SIRT3调节胰岛功能的机制研究

Protein acetylation plays an important role in regulating cell metabolism and function. In recent years, the impact of SIRT3 (sirtuin3), a key deacetylase in mitochondria on energy metabolism has become a research hot spot.The patients with deficiency in short-chain 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (SCHAD, an enzyme of mitochondrial fatty acid oxidation) present with familial hyperinsulinemic hypoglycemia. Our previous study revealed that SIRT3 knockout mice showed insulin hypersecretion, high glucose inhibited SIRT3 expression and increased the acetylation level of SCHAD in mouse islets. In the present study， we will use SIRT3 knockout and transgenic mice, adenovirus transfection, mass spectrometry-based global analysis of lysine acetylation, metabonomics, Seahorse XF cell energy phenotype test, and Co-immunoprecipitation techniques to investigate whether SIRT3 regulates islet function via deacetylating SCHAD and changing its activity. This study will explore the mechanism underlying protein acetylation-regulated islet metabolism and function and provide a theoretical basis for the prevention and treatment of metabolic syndrome and type 2 diabetes.

蛋白乙酰化修饰在细胞代谢和功能调节中起重要作用，近年来线粒体去乙酰化关键酶沉默信息调节因子3（SIRT3）在能量代谢中的作用备受关注，临床上短链羟酰基辅酶A脱氢酶（SCHAD，催化线粒体短链脂肪酸氧化）活性缺失患者可出现家族性高胰岛素低血糖症。本课题组前期工作发现SIRT3基因敲除小鼠出现胰岛素高分泌，高糖抑制小鼠胰岛SIRT3的表达，上调SCHAD的乙酰化水平。本课题拟采用SIRT3基因敲除和转基因小鼠、腺病毒转染、乙酰化定量蛋白质组学、代谢组学、Seahorse细胞能量代谢检测和免疫共沉淀等技术，观察SIRT3是否通过去乙酰化SCHAD改变其活性，进而调节胰岛功能，并以此为切入点探索线粒体蛋白乙酰化调节胰岛代谢和功能的作用机制，为代谢综合征和2型糖尿病的防治提供理论依据。

胰岛β细胞功能紊乱在2型糖尿病的发生发展中起核心作用，在各种生理病理状态下如何维持足够的β细胞功能是防治2型糖尿病的关键问题。近年来研究证据表明，蛋白乙酰化在细胞代谢和能量调节中发挥重要作用。然而，蛋白乙酰化在胰岛β细胞中的作用仍不清楚。本研究为阐明乙酰化调节胰岛β细胞功能的作用及相关分子机制，以大鼠胰岛的乙酰化蛋白质谱及去乙酰化酶抑制剂处理的胰岛基因芯片表达谱为切入点，筛选乙酰化影响胰岛素分泌的特定代谢通路和特异基因表达，探索乙酰化协调胰岛细胞代谢程序和功能的作用模式。大鼠胰岛的乙酰化质谱鉴定出3067个乙酰化位点和1365个乙酰化蛋白，乙酰化蛋白参与了胰岛素分泌相关的代谢信号通路；葡萄糖刺激的胰岛定量乙酰化组学鉴定到脂肪酸氧化通路酶乙酰化水平上调；葡萄糖和NAM增加ECHA的乙酰化，抑制脂肪酸氧化；SIRT3去乙酰化ECHA，促进β细胞脂肪酸氧化；SIRT3过表达则抑制脂肪酸刺激的胰岛素分泌，而SIRT3敲除小鼠的胰岛素分泌增加，且能被ECHA部分逆转。上述结果从能量代谢角度整体探寻乙酰化对β细胞功能的调控机制，为寻求具有β细胞保护作用的2型糖尿病治疗药物提供了新思路。