TXNIP线粒体穿梭导致NLRP3炎症体激活在糖尿病前期周围神经病变中的作用及机制研究

Our pilot animal study confirmed that high-fat-diet can induce pre-diabetic peripheral neuropathy, and the expression of thioredoxin (TRX) interacting protein (TXNIP) increased in peripheral nerve. In recent years, a growing number of studies have found that increased expression of TXNIP may lead to cell apoptosis and NLRP3 inflammasome activation, and some scholars suggest that mitochondrial shuttling of TXNIP may be an important link between oxidative stress and inflammasome activation. Accordingly, we propose that mitochondrial shuttling of TXNIP induce downstream apoptotic signaling and promote inflammation, which lead to neuronal cell apoptosis and nerve inflammatory injury. This may be an important mechanism of high-fat-diet induced pre-diabetic peripheral neuropathy. In the present study, we designed animal and cell experiments respectively. Under high-fat conditons, the expression of TXNIP was down-regulated by calcium antagonist or siRNA, and we would detect apoptotic indicators and the expression of inflammation related proteins. We would also observe the distribution changes of TXNIP and interactions of associated proteins in subcellular compartments by laser scanning confocal microscope and co-immunoprecipitation respectively. We speculate that TXNIP expression and the shuttling pathway may become new targets for preventing and reversing high-fat-diet induced pre-diabetic peripheral neuropathy.

我们前期的动物研究发现，高脂饮食可诱导糖尿病前期周围神经病变的发生，并且周围神经硫氧还蛋白（TRX）相互作用蛋白（TXNIP）表达增加。近年来越来越多的研究发现TXNIP表达增加可促进细胞凋亡并激活NLRP3炎症体导致炎症反应，有学者提出TXNIP的线粒体穿梭可能是氧化应激与炎症体激活的重要联系。据此我们提出TXNIP的线粒体穿梭诱发下游凋亡信号促使炎症反应可能导致了神经细胞的凋亡和神经的炎性损伤，这可能是高脂饮食导致糖尿病前期周围神经病变的重要机制。本研究分别进行动物和细胞实验，探讨在高脂条件下，使用钙离子拮抗剂或RNA干扰下调TXNIP表达，检测细胞凋亡指标和炎症相关蛋白的表达变化，应用激光共聚焦和免疫共沉淀分别观察TXNIP在亚细胞组分的分布变化以及相关蛋白的结合情况。TXNIP的表达或穿梭途径可能成为新的靶点，为干预和逆转高脂饮食所诱导的糖尿病前期周围神经病变提供新的思路。

项目背景：我们前期的动物研究发现，高脂饮食可诱导糖尿病前期周围神经病变的发生，并且周围神经硫氧还蛋白（TRX）相互作用蛋白（TXNIP）表达增加。近年来越来越多的研究发现TXNIP表达增加可促进细胞凋亡并激活NLRP3炎症体导致炎症反应，有学者提出TXNIP的线粒体穿梭可能是氧化应激与炎症体激活的重要联系。据此我们提出TXNIP的线粒体穿梭诱发下游凋亡信号促使炎症反应可能导致了神经细胞的凋亡和神经的炎性损伤，这可能是高脂饮食导致糖尿病前期周围神经病变的重要机制。.主要研究内容：本研究分别进行动物和细胞实验，探讨在高脂条件下，使用钙离子拮抗剂或RNA干扰下调TXNIP表达，检测细胞凋亡指标和炎症相关蛋白的表达变化，应用激光共聚焦和免疫共沉淀分别观察TXNIP在亚细胞组分的分布变化以及相关蛋白的结合情况。.重要结果：（1）TXNIP的线粒体穿梭诱发下游凋亡信号促使炎症反应导致了神经细胞的凋亡和神经的炎性损伤，（2）使用维拉帕米可减轻高脂诱导的糖尿病前期周围神经病变的发生。.关键数据：细胞实验：(1)激光共聚焦观察TXNIP细胞内分布：高脂培养后TXNIP主要在细胞质表达，随着加入维拉帕米的浓度增加，TXNIP在细胞核内表达增加。(2) Western blot检测：对照组TXNIP主要在细胞核表达，而高脂组培养24小时TXNIP主要在细胞核和细胞质表达，培养48小时主要在细胞质和线粒体表达，培养72小时主要在细胞质表达。(3)免疫共沉淀：随培养时间延长，TXNIP与Trx1在细胞质中的结合逐渐增加，TXNIP与Trx2在线粒体中的结合先增加再减少，TXNIP与NLRP3在细胞质中的结合逐渐增加。动物实验： (1) 神经传导速度测定：显示高脂饮食组小鼠的神经传导水平相对于对照组有下降，而高脂饮食+维拉帕米组小鼠的神经传导水平比高脂饮食组有恢复。(2)Western Blot检测各组坐骨神经TXNIP、NLRP3、Caspase-1、IL-1β的表达：显示高脂饮食组比对照组均表达增加，高脂饮食+维拉帕米组比高脂饮食组均表达减少。.科学意义：TXNIP的表达或穿梭途径可能成为新的靶点，为干预和逆转高脂饮食所诱导的糖尿病前期周围神经病变提供新的思路。