调控Beclin1/Atg7等介导的自噬对胰岛ε/β细胞分化失衡的影响及其机制

Ghrelin-expressing cells ( ε cells )in the pancreatic islets derive from common progenitor cells with β cells. In our previous study, we found that there is imbalance between ε cells and β cells in the in pancreatic islets of newborn rats with intrauterine undernutrition, and the above imbalance is correlated with the risk of type 2 diabetes in adulthood. The absence of nutrients can induce autophagy in the cells, and autophagy is critical for maintaining β cell mass and function. We also found that autophagy increases in the pancreatic ε cells of newborn rats with intrauterine undernutrition, however, the effects and mechanism of autophagy in the imbalance between ε cells and β cells in the in pancreatic islets with intrauterine undernutrition are unclear. In this study，the autophagy morphygy and LC3、Atg7、p62 and beclin 1 expression will be investigated by scanning electric microscopy, fuorescence activated cell sorting and lineage tracing. Secondly, the effects and mechanism of autophagy on the differentiation, proliferation, and self-renewal of ε cells and β cells will be explored by inhibiting or inducing autophagy signal pathway. The research is needed to determine whether autophagy can be precisely modulated to prevent the appearance or alleviate the progress of diabetes. Thus, autophagy may be a new target for the prevention or treatment of diabetes.

胰岛内表达ghrelin的ε细胞与β细胞来源于共同的祖细胞，本研究组已报道宫内营养不良新生大鼠胰岛存在ε/β细胞分化失衡，且该失衡与后期糖尿病风险密切相关。急性营养缺乏可诱导细胞自噬，自噬在维持β细胞数量和功能及糖尿病发生中起作用。本预实验发现长期慢性宫内营养不良新生大鼠胰岛细胞自噬上调，但在宫内营养不良状态下自噬对胰岛β/ε细胞失衡的影响及机制还不清楚。本研究拟应用电镜、细胞分选和细胞世系示踪等技术，首先检测宫内营养不良状态下胰岛β/ε细胞的自噬变化和自噬关键分子Beclin1、LC3、Atg7和LAMP2等表达的影响；然后抑制/增强自噬途径，探讨其对胰岛ε与β细胞分化、增殖、自我更新及其功能的影响，探寻宫内营养不良状态下自噬途径调控胰岛ε/β细胞分化的机制，对β细胞定向诱导分化和延缓糖尿病进程有重要意义。

宫内营养不良状态下自噬对胰岛β/ε细胞失衡的影响及机制还不清楚。本研究项目用胰岛素瘤MIN6细胞株，在培养的不同阶段加入针对不同自噬阶段的抑制剂或诱导剂，以Western blot、RT-PCR检测其对培养细胞自噬途径中关键因子LC3、Atg7、LAMP2、P62表达的影响，同时以免疫荧光检测MIN6细胞株表达ghrelin 分布和insulin的变化，来探讨自噬对胰岛ε/β细胞分化的影响。发现诱导自噬时insulin基因转录显著增加，ghrelin基因转录显著降低，提示ε/β失衡，从而说明ε/β细胞失衡与自噬上调关系密切；诱导自噬时insulin分泌显著增加，显示自噬加强对胰岛β细胞有影响； 3-MA组与对照组相比，自噬相关因子LC3、Beclin1表达显著减少，ghrelin基因转录水平显著降低，提示维持基础水平自噬作用有利于胰岛细胞存活。饥饿可以诱导MIN6细胞分化为表达insulin的β细胞，同时会抑制其分化为ε细胞；但饥饿诱导并没有使自噬途径后的因子表达激活。由于饥饿诱导自噬有很多因素的影响，本结果需要更大样本细胞数来重复。.进一步在小于胎龄儿（SGA）中的研究发现; SGA儿血清胰岛素和IGF-1水平较低，脐带血、胎盘血淋巴细胞中Bmal1基因表达水平较高；新生儿生理节律发展受母体生物钟节律的影响。深入进行糖尿病遗传学相关研究发现糖尿病相关基因如信号转导与转录激活因子3（STAT3）基因、PCNT 基因、SLC5A2 基因、ALMS1基因、BBS2基因突变患者的突变谱特点及临床特征不同，有助于明确特殊糖尿病发病机制和临床精准诊治。发现Prader-Willi 综合征患者遗传学变异（15q11.2-q13 区域父源性缺失、母源性同源二倍体等）合并2 型糖尿病及胰岛素抵抗的特点及规律，其中3例患者存在胰岛素双峰分泌，在既往PWS儿童的研究中未见报道。β细胞功能和数量异常在糖尿病易感性中起重要作用，故而β细胞功能相关的基因调控异常是研究糖尿病易感性的重要方向, 以上研究结果有助于深入研究理解糖尿病的发病机制及协助开发新疗法。