c-Maf促进胰岛β细胞发育的作用及分子机制研究

MafA and c-Maf belong to the members of a large Maf (macrophage-activating factor) family. Our study showed that MafA was an important transcription factor in pancreas β cell development. However, there were many insulin-producing cells in the MafA-/- mice, which suggest that other factors could may participate in the development of β cells. Further, the insulin-producing cells almost lost after the large Maf inhibited by MafK overexpression. The results indicate that besides MafA, c-Maf may participate in β cell development. Hence, we guess the synergistic effect of c-Maf with MafA participates in β cell development, and regulates the expression of some transcription factors (Nrf2, Pdx-1, Nkx6.1 and so on) interrelated with β cell development. Therefor, we will explore the mechanism of c-Maf in β cell development and the synergistic effect of it with MafA through constructing the c-Maf and MafA gene knockout mice, and do the restructuration of β cells through c-Maf and MafA overexpressed simultaneously by adenovirus. This research will provide an new incisivus point for the treatment of diabetes mellitus.

c-Maf与MafA一样都是巨噬细胞激活因子家族的大Maf蛋白。我们的前期研究结果证实MafA是胰岛β细胞发育的重要转录因子，然而，在MafA-/-小鼠仍存在相当一部分产生胰岛素的细胞，表明还有其它转录因子参与β细胞的发育。进一步用MafK过表达来抑制大Maf后发现产生胰岛素的细胞几乎消失，提示除MafA外，c-Maf也可能参与β细胞的发育。因此，本课题提出如下假说：c-Maf与MafA协同参与β细胞的发育，可能调控与β细胞发育相关的转录因子表达（Nrf2、Pdx-1、Nkx6.1等）。为此，本研究拟通过基因敲除小鼠模型，探讨c-Maf参与β细胞发育的机制，以及与MafA的协同作用；进一步通过腺病毒同时过表达c-Maf和MafA，观察对β细胞的重建作用，为将来糖尿病的治疗提供新的切入点。

本项目以糖尿病治疗为研究目标，系统的研究了c-Maf在胰岛β细胞发育中的作用及其调节机制，为糖尿病的治疗提供新的切入点。首先，获得c-Maf+/-、MafA-/-、c-Maf+/-::MafA+/-、WT等基因型的小鼠，发现c-Maf在胚胎的胰腺中表达高于成年小鼠，且在成年小鼠胰腺和很多器官中都存在表达。在胚胎第18.5天，c-Maf+/-::MafA+/-组小鼠的胰腺中Insulin+细胞和Glucagon+细胞都明显少于MafA-/-、c-Maf+/-和WT组小鼠，c-Maf+/-::MafA+/-组小鼠的胰腺中胰岛素含量也明显低于MafA-/-、c-Maf+/-和WT组，且其血糖含量在出生后的第8周和20周有明显的升高；在糖耐量实验中，c-Maf+/-::MafA+/-组血糖的升高明显高于MafA-/-、c-Maf+/-和WT组。在小鼠胰岛β细胞系中，c-Maf表达量的增加可以增加INS1、INS2基因水平上的表达。在体外培养模型中，c-Maf和MafA共同过表达时，会增加胰岛β细胞发育基因Ngn3、NeuroD的表达。综上所述，在小鼠中c-Maf可以通过与MafA的协同作用，促进胰岛β细胞发育相关基因Ngn3、NeuroD的表达，从而来促进胰岛β细胞的发育，并可以通过增加胰岛素合成基因INS1、INS2的表达，增加胰岛素的合成和分泌。当用MafK抑制大Maf家族的功能后，过表达c-Maf可以降低MafK的表达，并增加INS1、INS2、Ngn3、NeuroD等基因的表达。同时，上述结果也在腺病毒对胰岛β细胞重建的实验中得到验证。此外，由于 MafA-/-小鼠也是研究糖尿病的重要模式动物，我们发现达格列净可以通过增加产乙酸细菌（Blautia）、拟杆菌属（Bacterioides）、厚壁菌（Firmicutes）这三种菌的丰度增加MafA-/-小鼠肠道中乙酸、丙酸、丁酸含量从而调节肠道菌群改善糖尿病症状。在MafA-/-小鼠中，GLP-1通过诱导PDX-1产生，诱导胰岛α细胞转化成胰岛β细胞，从而改善小鼠体内血糖水平。以上结果提示，c-Maf能通过多种方式促进胰岛β细胞的发育。这些结果为深入研究糖尿病的发生发病机制及治疗方法提供了科学依据，奠定了理论基础。