胰岛beta细胞糖脂毒性的动态分子机理研究

Chronic hyperglycemia and hyperlipidemia can exert deleterious effects on pancreatic beta-cell function, termed as glucolipotoxicity, which is considered as key factors of pathogenesis of the type 2 diabetes (TD). beta-cell dysfunction caused by glucolipotoxicity were characterized by several aspects, such as impaired glucose-stimulated insulin secretion (GSIS), ER stress, mitochondria dysfunction, cell apoptosis, undesirable gene regulations and so forth. However, the underlying cellular and molecular mechanisms are still elusive. In the proposal, aiming at globally understanding the process of glucolipotoxicity, we plan to investigate how dynamic changes of proteins and phosphorylation events occur when culturing INS1 cell line for different length of time under two different conditions of palmitate only and palmitate+glucose respectively, by utilizing tandem mass tag (TMT) labeling-based quantitative proteomic technology. Furthermore, we will analyze and integrate the obtained omics data by means of bioinformatics tools to seek key proteins and related signaling pathways, which potentially are involved in the process of glucolipoxicity. Moreover, biological validation of selected 1~2 key proteins will also be performed using INS1 as research model, we hope this study could not only pave the way to elucidate the molecular mechanism of glucolipotoxicity, but also provide the large data resource for seeking the potential drug targets for counteract glucolipotoxicity and recover pancreatic beta cell function.

长期处于慢性高血糖和高血脂状态下造成的胰岛beta细胞功能损伤，即糖脂毒性，是诱发和加重2型糖尿病的重要因素。糖脂毒性作用下的beta细胞表现出葡萄糖刺激的胰岛素分泌损伤，内质网应激，线粒体功能紊乱，细胞凋亡，基因调控异常等病理性特征，但其具体分子作用机理尚不明确。为了全面和深入认识糖脂毒性作用的过程，本课题拟利用大鼠胰岛瘤细胞系（INS1）建立的高脂和高糖高脂模型，通过基于TMT标记的定量蛋白质组学技术对两种模型毒性作用不同时程的INS1细胞蛋白质表达和磷酸化修饰水平的动态变化进行系统生物学研究，寻找参与糖脂毒性作用的关键分子和相关信号通路网络及其时程顺序，并筛选其中1～2个关键分子，对其进行生物学功能验证。这对于阐明beta细胞糖脂毒性的动态分子机理有重要的意义，同时大规模的组学数据将成为寻找抵抗糖脂毒性和恢复胰岛细胞功能药物靶标的重要资源。

越来越多的证据表明，胰岛beta细胞损伤是二型糖尿病发病的一个核心原因。除去遗传因素，长期慢性高血糖和高血脂环境对beta细胞的毒性作用，即糖脂毒性，是造成其功能损伤的主要原因。在糖脂毒性作用下，beta细胞的功能障碍主要表现为胰岛素分泌不足，胰岛素合成障碍以及细胞凋亡等。糖脂毒性主要包括代谢紊乱，氧化应激，内质网应激，钙稳态失衡，细胞自噬等作用机制。糖脂毒性作用过程中多种因素相互影响，错综复杂，所以其分子机理并未完全揭示。此外，糖脂毒性具有时程性的特点，而目前已发表的研究主要集中在糖脂毒性后期，对糖脂毒性早期以及其关键分子事件的时程变化鲜有报道。为了全面和深入认识糖脂毒性作用的分子机制，本课题采用大鼠胰岛瘤细胞系（INS1）建立的高脂和高糖高脂模型，通过基于TMT标记的定量蛋白质组学技术对两种模型毒性作用不同时程的INS1细胞蛋白质表达水平的动态变化进行系统生物学研究，通过对定量数据进行深入的生物信息学分析，对脂毒性和糖脂毒性关键分子事件的时程变化以及相互作用网络进行了描述和挖掘，既是对已有报道的概括和补充，也有新鉴定到的变化特征。我们发现糖脂毒性作用过程中，相对于脂肪酸代谢，胆固醇代谢的上调是早期的分子事件，这意味着其可能是早期诱导内质网应激的原因。同时我们的数据还揭示一个有意思的分子事件，与单独高脂相比，高糖高脂，除了诱导细胞凋亡，还存在促进细胞增值的作用。此外，我们对组学数据结合脂毒性和糖毒性表型的数据，筛选了2个关键分子，Setd8和Rhob，并对他们对INS1细胞的糖脂毒性的影响和可能的作用机制进行了研究，证实了Setd8参与了糖脂毒性作用下INS1细胞的增值，Rhob促进了脂毒性引起的细胞凋亡，为阐明细胞糖脂毒性的动态分子机理提供了新的线索和思路义，同时大规模的定量组学数据成为进一步寻找抵抗胰岛细胞糖脂毒性和恢复胰岛细胞功能药物潜在靶标的重要资源。