MKP-5调控巨噬细胞/脂肪细胞MAPK信号通路在炎症反应和胰岛素抵抗中的作用及分子机制

Obesity-related inflammation and insulin resistance triggered by the autocrine paracrine loop between adipocytes and macrophages are critical in the initiation and progression of type 2 diabetes, however the inflammatory signaling proteins underlying this crosstalk remain unclear. In our preliminary study, we show that mitogen-activated protein kinase (MAPK) phosphatase-5 (MKP-5) mediates the expression of proinflammatory cytokines in macrophages during obesity. To regulate MKP-5 gene overexpression or knockdown, we are constructing recombinant adenovirus expression system. The macrophages-adipocytes coculture system and conditioned medium from macrophages or adipocytes will further be applied to assess the regulatory effect of MKP-5 on inflammatory changes and insulin resistance induced by the interaction between macrophages and adipocytes. Moreover, the expression of MKP-5 and its role in obesity-related inflammation in primary adipocytes and stromal vascular cells isolated from epididymal adipose tissue of mice fed with HFD or ob/ob mice will be analyzed. In order to explore the implication and underlying mechanism of MKP-5 in production of inflammatory cytokines and chemokines, macrophages polarization and insulin resistance during macrophages-adipocytes interaction, we will employ corresponding MAPK inhibitors in macrophages and/or adipocytes on the basis of the experiment result. This study will contribute to further understand the molecular mechanisms of obesity-related type 2 diabetes, and will provide some fascinating insights into the diagnosis and treatment of this disease.

肥胖时，脂肪组织中脂肪细胞与巨噬细胞交互作用诱发的炎症反应和胰岛素抵抗是2型糖尿病发病的重要因素，但涉及其中的炎症信号通路分子仍未阐明。我们研究发现，MKP-5参与调控肥胖相关巨噬细胞前炎症细胞因子的表达。本项目拟通过MKP-5过表达和shRNA腺病毒调控MKP-5基因表达，利用巨噬细胞与脂肪细胞共培养体系和条件培养基，研究MKP-5对巨噬细胞和脂肪细胞相互作用相关的炎症反应和胰岛素抵抗的调控作用，确定不同细胞中MKP-5调控的MAPK底物分子。并分析MKP-5在肥胖小鼠原代脂肪细胞和巨噬细胞中的表达改变及其对肥胖相关炎症反应的调控作用。使用相应MAPK分子抑制剂，阐明MKP-5调控巨噬细胞与脂肪细胞交互作用相关的前炎症因子和趋化因子产生，巨噬细胞极化及胰岛素抵抗的分子机制。本项目将有助于进一步理解肥胖相关2型糖尿病发病的分子机制，为其分子诊断和临床治疗提供实验依据和新靶点。

肥胖时脂肪组织内脂肪细胞与巨噬细胞间通过旁分泌和自分泌方式诱发的炎症反应是肥胖时胰岛素抵抗发生的重要诱因，但是目前肥胖相关炎症反应的起始机制及相关胰岛素抵抗的分子机制仍有待阐明。MKP5作为MAPK的双特异性磷酸酶，曾被报道参与调控脂肪组织炎症反应，但是MKP5在肥胖状态下脂肪细胞与巨噬细胞相互作用诱发的炎症反应中的作用尚未知。本项目通过MKP-5过表达和siRNA调控MKP-5基因表达，利用巨噬细胞和脂肪细胞共培养体系和条件培养基，研究MKP-5对巨噬细胞和脂肪细胞相互作用相关的炎症反应的调控作用。使用MAPK分子抑制剂，阐明MKP-5调控肥胖相关脂肪组织炎症反应的机制。我们研究发现在肥胖小鼠的白色脂肪组织（WAT）中MKP5表达量升高，并伴随前炎症因子IL-6、TNF-α和趋化因子MCP-1的表达上调，初步提示MKP5对肥胖相关脂肪组织的炎症反应存在调控作用。体外实验证实MKP5过表达明显抑制由棕榈酸（PA）诱发的巨噬细胞炎症反应，并促进巨噬细胞由M1型极化为M2型。而抑制MKP5表达则加剧巨噬细胞内的炎症发生。接着巨噬细胞和脂肪细胞共培养实验揭示MKP5过表达可缓解共培养过程中的炎症反应，同时抑制脂肪细胞条件培养基诱导的巨噬细胞炎性细胞因子的表达与分泌。随后体内实验表明，在肥胖小鼠WAT的血管基质细胞中过表达MKP5，亦能缓解肥胖诱导的炎症因子和趋化因子的高表达。由此，体内外实验提示了MKP5在肥胖诱导的脂肪炎症中具有抗炎功能。进一步我们发现在巨噬细胞中MKP5过表达可抑制由PA诱导的P38，JNK和ERK活化，且分别抑制P38，JNK和ERK信号通路均能缓解由PA或MKP5沉默导致的炎症因子高表达，抑制JNK或ERK激活还可降低趋化因子MCP-1的表达，但不包括P38 MAPK通路。这说明在巨噬细胞中P38、JNK 和ERK MAPK都是MKP5的底物分子，MKP5是通过负向调控P38、JNK和ERK的激活来抑制肥胖诱发的巨噬细胞炎症。本研究揭示MKP5在肥胖诱导的脂肪细胞-巨噬细胞炎症反应中的作用机制，并为其作为肥胖诱发的2型糖尿病的治疗靶点提供了新的理论依据。