鋅指蛋白ZBTB20對胰島β細胞表達果糖1,6-二磷酸酶FBP1和分泌胰島素的調節(jié)作用.pdf

1、胰島素是參與機體血糖穩(wěn)態(tài)調節(jié)的重要激素之一，它能促進肌肉、脂肪組織攝取和利用葡萄糖，抑制肝臟的葡萄糖異生，是機體具有降血糖作用的主要激素。胰島素由胰島β細胞合成和分泌，β細胞數(shù)目減少或其胰島素分泌障礙均可導致體內胰島素的分泌不足，嚴重時引發(fā)糖尿病。但是對于β細胞功能及其調控的生理、病理機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，在機體內源性葡萄糖的合成、輸出及調控中發(fā)揮重要

2、作用。FBPase分1、2兩個亞型，分別主要表達于肝臟和肌肉。作為葡萄糖異生中的重要受控環(huán)節(jié)，F(xiàn)BPase與葡萄糖在細胞內的代謝狀態(tài)關系密切，它與糖酵解中的限速酶—6-磷酸果糖激酶(PFK)協(xié)同，決定了細胞內6-磷酸果糖與1，6-二磷酸果糖間的動態(tài)轉化，以及葡萄糖在酵解與異生間的動態(tài)平衡。胰島素分泌作為一種“代謝—分泌耦聯(lián)”的生物學過程，也與β細胞內葡萄糖的代謝調控緊密聯(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FBPase在β細胞內的生理功能進行了研究。
　　 結果顯示，生理狀態(tài)下小鼠β細胞內主要表達的是1型FBPase(FBP1);利用RNA干擾技術降低小鼠β細胞系MIN6細胞中FBP1的表達可以促進其葡萄糖刺激的胰島素分泌，過表達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細胞的葡萄糖利用率，葡萄糖刺激的ATP產生，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同樣可以增強其體內葡萄糖刺激的胰島素分泌能力，并改善其葡萄糖耐受性。上述結果表明FBP1在β細胞內有重要的生物學功能，是其生理狀態(tài)下葡萄糖刺激胰島素分泌的一個重要負調節(jié)因子。
　　 我們前期的研究發(fā)現(xiàn)，一種含有BTB結構域的新型鋅指蛋白ZBTB20在血糖調控中發(fā)揮了重要的作用，ZBTB20全身基因敲除的小鼠表現(xiàn)出嚴重的糖代謝紊亂。利用本實驗室自制的ZBTB20單克隆抗體，對小鼠胰腺組織進行免疫組織化學染

5、色，發(fā)現(xiàn)ZBTB20在胰島β細胞中高表達。考慮到β細胞胰島素分泌在血糖調節(jié)中的重要性，在本課題的第二、三部分，我們建立了ZBTB20的β細胞特異性基因敲除小鼠模型，并以此為主要平臺，著重對ZBTB20在β細胞內的功能及其調控進行了研究。
　　 結果顯示，敲除小鼠β細胞的分化發(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);分離小鼠胰島進行體外實驗顯示，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細胞內葡萄糖利用障礙有關。
　　 為了闡明ZBTB20基因缺陷導致β細胞胰島素分泌障礙的機制，我們對敲除小鼠及對照小鼠β細胞內差異表達的基因進行了分析。結合生物化學與分子生物學、細胞生物學及組織學等實驗手段，從體內和體外水平，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細胞中的表達顯著升高。結合第一部分的實驗結果，我們推測ZBTB20基因缺陷導致β細胞胰島素分泌障礙的原因與FBP1的表達異常增高有關。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，進一步驗證了這一推斷。隨后的染色質免疫共沉淀實驗及報告基因分析顯示，ZBTB20能夠結合到fbp1基因的啟動子區(qū)域，且ZBTB20能夠抑制FBP1啟動子報告基因的活性，說明ZBTB20對FBP