Miro1驱动的线粒体自噬缺陷在糖尿病mtROS/NLRP3炎症小体激活级联效应中的作用及机制研究

High glucolipotoxicity and inflammation are key contributors to islet β cells dysfunction, leading to insulin resistance and subsequently, type 2 diabetes (T2D). Our previous studies show Miro1 involvement in damaged-mitochonria-produced ROS-induced NLRP3 inflammasome activation interferes with insulin signaling, but the mechanism has not been elucidated. Our pre-clinical experiments in T2D patient islet samples and STZ-diabetic mouse islets, found a significant decrease in the expression of Miro1. Thus, the first part of this project, we generate AdMiro1 and AdshMiro1 adenovirus, and infected INS-823/13 and primary islet cells that are induced by Glucose + PA stimulation to establish cell mtROS / NLRP3 activation model to study Miro1-driven mitophagy deficiency in inflammatory activation and its mechanism. The second part, we used drugs or genetic engineering by inhibiting or activating Miro1 downstream regulation of mitophagy key elements in Miro1f/f:Rip-cre islet β cell-specific knockout mice, to reverse the Miro1 knockout phenotypes. Our findings will provide drug development platform, new theories, and new drug targets for maintenance of β cell function under HFG stress.

高糖脂毒性和炎症因子毒性对胰岛β细胞的功能损伤是2型糖尿病重要的发病基础。申请人前期的研究结果已证实，Miro1在线粒体功能障碍引起β细胞NLRP3炎症小体激活并导致胰岛素分泌障碍中起重要作用，但其机制尚未阐明。我们的预实验在临床糖尿病人的胰岛标本和STZ-diabetic 小鼠胰岛中，发现Miro1 的表达显著下降。本项目第一部分,拟通过构建Miro1过表达和RNA干扰腺病毒，并分别感染INS-823/13 和原代胰岛细胞，Glucose+PA 刺激建立细胞mtROS/NLRP3 激活模型，研究Miro1驱动的线粒体自噬对胰岛细胞炎症小体激活的作用及其机制；第二部分，拟通过已构建成功的Miro1f/f:rip-cre小鼠, 使用药物或基因工程手段抑制或激活Miro1下游的关键分子以期能逆转Miro1基因敲除小鼠的表型，探讨分子机制；为防治胰岛β细胞的高糖脂损伤提供新理论与药物新靶点。

高糖脂毒性和炎症因子毒性对胰岛β细胞的功能损伤是2型糖尿病重要的发病基础。申请人前期的研究结果已证实，Miro1在线粒体功能障碍引起β细胞NLRP3炎症小体激活并导致胰岛素分泌障碍中起重要作用，但其机制尚未阐明。我们实验在临床糖尿病人的胰岛标本和STZ-diabetic小鼠胰岛中，发现Miro1的表达显著下降。本项目以INS-823/13和小鼠原代胰岛为细胞模型，构建成功的胰岛β细胞条件性缺失小鼠Miro1f/f:Rip-cre 小鼠为在体模型基础上，我们发现HFG应激通过破坏Miro1与微管的相互作用干扰了线粒体的运输，破坏线粒体自噬功能，从而激活了mtROS/NLRP3炎性小体；进一步发现Miro1 基因表达与分布失衡导致的线粒体动力学障碍, Miro1蛋白表达变化是干扰线粒体自噬障碍的两大主要原因；Miro1缺失导致下游MKK7-JNK-C-JUN信号通路激活失衡并抑制下游的IRS-AKT-Foxo1磷酸化级联，导致IKO小鼠胰岛细胞NLRP3炎症反应,胰岛素抵抗和代谢紊乱。HFD应激下的Miro1诱导下游的自噬重要基因Beclin-1甲基化的变化使Beclin-1表达的显着下降，导致线粒体缺乏及β细胞功能障碍，而新近发现的小分子物质6-Chloro-2-methoxy-9-(pyridin-4-yl)acndine 可以去除Beclin1甲基化导致的自噬抑制，释放出Bcclin1蛋白,从而激活自噬通路，逆转IKO动物表型。本项目的研究成果为预防高糖脂条件下的胰岛β细胞损伤和保护胰岛β细胞功能提供理论依据和药物新靶点。在课题资助期间，共发表SCI 论文17篇，其中以共同第一作者、通讯作者或共同通讯作者发表SCI论文8篇，包括FRBM、oncotarget及antioxidant redox sigaling等，国际合作论文7篇，总影响因子超60，指导博士后2名，研究生5名。