五羟色胺2C受体激动剂对2型糖尿病小鼠β细胞功能的影响及机制研究

Previous studies found that serotonin 2C receptor (5-HT2CR) agonists in the central nervous system played an important role in the regulation of the diet and the development of type 2 diabetes. A research had found that 5-HT2CR agonist could improve glucose tolerance and hyperinsulinism of type 2 diabetes through 5-HT2CR on hypothalamus. But our previous research had found that a 5-HT2CR agonist could inhibit glucose stimulated insulin secretion (GSIS) of beta cell, leading the dysfunction of insulin secretion in β cells. These studies showed that it is a protective effect on type 2 diabetes that 5-HT2CR agonist act on 5-HT2CR of hypothalamus, but an injury effect that 5-HT2CR agonist act on 5-HT2CR of beta cells. Then whether 5-HT2CR agonists have an effect on function of beta cells and development of diabetes and its related mechanisms in vivo, it is worthy of our further study. In this study, we plan to find the effect of 5-HT2CR agonist on the function of pancreatic β cells through DIO mice, db/db mice and the mice with pancreatic β-cell-specific expression of 5-HT2CR and its possible mechanism through high-throughput sequencing technology and bioinformatics.Our research will provide some guidances for clinical application of 5-HT2CR agonists as a medicine,especially for type 2 diabetes. It also lays the foundation for further screening of more suitable weight-loss drug targets.

五羟色胺2C受体（5-HT2CR）激动剂在饮食调控和2型糖尿病发病过程中起到重要作用，5-HT2CR激动剂可激活下丘脑的5-HT2CR，改善2型糖尿病鼠的糖耐量和高胰岛素血症。而我们体外研究发现5-HT2CR激动剂能够抑制胰岛和Min-6细胞的GSIS功能，导致β细胞功能障碍——这表明5-HT2CR激动剂作用于中枢和β细胞的5-HT2CR所引起的作用是不同的。那么在动物水平5-HT2CR激动剂是否能影响β细胞分泌功能，进而影响2型糖尿病的发生发展。本项目拟借助于DIO、db/db和β细胞特异性表达5-HT2CR小鼠，研究5-HT2CR激动剂对β细胞功能的影响；并利用高通量测序和生物信息学的方法，探究其可能的机制。本项目的完成将为5-HT2CR激动剂作为药物的临床应用，特别是针对2型糖尿病患者的临床应用提供指导；也为进一步筛选更为合适的减肥药物靶点奠定基础。

氯卡色林是FDA批准的一种可以长期使用的，用于治疗肥胖的药物，该药物是一种5-羟色胺2c受体(5-HT2CR)特异性激动剂。氯卡色林主要通过激活下丘脑5-HT2CR来抑制患者食欲，改善胰岛素敏感性和高胰岛素血症。mCPP也是一种5-HT2CR激动剂，前期研究发现mCPP可以降低小鼠血浆胰岛素浓度，我们实验室早期研究发现mCPP可以通过激活β细胞上的5-HT2CR，从而抑制葡萄糖刺激胰岛素分泌(GSIS)。氯卡色林是否能够影响胰岛β细胞GSIS的功能，目前还尚未见研究。本研究发现，5-HT2CR在小鼠胰腺β细胞和β细胞来源的MIN6细胞中均有表达。体外研究发现：氯卡色林可以剂量依赖性抑制β细胞的GSIS；而5-HT2CR的抑制剂SB242084，或干扰5-HT2CR的表达均可消除氯卡色林效应。 此外，氯卡色林还以剂量依赖的方式抑制高脂饮食诱导的肥胖(HFD)小鼠的GSIS。进一步的机制研究发现氯卡素对胰岛素合成，ATP含量无明显影响，但其能降低葡萄糖刺激的胞质游离钙水平([Ca2+]i)，同时也能抑制氯化钾刺激MIN6细胞的胰岛素分泌和[Ca2+]i。 此外，L型钙通道激动剂Bay K8644的刺激不能消除氯卡色林对GSIS的抑制作用。进一步研究发现氯卡色林可抑制MIN6细胞中cAMP的生成，而使用Gα i/o抑制剂百日咳毒素(PTX)预处理可以消除氯卡色林对GSIS的抑制，而膜透性的cAMP类似物db-cAMP具有与PTX相同的效果。这些数据表明氯卡色林通过偶联在β细胞上的PTX敏感的Gα i/o蛋白，从而降低了细胞内cAMP水平和Ca2+内流，从而导致β细胞GSIS功能障碍。这些结果揭示了氯卡色林的一种新的信号转导机制，为进一步研究5-HT2CR在β细胞生物学中的作用提供了有价值的见解，也为氯卡色林的临床应用提供了指导。