N1-甲基烟酰胺通过SIRT1调节2型糖尿病胰岛β细胞功能

It was recently found that N1-methylnicotinamide (MNAM) level in patients’ plasma positively correlated with the risk for obesity and type 2 diabetes, but the mechanism remains unknown. MNAM was also found to play important roles in glucose and lipid metabolism through different molecular pathways in hepatocytes and adipocytes. An intriguing but unanswered question in this field is whether MNAM has any effects on islet β cell function. Sirtuin 1 (SIRT1), as an important regulator of multiple transcription factors, has been proven to regulate islet beta cell function. Our preliminary data showed that feeding ob/ob mice with MNAM led to an improvement in insulin secretion, glucose tolerance, and up-regulated SIRT1 protein expression in β cells. Thus, we hypothesize that MNAM may ameliorate islet β cell dysfunction and enhance insulin secretion in type 2 diabetes through a SIRT1-dependent pathway. We will test our hypothesis in MNAM feeding and β cell specific transgenic mouse models, with the combination of cultured βcell model with glucotoxicity or lipotoxicity, aiming to reveal the effect of MNAM on islet β cell function and the inherent mechanisms.

临床研究发现人血清N1-甲基烟酰胺水平与肥胖和2型糖尿病风险成正相关但机制不明；同时N1-甲基烟酰胺可影响小鼠肝脏细胞和脂肪细胞的葡萄糖与脂肪代谢，在不同组织细胞中发挥作用的分子机制并不相同。N1-甲基烟酰胺对胰岛β细胞存在何种影响目前尚不清楚。乙酰化酶沉默信息调节因子1 （SIRT1）作为一种多功能转录调节因子，已经证实对胰岛β细胞功能调控有重要作用。我们的前期工作发现喂食N1-甲基烟酰胺能够增强ob/ob 肥胖2型糖尿病小鼠的胰岛素分泌功能，改善小鼠葡萄糖耐量，同时上调胰岛β细胞SIRT1蛋白的表达。据此提出假设：N1-甲基烟酰胺直接通过SIRT1发挥对2型糖尿病胰岛β细胞的促胰岛素分泌作用。本研究将通过构建胰岛细胞特异性基因过表达小鼠模型、糖脂毒性损伤细胞模型以验证上述假设，阐明N1-甲基烟酰胺对于肥胖2型糖尿病小鼠胰岛β细胞功能的影响及分子机制。

目的：探索N1-甲基烟酰胺（MNAM）对2型糖尿病胰岛β细胞及肝脏胰岛素抵抗的影响及乙酰化酶沉默信息调节因子1 （SIRT1）在其中的介导作用。方法：1.胰岛细胞瘤细胞系试验：MNAM对胰岛细胞分泌、SIRT1及其下游分子的影响以及在SIRT1抑制剂前后的变化；2.MNAM干预对ob/ob肥胖糖尿病小鼠糖代谢及胰岛素抵抗的影响，腹腔注射葡萄糖胰岛素释放试验；3.MNAM对ob/ob小鼠肝脏胰岛素敏感性的影响：肝脏脂质沉积、糖异生关键酶以及胰岛素信号通路关键分子表达及其磷酸化水平；4.肝细胞LO2经PA处理建立肝细胞胰岛素抵抗模型，研究MNAM调控肝脏胰岛素敏感性的潜在机制，包括培养基葡萄糖剩余量、糖异生关键酶和胰岛素信号通路关键分子的表达以及受SIRT1抑制剂的影响。结果：1.胰岛细胞体外试验：MNAM干预可增强高糖诱导胰岛细胞内胰岛素含量和胰岛素释放刺激指数，SIRT1抑制剂后该作用明显减弱；MNAM干预可增加胰岛细胞SIRT1的mRNA和蛋白表达，可使SIRT1下游信号PDX-1、GLP-1R、IRS2和Granuphilin的mRNA和蛋白水平升高和UCP2水平下降，可使下游分子FOXO1、FXR和SREBP1乙酰化水平下降；而SIRT1抑制剂使以上作用均相应减弱；2.动物水平研究：1）MNAM 干预可使ob/ob小鼠降低空腹静脉血糖和胰岛素以及多种胰岛素抵抗指数，但对糖负荷后胰岛素释放以及胰腺组织SIRT1水平无影响。提示MNAM 对小鼠葡萄糖代谢的改善有可能通过改善小鼠肝脏胰岛素敏感性而非促进胰岛素分泌，于是研究重心转为肝脏；2）MNAM干预可减轻ob/ob小鼠肝脏脂质沉积变性，降低肝脏PEPCK和G-6-Pase表达；升高IRS2酪氨酸磷酸化、PI3K和AKT及GSK3β磷酸化水平；3）可使ob/ob小鼠肝脏SIRT1表达升高，FOXO1乙酰化水平和PGC-1α表达下降；4）可使T2DM小鼠肝脏IRS-2、PI3K、AKT和GSK3β磷酸化水平升高。3.棕榈酸诱导的胰岛素抵抗肝细胞相关试验：，在SIRT1抑制剂干预的肝细胞模型中，MNAM使上述蛋白磷酸化水平升高的作用消失。结论：MNAM 通过调节肝脏 SIRT1及下游通路而改善胰岛素信号通路传导和肝糖异生；胰岛细胞体外试验发MNAM可上调胰岛细胞功能并由SIRT1介导实现，但动物研究未能证实。