TXNIP在衰老导致的胰岛β细胞增殖和分泌功能下降中的作用及机制

Aging-dependent decrease in pancreatic β-cell proliferation and insulin secretion play important role in the pathogenesis of type 2 diabetes, the oxidative stress mechanism catch more attention. TXNIP is a major redox control molecule and inhibitor of Thioredoxin that has diverse effects including increasing oxidative stress, regulating metabolism and inhibiting cell proliferation. Recent studies in acute myeloid leukemia suggest a key role for TXNIP-induced apoptosis following decreased expression of the proliferation marker EZH2,another study found TRX-1,the antagonist of TXNIP induced downregulation of p16INK4a( one celluar aging marker).TXNIP has also been linked to glucotoxic β cell loss leading to the suggestion that targeting TXNIP may represent a novel approach to protect the β-cell from glucose toxicity. A role for TXNIP in the age-dependent decline of pancreatic β-cell proliferation has not been examined.Based on the above and our preliminary work we hypothesize that TXNIP contributes to the age-dependent decline of proliferation in the β cell. In order to test the hypothesis we will (i) characterizerates of β cell proliferation and apoptosis in C57BL/6J and TXNIP knock-out mice; (ii) explore the relationship among TXNIP , EZH2 and P16Ink4a at the molecular level using a range of approaches including inhibition of signaling pathways via pharmacological and RNA interference and chromatin immunoprecipitation. The success of our program can find the latent target to treat the age-dependent decline in islet β cell proliferation and provide new opportunities for the prevention and cure of type 2 diabetes.

衰老导致的胰岛β细胞增殖和胰岛素分泌功能下降在2型糖尿病发病机制中起重要作用，氧化应激与机体衰老密切相关。TXNIP具有促进氧化应激、抑制细胞增殖和调节糖脂代谢等多种功能，已知其在高糖导致的胰岛β细胞凋亡中起重要作用。最近研究发现在白血病细胞中TXNIP与多冠蛋白EZH2，在巨噬细胞中与细胞周期素酶抑制剂p16INK4a等胰岛老化和增殖能力密切相关的蛋白存在直接或者间接调控关系；本课题组前期研究也发现TXNIP随着大鼠老化在胰岛β细胞表达增加。有鉴于此，我们提出"TXNIP是介导胰岛β细胞老化的重要蛋白"的科学假设。本课题首先以TXNIP基因敲除小鼠为工具探讨 TXNIP与胰岛β细胞老化的内在联系，并进一步在细胞水平和分子水平探讨TXNIP与胰岛β细胞老化及衰老标志蛋白P16Ink4a、EZH2的关系以及其可能依赖的信号级联，从而寻找潜在的胰岛β细胞老化治疗靶点，为糖尿病的防治提供新思路。

为了探讨TXNIP在衰老导致的胰岛功能障碍中的作用和相关机制，本研究通过将WT和TXNIP-/-按照4个年龄段（3、6、9、12个月）进行饲养，检测不同年龄阶段胰岛素分泌和抵抗水平、代谢指标、衰老相关蛋白表达水平。同时构建TXNIP、EZH2过表达和TXNIP沉默的稳定表达MIN6细胞株，检测细胞增殖凋亡水平、氧化应激水平和衰老相关蛋白表达水平。结果表明：随着年龄的增加，胰岛分泌功能逐渐降低，胰岛素抵抗逐渐增加，胰腺组织中TXNIP表达逐渐增加，而TRX表达逐渐降低。高脂饲养能促进衰老导致的胰岛功能障碍和胰岛素抵抗，促进机体代谢紊乱的积累。同时，高脂饲养能够促进衰老导致的胰腺组织中TXNIP的表达。初步证实TXNIP可能是胰腺组织衰老的标志性蛋白。我们进一步研究发现，TXNIP能够促进衰老导致胰岛功能障碍和胰岛素抵抗的发生，促进衰老导致的机体代谢紊乱，其机制可能是通过促进衰老蛋白p16的表达。TXNIP能通过抑制胰岛β细胞的增殖，增加活性氧的合成，促进氧化应激，同时促进细胞凋亡的发生。其可能的机制为：TXNIP通过促进p38 MAPK磷酸化，促进衰老蛋白p16的表达，同时促进Caspase3的活化，从而促进细胞衰老和凋亡。过表达EZH2后，细胞生存率明显增加，同时凋亡明显减少。过表达EZH2能够下调TXNIP和p16的表达。故EZH2可能通过抑制TXNIP和p16的表达，延缓胰岛β细胞的衰老。