高糖状态下DNA修复酶PARP1调节肝细胞胰岛素敏感性的分子机制

持续地细胞外高糖状态引发细胞内氧化应激反应是胰岛素抵抗发生的主要机制之一，但从DNA损伤修复角度探讨二者之间关系的研究甚少。我们前期结果提示高糖培养诱导肝细胞内活性氧生成增加，DNA损伤增强，激活DNA修复酶PARP1，而后者的活化参与了高糖诱导的细胞胰岛素敏感性下降过程。为此我们提出假说，在高糖状态下PARP1被DNA损伤激活，通过消耗细胞内NAD和抑制NAD依赖蛋白SIRT1活性，调节了胰岛素敏感性。本课题以细胞内NAD含量及胰岛素敏感性作为主要研究效应，采用PARP抑制剂PJ34及RNA干扰研究PARP1在胰岛素敏感性调节中的作用；同时敲低PARP1和SIRT1来探讨PARP1的可能调节机制。本研究从细胞应对环境变化所做出的正性调节是如何引发一系列负性效应着手，探讨细胞自身调节与细胞功能之间的复杂性，为研究2型糖尿病分子机制提供新的实验依据。

糖尿病是以细胞外液持续高糖状态为特点的糖代谢紊乱性疾病。长期的高糖状态引发细胞内环境改变，细胞为应对这种环境变化启动细胞内的各种修复系统，本研究着重探讨了DNA修复酶PARP在高糖损伤中的作用，观察其在胰岛素敏感性调节中的作用及可能机制。研究发现，长期的高糖状态诱发肝细胞内活性氧生成增加，DNA损伤增强，DNA修复酶PARP1活化，胰岛素敏感性下降。外源性施加PARP抑制剂PJ34或小分子RNA干扰PARP1均可有效抑制PARP1的活性，同时改善胰岛素敏感性。进一步探讨其可能的作用机制，发现高糖状态下，细胞内NAD含量，SIRT1活性，AMPK活性均有所下降，而抑制PARP1可以有效地提高细胞内NAD含量，SIRT1及AMPK的活性。同时外源性加入NAD亦可以增加SIRT1的活性，改善胰岛素敏感性。采用高脂喂养C57小鼠造胰岛素抵抗模型，观察PARP1在动物体内的作用，发现施加PARP抑制剂后，小鼠的胰岛素敏感性有所增加，肝组织内胰岛素信号蛋白活化程度均有所增强。通过体内和体外实验数据，我们可以得出以下结论，长期高糖状态引发细胞内活性氧生成增加，DNA损伤增强，细胞为应对这种内环境的改变启动了DNA修复系统，DNA修复酶PARP1被激活，活化后的PARP1在参与细胞功能修复的同时消耗了细胞内大量的NAD同时影响了其它受NAD调节的重要蛋白SIRT1。由于SIRT1在胰岛素敏感性调节中起着非常重要的作用，因此PARP1通过下调SIRT1的活性影响了胰岛素敏感性。本课题将氧化应激，DNA损伤修复和胰岛素敏感性三者联系在一起，从细胞损伤与细胞反应的角度探讨细胞功能改变的可能机制，揭示出一条新的葡萄糖毒性损伤途径，为研究2型糖尿病分子机制提供新的思路。