VIP及受体VPAC2精细调控胰岛素分泌的作用特点及机制研究

Insulin secretagogues are the common agents used in the treatment of type 2 diabetes, but their major side effect is hypoglycemia. Studies have shown that vasoactive intestinal peptide (VIP) potentiates insulin secretion. We further found that VIP only enhanced insulin secretion under high glucose condition, but not at low glucose condition, indicating that this type of glucose-dependent insulin secretion has good prospects in the treatment of diabetes with the low risk of hypoglycemia. However, the mechanism of VIP-mediated insulin secretion remains unknown. It has been shown that Kv channels play major role in the regulation of glucose-dependent insulin secretion, and our preliminary study demonstrated that VIP inhibited Kv channel currents in pancreatic β cells. Combined with the research progress of VIP, We hypothesize that Kv channels may play important role in VIP and its VPAC2 receptor-regulated insulin secretion through adenylyl cyclase (AC) /cAMP signaling pathway. Present project intends to investigate the characterization of VIP and its VPAC2 receptor-regulated insulin secretion and the underlying mechanism by applying VPAC2 gene knockout mice and other techniques (calcium imaging, patch clamp, shRNA gene knockdown, in vivo animal experiments, as well as in vitro pancreatic islet perfusion etc.). This project would provide new insight into the regulatory mechanisms on insulin secretion, and is beneficial to seek potential therapeutic target for development of new insulin secretagogues.

促胰岛素分泌剂是临床常用的降糖药物，但医源性低血糖是该类药物引发的常见不良反应。研究表明，血管活性肠肽（VIP）可促进胰岛素分泌，并且我们发现这一作用只在高糖而非低糖条件下有效。这一接近于生理模式的，具有葡萄糖浓度依赖性的促胰岛素分泌作用不易引发低血糖，具有较好的临床应用前景，但作用机制仍待阐明。有证据表明胰岛β细胞Kv通道在葡萄糖依赖性促胰岛素分泌中发挥着重要作用，我们的初步研究也显示VIP具有阻断Kv通道的作用。结合相关研究进展，我们认为在VIP及其受体VPAC2调控的胰岛素分泌中，Kv通道以及腺苷酸环化酶(AC)/cAMP信号通路发挥着重要作用。本项目拟以此为切入点，采用VPAC2基因敲除小鼠，利用基因沉默、膜片钳和离子成像等技术，深入研究VIP及受体VPAC2引起的葡萄糖依赖性促胰岛素分泌作用，为进一步阐明胰岛素分泌的精细调控机制，探索新型胰岛素促泌剂的作用靶点提供实验依据。

2型糖尿病，主要表现为胰岛素分泌不足和胰岛素抵抗，因其伴随多种并发症而极大地增加了全世界的死亡率和经济负担。在机体血糖稳态的调控过程中,胰岛素发挥着重要的降血糖作用。目前广泛应用于临床的促胰岛素分泌剂因其降糖作用不依赖于体内的血糖水平，给药后可造成过度的胰岛素分泌而引发低血糖等副作用，增加了糖尿病治疗中常见的甚至致命的并发症，如心脑血管事件的发生率。在这样的研究背景下，血管活性肠肽(VIP)及其受体对糖尿病的影响正在受到越来越多研究人员的关注。本实验旨在进一步探讨VIP对大鼠胰岛素分泌的影响及其相关的作用机制。.胰岛素分泌实验中，VIP在高糖(8.3mM)时可促进胰岛素分泌，低糖(2.8mM)时没有此作用，说明VIP可葡萄糖依赖性地促进胰岛素分泌。用VPAC2受体阻断剂(PG 99-465)、腺苷酸环化酶抑制剂(SQ 22536)和蛋白激酶A抑制剂(KT 5720)干预，均减弱VIP的促胰岛素分泌作用；说明VIP促胰岛素分泌依赖于VPAC2受体和AC/PKA信号通路。我们采用膜片钳技术和钙成像技术揭示：用经典的Kv通道阻断剂TEA干预，可促进胰岛素分泌。VIP可浓度依赖性地抑制电压依赖性钾（Kv）通道，延长动作电位时程，促进Ca2+内流，提示VIP可通过抑制Kv通道促进胰岛素分泌。用PG 99-465、SQ 22536、KT5720干预，VIP对Kv通道的抑制作用被减弱，说明VIP通过VPAC2受体和AC/PKA信号通路抑制Kv通道而促进胰岛素分泌。但是用VIP和TEA同时干预，发现VIP能进一步促进胰岛素分泌；而当L型Ca2+通道的阻断剂Azelnidipine存在时，VIP的促胰岛素分泌作用被逆转。这些结果意味着VIP刺激的胰岛素分泌不仅受Kv通道的调节，还与电压依赖性钙通道有关。.综上所述，这些发现表明VIP通过VPAC2受体和AC/PKA信号通路抑制Kv通道，激活Ca2+通道和增加细胞内Ca2+浓度从而刺激胰岛素分泌。本研究的意义在于为以VPAC2受体作为治疗治疗糖尿病的新型靶点和以VIP作为基础的潜在抗糖尿病药物的研究提供实验和理论依据。