GPR40通过抑制TLR4信号通路改善β细胞的代谢性炎症损伤

Meta-flammation was the important mechanism of islet β-cell dysfunction induced by lipotoxicity, and the activation of TLR4 signaling pathway was the main way for inflammation effect, but there was still lack of targeted interventions to this inflammatory mechanisms. Our previous study found that GPR40 may protect β cell from lipotoxicity, and recently it was reported that the activation of GPR40 attenuated chronic inflammation in pancreatic β-cells induced by inflammatory cytokineson, but the role of GPR40 on meta-flammation in β cell induced by lipotoxicity was not yet clear. This study will employ models of high fat-diet–induced obesity rat and lipotoxicity β cell, use RNA interference and gene over-expression technical to regulate GPR40 gene expression, and use agonists or inhibitors to regulate protein activity to observe: (1) the associate with meta-flammation in β cell induced by lipotoxicity and GPR40 or TLR4 expression levels; (2) the role of GPR40 expression and activity in β cell meta-flammation; (3)the relationship between the effect of GPR40 and the TLR4-JNK-NF-κB signal pathway. This study would explore the effect of GPR40 on β cell meta-inflammatory injury and its possible mechanism, in order to target interventions lipotoxicity meta- inflammation, and provide experimental evidence for protecting β-cell function .

代谢性炎症是脂毒性引起胰岛β细胞功能损伤的重要机制，TLR4信号通路的激活是代谢性炎症发挥作用的主要途径，但目前尚缺乏靶向干预措施。我们前期研究发现GPR40可拮抗β细胞脂毒性损害，新近文献报道GPR40 的激活可逆转由炎症因子诱导的β细胞炎症损伤，但GPR40对脂毒性诱导的β细胞代谢性炎症损害的作用尚未明确。本研究拟构建高脂饮食诱导的肥胖大鼠模型和脂毒性β细胞模型，采用RNA干扰和基因过表达技术调控GPR40基因表达，运用激动剂或抑制剂调节蛋白活性等方法，研究：（1）β细胞脂毒性炎症损害与GPR40和TLR4表达水平的关联；（2）分析调控GPR40表达及活性对β细胞脂毒性炎症损伤的影响；（3）GPR40发挥效应与TLR4-JNK -NF-κB信号通路的关系；以探讨GPR40对β细胞代谢性炎症损伤的保护作用及可能机制，以期为靶向干预脂毒性代谢性炎症，保护β细胞功能提供实验依据。

已知慢性代谢性炎症是糖脂毒性诱导胰岛β细胞损害的重要机制，而TLR4的激活在代谢性炎症中扮演关键角色。本项以脂毒性或炎症性 β细胞模型以及肥胖SD大鼠、TLR4KO大鼠模型作为研究对象，研究GPR40激动剂/Exendin-4/二甲双胍对β细胞糖脂毒性的保护作用及可能机制。我们的研究结果显示，GPR40激动剂（TAK875）可以呈浓度依赖性抑制脂毒性和LPS诱导的β细胞凋亡，改善胰岛素分泌功能，抑制TLR4-NF-κB的活化；沉默或过表达TLR4表达均可影响GPR40激动剂对脂毒性β细胞的保护作用。同样，特异激活或抑制TLR4或NF-κB均可改变GPR40激动剂对PA损害的拮抗作用。我们在肥胖大鼠动物模型中证实了，GPR40激动剂可降低肥胖大鼠体重、炎症因子，改善胰岛素抵抗，改善ɑ或β细胞数量和分布，抑制胰岛β细胞凋亡，抑制TLR4--NF-κB的活化。进一步敲除大鼠TLR4基因，可延缓高脂饮食诱导的上述损害，并协同GPR40激动剂的作用。同样，我们也发现Exendin-4/二甲双胍与GPR40激动剂具有类似的作用。总之，我们发现GPR40激动剂/Exendin-4/二甲双胍可通过抑制TLR4-NF-κB通路拮抗代谢性炎症诱导的β细胞损伤。我们的研究揭示了GPR40激动剂TAK875，GLP-1，二甲双胍拮抗糖脂毒性β细胞损伤的新机制，也为TLR4作为减重以及干预β细胞代谢性损伤的治疗靶点提供实验证据。同时鉴于GPR40在拮抗代谢性炎症，保护细胞功能方面的优势，提出GPR40是一个不错的潜在药物靶点。再者，我们的研究亦提示肥胖患者的抗炎治疗是一个预防糖尿病的潜在方向。