表皮生长因子受体（ErbB）家族在胰岛α-细胞增生中的作用机理研究

China has biggest population of diabetes patients in the world. It is urgently need to develop new therapies and drugs for type 2 diabetes. Studies have revealed that glucagon receptor (GCGR) antagonism is a potential treatment for diabetes. However, one potential side effect is a-cell hyperplasia, which has been noted in several approaches to antagonize glucagon receptor action. We created a a-cell hyperplasia zebrafish model by inactivation of GCGR. We then performed a chemical screening and identified the ErbB family as target. We further confirmed the target by pharmaceutical and genetic approaches. Based on these preliminary data, this proposal will combine zebrafish and mouse as models to investigate the expression profiles and molecular mechanism of ErbB in the regulation of a-cell hyperplasia. We will use fluorescence in situ hybridization, Crispr/Cas9 genome-editing techniques, GPCRs DREADDs (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs), and Cre/Loxp conditional knockout techniques in this project. This study will offer an opportunity to unravel the molecular mechanism of compensatory a-cell hyperplasia resulting from glucagon antagonism and to discover other signals that regulate a-cell mass.

中国目前已经成为世界的糖尿病第一大国，亟需寻找和开发针对糖尿病治疗的更为有效的手段及治疗药物。研究表明，抑制胰高血糖素受体（GCGR）是治疗糖尿病的有效靶标之一。但如何解决因抑制GCGR而产生的α-细胞增生等并发症的问题就显得非常重要。本研究通过对前期建立的斑马鱼α-细胞增生模型进行小分子药物筛选，发现了ErbB受体家族在α-细胞增生过程中具有重要调控作用，药物学和遗传学的分析支持和确认了这一结论。本项目将在此发现的基础上，利用斑马鱼和小鼠的模式动物优势，运用原位杂交、Crispr/Cas9基因敲除、诱导表达人工设计的GPCR、Cre/LoxP条件性敲除等手段方法，进一步分析ErbB受体家族的具体表达情况，并将进一步深入研究ErbB受体的调控分子机理。该项目的完成将有助于我们更为有效地把GCGR作为治疗糖尿病的靶点和手段，积极地促进糖尿病的治疗和药物开发提供有力的支持。

抑制胰高血糖素受体（GCGR）是治疗糖尿病的有效靶标之一，但抑制GCGR伴随着胰岛α-细胞增生等并发症。因此解决因抑制GCGR而产生的α-细胞增生等并发症的问题就显得非常重要。本研究通过对前期建立的斑马鱼α-细胞增生模型进行小分子药物筛选，发现了ErbB受体家族在α-细胞增生过程中具有重要调控作用，并通过药物学和遗传学的分析支持和确认了这一结论。我们进一步用单细胞测序等手段发现α细胞中只表达ErbB受体家族成员ErbB2和ErbB3b。而用Crispr-Cas9技术敲除ErbB2和ErbB3b，能明显抑制α-细胞增殖。随后，通过斑马鱼、小鼠、细胞系等一系列的实验研究，我们探明了胰高血糖素（GCGR）的敲除引起肝脏氨基酸和脂质代谢的重编程，并引起血液循环中的氨基酸升高，升高的氨基酸，特别是谷氨酰胺和丙氨酸靶向胰岛α细胞，这两个氨基酸的代谢，促使了ErbB2和ErbB3异源二聚体的激活，从而激活下游的AKT, STAT3, mTOR等信号分子的磷酸化，最终引起胰岛α细胞的增殖。而用ErbB2的抑制剂拉帕提尼处理，能有效抑制胰岛α细胞的增殖。这些研究结果为把GCGR作为糖尿病治疗新靶点，及如何开展联合用药提供了理论依据。