调节肝细胞胰岛素敏感性的新关键基因的筛选和研究

Type 2 diabetes, as one of the most complex metabolic diseases, is characterized by the reduction of insulin sensitivity. Currently, there are many reseaerch on insulin sensitivity improvement, however, the escalating prevalence of type 2 diabetes and the limitations of currently available preventative and therapeutic options highlight the need for a more complete understanding of the pathogenesis of type 2 diabetes and searching for new key genes for insulin sensitivity regulation. Recently, high-throughput sequencing shows major advances in robustness, resolution and reproducibility based on its relatively unbiased and direct digital readout with sequencing by synthesis method, and is sutable for screening differentially expressed genes globally. Our project is to globally profile the gene expression of type 2 diabetic and normal mice liver with digital high-throughput sequencing, and predict 30-45 new candidate genes for hepatic insulin sensitivity regulation through bioinformation analysis of differentially expressed genes, pathways and networks. Next, screening at least 2 candidate genes at cell level, through downregulating and upregulating candidate genes with siRNA and overexpression step by step. Third, we plan to detect the effect of at least 1 candidate gene for insulin sensitivity improvement in vivo through gene overexpression with adenovirus injection and hepatic specific knockout mice, and study the molecular mechanism primarily. Our project is to provide a potential therapeutic approach for preventing or treating type 2 diabetes.

2型糖尿病是一种复杂的慢性代谢疾病，胰岛素敏感性下降是其主要特征。目前改善胰岛素敏感性的方法已有较多研究，但在临床应用方面还存在不足。因此迫切需要寻找新的可调节胰岛素敏感性的关键基因。高通量测序技术具有多方面优势，适合全面筛选差异基因。本项目拟利用高通量测序技术对2型糖尿病和正常小鼠肝脏组织的基因表达谱进行定量检测；并通过生物信息学方法分析有显著差异的基因、信号通路和基因网络，结合文献资料，从中预测和筛选30-45个新的调节肝细胞胰岛素敏感性的候选基因；接着在细胞水平通过siRNA下调候选基因进行筛选，并用过表达方法进一步确定候选基因的有效性，筛选出至少2个可调节肝细胞胰岛素敏感性的候选基因；进而在动物水平利用尾静脉腺注射病毒和基因敲除小鼠等方法希望筛选出至少1个可以显著调节胰岛素敏感性的新关键基因；并对其作用的分子机制进行初步探索。本项目的顺利实施将为2型糖尿病的防治提供新的思路和线索。

2型糖尿病是一种复杂的慢性代谢疾病，胰岛素敏感性下降是其主要特征。目前改善胰岛素敏感性的方法已有较多研究，但在临床应用方面还存在不足。因此迫切需要寻找新的可调节胰岛素敏感性的关键基因。. 本项目首先利用高通量测序技术对2型糖尿病和正常小鼠肝脏组织的基因表达谱进行定量检测,并得到12132个基因，其中2627个为糖尿病小鼠肝脏中差异表达基因；生物信息学分析表明，糖尿病小鼠肝脏中表达上调的信号通路集中在代谢相关通路中，而下调的信号通路则集中在免疫相关通路；结合文献资料，我们从中预测和筛选出30-45个新的调节肝细胞胰岛素敏感性的候选基因，接着在细胞水平通过siRNA下调候选基因进行筛选，并用过表达方法进一步确定候选基因的有效性，筛选出Clock和Bmal1两个可调节肝细胞胰岛素敏感性的候选基因。. CLOCK和BMAL1是调控节律的两个核心蛋白，据报道，节律紊乱会导致胰岛素抵抗，但机制不明。我们的研究结合第一部分高通量测序预测结果，通过对胰岛素抵抗的肝细胞和小鼠肝脏的研究，发现了节律蛋白CLOCK和BMAL1与胰岛素抵抗的相关性及对胰岛素敏感性的调控作用；接着，机制研究表明节律蛋白CLOCK和BMAL1通过调节SIRT1的转录从而调控肝脏胰岛素敏感性；进一步确认了可诱导SIRT1激活的白藜芦醇对节律紊乱导致的胰岛素抵抗有防治作用。. 综上，本项目研究发现并阐明了节律蛋白CLOCK和BMAL1通过SIRT1调控胰岛素敏感性的分子机理和相关生物学功能。本项目的实施将有助于阐明节律调控代谢的分子机制，并为2型糖尿病相关疾病的防治提供新思路。