FOXO1的双重作用介导Ghrelin 拮抗胰岛β细胞脂毒性和调控胰岛素分泌功能的分子机制研究

Pancreatic β-cell dysfunction caused by lipotoxicity is important in the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus. Human islets containing Ghrelin-secreting cells, but it is unclear whether Ghrelin peptides could protect β-cells against glucolipotoxicity. Our previous study demonstrated that Ghrelin could prevent pancreatic β-cells from lipotoxicity induced by palmitic acid. We also found that nuclear exclusion of the transcription factor FOXO1 mediating the protective effects of Ghrelin. The project will verify Ghrelin effect on pancreatic β-cell lipotoxicity from the levels of cellular, islet and the whole body, through in-depth analyses of the dual role of FOXO1 in β-cells, explore its molecular mechanism of protecting lipotoxicity on β-cells. We will also elucidate whether FOXO1 crosstalks with PI3K/PKB and JNK signals and how Ghrelin regulates insulin secretion through regulating FOXO1 transcriptional activation. The project aims to understand the molecular mechanisms on Lipotoxicity-induced pancreatic β-cell dysfunction, establish the protection roles of the Ghrelin family on β-cells that may offer novel treatments to diabetes in the future.

脂毒性引起的胰岛β细胞功能障碍是2型糖尿病的重要发病机制。人类胰岛中含有Ghrelin-分泌细胞，但是Ghrelin多肽对于是否保护β细胞拮抗糖脂毒性并不清楚。我们的前期研究证明了Ghrelin能够保护胰岛β细胞拮抗棕榈酸产生的脂毒性。发现转录因子FOXO1的核排除介导Ghrelin的β细胞保护起到重要作用。本项目将从细胞、胰岛和整体水平上进一步确证Ghrelin对胰岛β细胞脂毒性的影响，深入探讨FOXO1的双重作用在胰岛β细胞脂毒性中的影响和调控机制。FOXO1是否受制于PI3K/PKB和JNK信号之间的交互调制以及Ghrelin如何通过调节FOXO1转录活性调控对胰岛素分泌的影响将是本项目力图突破的关键。该项目有助于探索脂毒性诱导胰岛β细胞功能障碍的分子机制和β细胞保护理论上的突破, 为Ghrelin家族及其类似物将来应用于糖尿病的治疗提供理论基础。

Ghrelin是一个由28个氨基酸组成的小分子活性肽,为生长激素促分泌物受体(GHS-R)的内源性配体。Ghrelin的生物作用广泛，其和胰岛β细胞之间的关系以及其参与血糖稳态的调节机制越来越受到关注。FOXO转录因子是叉头蛋白家族的一个亚类，在进化上高度保守。FOXO1在胰岛β细胞中表达丰富,其在核内外的亚细胞定位及转录调节对胰岛β细胞的增殖、凋亡、分化和去分化、拮抗氧化应激及β细胞胰岛素分泌功能等方面扮演重要角色。本申请项目是在前期研究的基础之上，通过应用慢病毒介导质粒转染、过表达FOXO1和小RNA干扰技术基因敲除FOXO1,构建FOXO1+/+和FOXO1-/-β细胞模型、构建糖尿病小鼠模型、PCR和Western、ELISA、免疫荧光三染等分子生物学技术，进行了细胞增殖、凋亡、去分化和胰岛素分泌功能检测等实验，进一步从β细胞株、胰岛和糖尿病小鼠整体水平上确定Ghrelin对胰岛β细胞脂毒性的影响，深入探讨FOXO1在Ghrelin保护胰岛β细胞拮抗脂毒性中的作用机制。本项目研究结果确证了FOXO1是介导Ghrelin拮抗胰岛β细胞脂毒性的细胞保护作用的重要转录因子和调控机制，阐明了“Ghrelin-FOXO1-β细胞保护”和“棕榈酸-FOXO1-β细胞脂毒性”的分子调节机制，验证了假说FOXO1是参与Ghrelin抑制胰岛素分泌的重要环节。我们的研究同时论证了Ghrelin在糖尿病β细胞去分化过程中具有促进胰岛β细胞成熟，通过促进胰岛β细胞再分化来保护胰岛β细胞的作用，这是本项目进展过程中新的发现，有待于后期研究进行深入研究。同时本项目论证了Ghrelin基因相关肽Obestatin也具有保护胰岛β细胞抑制细胞凋亡的作用。研究成果揭示了FOXO1是2型糖尿病脂毒性诱导的胰岛β细胞功能障碍的关键靶点，为糖尿病保护β细胞治疗的理论带来突破性进展。