7-酮基胆固醇通过内质网应激激活FoxO1-NLRP3炎症小体信号轴损害胰岛β细胞功能的机制研究

Pancreatic β-cell dysfunction is a key factor in the development of type 2 diabetes, and its triggering factors have not yet been fully elucidated. Our previous studies confirmed that cholesterol can damage β-cell function directly, and found that cholesterol oxidation product 7-ketocholesterol (7-KC) can activate endoplasmic reticulum stress to induce β-cell apoptosis, but its effect on β-cell insulin secretion is unclear . This project intends to use islet perfusion system, live cell workstation combined with total internal reflection fluorescence microscopy imaging, FoxO1 stable knockdown β-cell line, NLRP3 inflammasome knockout mice and other experimental techniques, to observe the effect of 7-KC on glucose-stimulated insulin secretion first phase and insulin vesicle transport, and explore its molecular mechanism by 7-KC stimulation in vitro or diet induced high level of 7- KC in vivo. It is expected that 7-KC will be shown to directly impair pancreatic β-cell function and to elucidate the role of endoplasmic reticulum stress-FoxO1-NLRP3 inflammasome signaling axis. The results obtained will deepen the understanding of lipotoxicity-mediated β-cell damages, and provide novel ideas for the prevention and treatment of β-cell failure.

胰岛β细胞功能障碍是2型糖尿病发生发展的关键因素，其诱发因素尚未完全阐明。我们前期研究证实胆固醇可以直接损害β细胞功能，并发现胆固醇氧化产物7-酮基胆固醇（7-KC）可以激活内质网应激诱导β细胞凋亡，但其对β细胞胰岛素分泌功能的影响尚不清楚。本项目拟采用胰岛灌流系统、活细胞工作站联合全内反射荧光显微成像技术、FoxO1稳定敲低β细胞系、NLRP3炎症小体敲除小鼠等实验技术，通过体外刺激或饮食诱导体内高7-KC水平，观察7-KC对葡萄糖刺激胰岛素分泌第一时相和胰岛素囊泡转运的影响，并探讨其分子机制。预期能够明确7-KC直接损害胰岛β细胞功能，并阐明内质网应激-FoxO1-NLRP3炎症小体信号轴的作用。所获结果将加深对脂毒性损害β细胞功能的认识，为防治β细胞功能衰竭提供新思路。

胰岛β细胞功能障碍是2型糖尿病发生发展的关键因素，其诱发因素尚未完全阐明。本项目的研究内容主要是研究胆固醇氧化产物7-酮基胆固醇（7-KC）对胰岛β细胞功能的影响及其分子机制，主要分为以下六个方面：1）7-KC导致胰岛β细胞胰岛素分泌功能受损；2）7-KC导致内质网应激，引起Foxo1-NLRP3炎症小体信号通路的激活；3）深入讨论内质网应激-Foxo1-NLRP3炎症小体信号轴在7-KC损害β细胞功能中的作用；4）观察GLP-1类似物利拉鲁肽对7-KC损伤β细胞功能的影响；5）7-KC导致氧化应激增加和通过SIRT1/CDK4–Rb–E2F1信号通路诱导胰岛β细胞衰老，以及新型结构多糖SFGG能够通过Foxo1信号通路缓解胰岛β细胞衰老和功能损伤；6）社区人群队列观察7-KC 与糖代谢状态和胰岛功能的关系。.葡萄糖刺激的胰岛素释放实验表明7-KC能够导致胰岛β细胞系和原代胰岛的胰岛素分泌功能障碍，进一步通过胰岛灌流证实7-KC能够影响第一时相胰岛素分泌。利用全内反射荧光显微成像系统观察到胰岛素囊泡融合下调和kiss-and-run上调，证实7-KC导致胰岛素分泌功能障碍。7-KC增加胰岛β细胞内的内质网应激，引起内质网扩张及囊泡化，机制研究发现7-KC能够通过Foxo1-NLRP3炎症小体信号通路损伤胰岛β细胞，这种损伤作用能够被利拉鲁肽缓解。除此之外，7-KC能引起细胞内氧化应激，线粒体膜电位下降；7-KC通过下调SIRT1/CDK4–Rb–E2F1信号通路引起胰岛β细胞衰老；同时筛选到多糖SFGG能够通过Foxo1改善胰岛β细胞功能损伤。血清检测发现糖尿病人群7-KC浓度高于正常糖耐量人群，队列分析发现7-KC与早期胰岛素分泌指数呈负相关，说明7-KC可能损害早期胰岛素分泌功能，并加速2型糖尿病的发展。由于7-KC存在自氧化和体内代谢平衡，动物体内探究7-KC对胰岛β细胞的影响存在困难，通过灌胃，腹腔注射和尾静脉注射构建的小鼠模型去研究7-KC对胰岛β细胞功能未取得预期的效果。后续将继续通过患者体内7-KC与糖代谢状态和胰岛功能的关系更直接的研究7-KC对体内代谢的影响。7-KC在胰岛β细胞中的所获结果将加深对脂毒性损害β细胞功能的认识，也为防治β细胞功能衰竭提供新思路和策略。