鋅指蛋白ZBTB20對(duì)胰島β細(xì)胞表達(dá)果糖1,6-二磷酸酶FBP1和分泌胰島素的調(diào)節(jié)作用.pdf

1、胰島素是參與機(jī)體血糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的重要激素之一，它能促進(jìn)肌肉、脂肪組織攝取和利用葡萄糖，抑制肝臟的葡萄糖異生，是機(jī)體具有降血糖作用的主要激素。胰島素由胰島β細(xì)胞合成和分泌，β細(xì)胞數(shù)目減少或其胰島素分泌障礙均可導(dǎo)致體內(nèi)胰島素的分泌不足，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)糖尿病。但是對(duì)于β細(xì)胞功能及其調(diào)控的生理、病理機(jī)制目前仍不十分清楚。
　　 果糖1，6-二磷酸酶(FBPase)是葡萄糖異生作用重要的限速酶之一，在機(jī)體內(nèi)源性葡萄糖的合成、輸出及調(diào)控中發(fā)揮重要

2、作用。FBPase分1、2兩個(gè)亞型，分別主要表達(dá)于肝臟和肌肉。作為葡萄糖異生中的重要受控環(huán)節(jié)，F(xiàn)BPase與葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)的代謝狀態(tài)關(guān)系密切，它與糖酵解中的限速酶—6-磷酸果糖激酶(PFK)協(xié)同，決定了細(xì)胞內(nèi)6-磷酸果糖與1，6-二磷酸果糖間的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，以及葡萄糖在酵解與異生間的動(dòng)態(tài)平衡。胰島素分泌作為一種“代謝—分泌耦聯(lián)”的生物學(xué)過(guò)程，也與β細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的代謝調(diào)控緊密聯(lián)系，但是FBPase在其中的作用卻一直被人們所忽視。因此本課題的第

3、一部分，我們首先對(duì)FBPase在β細(xì)胞內(nèi)的生理功能進(jìn)行了研究。
　　 結(jié)果顯示，生理狀態(tài)下小鼠β細(xì)胞內(nèi)主要表達(dá)的是1型FBPase(FBP1);利用RNA干擾技術(shù)降低小鼠β細(xì)胞系MIN6細(xì)胞中FBP1的表達(dá)可以促進(jìn)其葡萄糖刺激的胰島素分泌，過(guò)表達(dá)FBP1則抑制其分泌;使用FBPase特異性抑制劑MB05032抑制其活性，可以增加小鼠胰島β細(xì)胞的葡萄糖利用率，葡萄糖刺激的ATP產(chǎn)生，以及葡萄糖刺激的胰島素分泌;給予小鼠MB0503

4、2的前體藥物MB06322同樣可以增強(qiáng)其體內(nèi)葡萄糖刺激的胰島素分泌能力，并改善其葡萄糖耐受性。上述結(jié)果表明FBP1在β細(xì)胞內(nèi)有重要的生物學(xué)功能，是其生理狀態(tài)下葡萄糖刺激胰島素分泌的一個(gè)重要負(fù)調(diào)節(jié)因子。
　　 我們前期的研究發(fā)現(xiàn)，一種含有BTB結(jié)構(gòu)域的新型鋅指蛋白ZBTB20在血糖調(diào)控中發(fā)揮了重要的作用，ZBTB20全身基因敲除的小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的糖代謝紊亂。利用本實(shí)驗(yàn)室自制的ZBTB20單克隆抗體，對(duì)小鼠胰腺組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)染

5、色，發(fā)現(xiàn)ZBTB20在胰島β細(xì)胞中高表達(dá)?？紤]到β細(xì)胞胰島素分泌在血糖調(diào)節(jié)中的重要性，在本課題的第二、三部分，我們建立了ZBTB20的β細(xì)胞特異性基因敲除小鼠模型，并以此為主要平臺(tái)，著重對(duì)ZBTB20在β細(xì)胞內(nèi)的功能及其調(diào)控進(jìn)行了研究。
　　 結(jié)果顯示，敲除小鼠β細(xì)胞的分化發(fā)育正常，但有高空腹血糖、低空腹血胰島素、葡萄糖耐量受損、葡萄糖刺激胰島素分泌不足的表現(xiàn);分離小鼠胰島進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)顯示，敲除小鼠胰島葡萄糖利用率、葡萄糖刺激的

6、ATP生成及胰島素分泌低下，但在高鉀刺激下的胰島素分泌正常。上述結(jié)果顯示敲除小鼠存在葡萄糖代謝異常，葡萄糖刺激的胰島分泌障礙，原因與敲除小鼠β細(xì)胞內(nèi)葡萄糖利用障礙有關(guān)。
　　 為了闡明ZBTB20基因缺陷導(dǎo)致β細(xì)胞胰島素分泌障礙的機(jī)制，我們對(duì)敲除小鼠及對(duì)照小鼠β細(xì)胞內(nèi)差異表達(dá)的基因進(jìn)行了分析。結(jié)合生物化學(xué)與分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)及組織學(xué)等實(shí)驗(yàn)手段，從體內(nèi)和體外水平，我們發(fā)現(xiàn)葡萄糖異生的重要限速酶—FBP1在ZBTB20特異性敲除

7、小鼠β細(xì)胞中的表達(dá)顯著升高。結(jié)合第一部分的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們推測(cè)ZBTB20基因缺陷導(dǎo)致β細(xì)胞胰島素分泌障礙的原因與FBP1的表達(dá)異常增高有關(guān)。而使用FBPase特異性抑制MB05032可以很好地改善敲除小鼠胰島葡萄糖利用、ATP生成及胰島素分泌障礙，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一推斷。隨后的染色質(zhì)免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)及報(bào)告基因分析顯示，ZBTB20能夠結(jié)合到fbp1基因的啟動(dòng)子區(qū)域，且ZBTB20能夠抑制FBP1啟動(dòng)子報(bào)告基因的活性，說(shuō)明ZBTB20對(duì)FBP