mTOR-自噬通路在多囊卵巢综合征骨骼肌胰岛素抵抗中的作用及机制研究

Insulin resistance plays a central role in the pathogenesis of Polycystic Ovary Syndrome (PCOS). Skeletal muscle IR has been considered the leading cause of type 2 diabetes (T2D) in PCOS patients. Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a key regulator of autophagy. In addition, it is also important for protein synthesis and mitochondrial function of skeletal muscle. Aberrant expression of mTOR and autophagy is detected in skeletal muscle from the rats and mice with insulin resistance. Our preliminary data showed the presence of IR, the increased phosphorylated mTOR expression, and the reduced autophagy in skeletal muscle of androgen-induced PCOS mice. Thus the aim of the project is to study the role of mTOR-autophagy pathway in the pathogenesis of skeletal muscle IR in PCOS and the underlying mechanisms. We will induce PCOS mouse model. By activating or inhibiting mTOR, and generating skeletal muscle specific Tsc1 knockout mice, we will show how altered mTOR-autophagy pathway influences skeletal muscle IR in PCOS. In addition, the underlying mechanisms will be investigated at the cellular level in vitro. The accomplishment of this project will help to illustrate the pathogenesis of skeletal muscle IR in PCOS and provide the possible experimental evidence for the prevention and treatment of PCOS complicated by T2D.

胰岛素抵抗在多囊卵巢综合征（PCOS）的病理机制中占重要地位，骨骼肌胰岛素抵抗是PCOS患者并发2型糖尿病（T2D）的首要原因。mTOR是自噬调控的一个中心枢纽，并在骨骼肌蛋白质的合成和线粒体功能方面起重要作用。胰岛素抵抗的大、小鼠骨骼肌中mTOR和自噬表达异常。我们的预结果表明雄激素诱导的PCOS小鼠骨骼肌胰岛素抵抗、骨骼肌中mTOR的磷酸化水平增加、自噬降低。本课题旨在阐明mTOR-自噬通路在PCOS骨骼肌胰岛素抵抗发生中的作用及其机制。我们将诱导PCOS小鼠模型，并通过激活或抑制mTOR，以及构建骨骼肌特异性敲除mTOR上游抑制性因子TSC1小鼠，阐明mTOR-自噬通路表达改变对PCOS骨骼肌胰岛素抵抗的影响，同时将在细胞水平探讨其可能的机制。本课题的开展将有助于认识和理解PCOS骨骼肌胰岛素抵抗的病理机制，从而为今后PCOS患者并发T2D的预防和治疗提供可能的实验依据。

在本课题的资助下，我们共发表了4篇研究论文和和1篇中文核心期刊。在一篇论文工作中我们发现：脱氢表雄酮（dehydroepiandrosterone，DHEA）诱导的PCOS小鼠呈现骨骼肌胰岛素抵抗，代谢组学数据表明PCOS小鼠骨骼肌中有32种代谢物显著改变，结合骨骼肌纤维类型的比例、骨骼肌中脂质水平的测量，以及ATP的产生量，我们推断PCOS小鼠骨骼肌胰岛素抵抗产生机制中线粒体损伤占重要地位，而不是脂质堆积。我们在另一篇研究论文中报道：DHEA诱导的PCOS小鼠骨骼肌胰岛素抵抗,至少部分是由于骨骼肌中mTORC1被激活，从而导致自噬减少，进一步使得骨骼肌细胞线粒体受损和胰岛素刺激下葡萄糖的摄取减少。这些结果提示了mTOR信号通路在高雄激素诱导的PCOS骨骼肌胰岛素抵抗中的重要地位。此外，通过构建组织特异性敲除小鼠，并用DHEA诱导20天产生PCOS小鼠模型，我们发现骨骼肌特异性TSC1敲除(HSA-TSC1-/-)小鼠背景下诱导的PCOS小鼠与对照组（HSA-Cre-）背景诱导的PCOS小鼠相比，HSA-TSC1-/-背景诱导的PCOS小鼠骨骼肌中p-mTOR/mTOR以及p-S6/S6的比值显著高于对照组，说明HSA-TSC1-/-小鼠骨骼肌中mTOR信号通路被激活，并且HSA-TSC1-/-小鼠的体重显著增加，空腹胰岛素水平增加，全身胰岛素抵抗更为严重，葡萄糖耐量和胰岛素耐量更加恶化，这些结果证明骨骼肌中mTOR信号通路在PCOS的骨骼肌和全身胰岛素抵抗中占重要地位。我们的结果可为阐明PCOS胰岛素抵抗的发病机制做出贡献。