丙酮酸羧化酶调控胰岛β细胞增殖水平的研究

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研究背景:随着社会经济的发展和人们生活方式的改变,2型糖尿病(T2DM)及其并发症给人类的健康带来了日益严重的负担。β细胞增殖和代偿性增生是病生理状况下维持血糖稳态的重要机制。促进残存β细胞的增殖,增加内源性胰岛素水平,防止高血糖,是糖尿病重要的潜在治疗靶点。丙酮酸羧化酶(Pyruvate carboxylase)是线粒体三羧酸循环中的关键酶之一,因此参与调节β细胞的胰岛素分泌。近来,我们发现PC在发生胰岛素抵抗的高脂肪饮食诱导的肥胖小鼠和雌性怀孕小鼠的β细胞中被激活。PC的过表达可能参与诱导胰岛β细胞增殖,这种作用可能通过敲低PC而被阻断。这种缺陷可能是PC对p53的抑制作用所造成的。基于这些发现,我们提出PC对于维持β细胞增殖功能是很重要的。在胰岛素抵抗的初期阶段,短期代谢压力(如肥胖或营养过剩)可诱导PC表达,进而通过抑制p53的表达,从而促进β细胞的代偿性增殖。本研究旨在讨论丙酮酸羧化酶对胰岛β细胞增殖的影响及可能的调节机制。方法:石蜡切片免疫荧光染色分别检测糖尿病小鼠及怀孕雌鼠胰岛中PC的表达量和怀孕雌鼠胰岛中ki67的阳性率。体外培养小鼠胰岛MIN6细胞,分别予以不同的葡萄糖浓度(5mM、15mM、25mM)处理6小时、12小时、18小时、24小时,建立体外高糖应激模型。蛋白质免疫印迹法(western blot)和实时荧光定量核酸扩增(Real-time quantitive PCR)分别从蛋白质和mRNA水平检测不同浓度葡萄糖刺激对PC表达的影响。分别予以PC/GFP腺病毒及PC/GFP慢病毒感染MIN6细胞,建立体外PC过表达和敲低模型。CCK-8检测细胞增殖状态;细胞爬片免疫荧光染色(immunofluorescence)检测BrdU阳性率。蛋白质免疫印迹法分别检测在pc过表达和敲低情况下,p53在蛋白水平上的变化。结果:胰腺组织石蜡切片免疫荧光染色结果显示糖尿病小鼠(db/db)胰岛内的PC表达量低于正常对照组小鼠;并随着糖尿病病程进展,其表达量有逐渐降低的趋势;怀孕雌鼠胰岛的ki67阳性率高于正常对照组,并以孕中期最为显著(P<0.05),且怀孕雌鼠胰岛β细胞PC的表达较对照雌鼠有增高趋势。高糖处理MIN6后,6小时开始PC表达水平上升,并以15mM葡萄糖处理24小时刺激PC增高效果最为显著(P<0.0001)。MIN6细胞转染过表达PC/GFP腺病毒后,CCK-8检测结果显示过表达组细胞增殖水平明显高于对照组(P<0.0001),细胞爬片免疫荧光结果显示过表达PC组的BrdU阳性率明显高于对照组(P<0.05),蛋白质免疫印迹检测结果显示过表达PC后,p53表达下降。MIN6细胞转染敲低PC/GFP慢病毒后,CCK-8检测结果显示PC敲低组细胞增殖水平明显低于对照组(P<0.0001),细胞爬片免疫荧光结果显示PC敲低组的BrdU阳性率明显低于于对照组(P<0.0001),蛋白质免疫印迹检测结果显示敲低PC后,p53表达上调。结论:PC表达水平增高有促进小鼠胰岛β细胞增殖的作用,而这种作用可以通过敲低PC来阻断。过表达PC可以通过抑制p53蛋白的表达,从而起到促进胰岛β增殖的作用。
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