测血清 PRDC 水平。在发现阶段，从上海交通大学医学院附属医院肥胖专病门诊，纳入年轻、严重肥胖受试者 164 例，招募正常志愿者 146 例，比较血清PRDC在两组人群中的差异；验证阶段，从社区健康调查中招募自然人群 10327例，检测并分析血清 PRDC 水平与糖代谢、胰岛素抵抗、体重指数(BMI)以及中心性肥胖指标是否存在相关关系。在动物实验部分，比较野生型对照组小鼠与PRDC转基因小鼠糖耐量及胰岛素抵抗等代谢表型。进一步改变小鼠能量供应方式，如：肥胖、禁食-再进食、手术切除内脏脂肪等，造模后收集血浆，探究在上述病理情况下 PRDC血液中的改变；在体外试验中通过构建重组蛋白，检测PRDC对内脏前体脂肪细胞棕色化的影响；进一步通过免疫共沉淀，在体外实验中解析 PRDC在内脏前体脂肪棕色化中的作用信号通路。研究首次建立了血清中 PRDC与肥胖的独立关联，PRDC可能作为人类新型脂肪分泌因子参与内脏肥胖的堆积，并且部分通过 BMP4/7-Smad 信号通路抑制内脏前体脂肪细胞的棕色化能力。