丝氨酸合成回补代谢通路在TSA保护胰岛功能中的作用研究

Protein acetylation-induced metabolic reprogramming has become an important research topic for enhancing specific cell function and disease therapy, and the preservation of pancreatic β-cell function is a major point of research in preventing and treating type 2 diabetes. Our previous data show that protein acetylation induced by trichostatin A (TSA) increases glucose-stimulated insulin secretion from isolated rat islets, along with increased gene expressions in serine biosynthesis pathway. So we propose the research hypothesis：protein acetylation may increase insulin secretion from pancreatic β-cell by stimulating serine biosynthesis pathway, increasing the production of metabolic signaling molecular in amplification pathway of insulin secretion, and thus protect pancreatic β-cell function. We will observe the effect of protein acetylation on serine biosynthesis activity and insulin secretion, and explore the mechanism involved. These will widen the knowledge of protein acetylation-induced metabolic regulation and insulin secretion and provide possible therapeutic target for β-cell protection.

细胞代谢调节领域的研究进展预示着蛋白乙酰化介导的代谢重编程在强化特定细胞功能及疾病治疗中的巨大应用前景，而如何维持胰岛功能是防治2型糖尿病的关键问题。预实验发现去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A（TSA）能显著增加胰岛?细胞分泌能力，保护胰岛功能，伴随丝氨酸合成回补代谢通路相关基因显著上调，据此我们提出假设：TSA介导的蛋白乙酰化可以通过激活胰岛细胞的回补代谢通路，增加胰岛素分泌扩大途径代谢性信号分子的产生和胰岛素分泌能力，保护胰岛功能。本研究将系统观察TSA对胰岛β细胞丝氨酸合成回补代谢通路的影响及其在胰岛素分泌和胰岛功能保护中的可能作用，探索乙酰化调节胰岛代谢和功能的新机制，最终为深入了解2型糖尿病的发病机制及寻找针对胰岛β细胞保护作用的药物提供理论基础和研发思路。

蛋白乙酰化在多种特定分化细胞功能调节中发挥重要作用，在代谢调节领域的作用越来越受到关注。2型糖尿病是严重危害人类健康的慢性代谢性疾病，胰岛功能的维持是糖尿病防治中的关键问题。我们在研究中发现去乙酰化酶抑制剂TSA显著增加胰岛细胞的胰岛素分泌能力，保护胰岛功能。为了进一步探索其作用机制，我们抽提胰岛RNA，用基因芯片技术筛选差异表达基因，结果显示多条代谢通路基因发生改变，其中丝氨酸/甘氨酸代谢通路在所有代谢通路中的改变最显著,提示 TSA 确有可能通过激活特定代谢通路增强胰岛功能。同时TSA能显著下调大鼠胰岛KCNK16表达，该蛋白介导背景钾电流，对于维持正常的静息电位十分重要，推测TSA可以通过降低该蛋白的表达水平增加膜去极化，进而增加胰岛素分泌能力。为了探讨非组蛋白乙酰化修饰在胰岛功能调节中的作用，我们收集大鼠胰岛抽提蛋白，蛋白乙酰化质谱技术发现1365个胰岛蛋白的3067个赖氨酸乙酰化位点，多条代谢通路的代谢酶存在高乙酰化修饰，如糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化和脂肪酸代谢等。对胰岛功能有重要调节作用并连接线粒体和胞浆代谢的多条穿梭通路的代谢酶也存在乙酰化修饰，如丙酮酸-柠檬酸循环、丙酮酸/苹果酸循环和异柠檬酸/酮戊二酸穿梭。以上结果提示，蛋白乙酰化可以通过组蛋白乙酰化影响胰岛基因的表达，也可以在翻译后修饰水平直接影响胰岛酶蛋白的活性和稳定性，进而影响胰岛细胞代谢和胰岛素分泌相关的各个环节。