Drp-1基因在内质网应激诱导胰岛β细胞凋亡中的作用

胰岛β细胞功能衰竭是2型糖尿病发生的一个重要的环节，内质网应激是导致胰岛β细胞功能衰竭的一个重要因素，但相关的分子机制还不十分明了。线粒体分裂基因Drp-1(Dynamin-related protein 1, Drp-1)在糖尿病胰岛β细胞凋亡中起到重要的作用。但Drp-1基因是否参与内质网应激诱导的胰岛β细胞凋亡尚未见报道。本研究应用所建立的可诱导Drp-1表达的胰岛β细胞系和突变型Drp-1基因的胰岛β细胞系，研究Drp-1基因在内质网应激诱导的胰岛β细胞凋亡中的作用及可能的分子机制，为2型糖尿病胰岛β细胞功能衰竭的防治提供实验依据。

胰岛β细胞功能衰竭是2型糖尿病发生的一个重要环节，内质网应激诱导的细胞凋亡是导致胰岛β细胞功能衰竭的重要因素之一，线粒体分裂基因Drp-1(Dynamin-related protein 1,Drp-1)表达上调参与高糖诱导的胰岛β细胞凋亡，但Drp-1基因是否参与内质网应激诱导的胰岛β细胞凋亡尚不清楚。本研究项目通过成功构建的可诱导表达野生型Drp1基因（Drp-1WT）和突变型Drp-1基因（Drp-1K38A）的两种胰岛β细胞系，发现内质网应激诱导剂毒胡萝卜素(Thapsigagin, TG)和衣霉素(tunicamycin,TM)均可上调胰岛β细胞Drp-1基因的表达，诱导胰岛β细胞凋亡，并且有明显的剂量和时间依赖关系；Drp-1WT基因过表达细胞对TG和TM更加敏感，而突变型Drp-1基因（Drp-1K38A）过表达可抑制内质网应激诱导的细胞凋亡。激光共聚焦显微镜观察发现内质网应激诱导剂处理的细胞中线粒体多呈圆点状，网状线粒体明显减少，部分细胞色素c由线粒体释放到胞浆，而且此种细胞中活性氧(ROS)水平升高、线粒体膜电位降低、caspase-3活性增强，这种现象在Drp-1WT过表达细胞尤其明显，但在Drp-1K38A过表达细胞中减轻。说明内质网应激诱导的β细胞凋亡可能与Drp-1基因的表达上调有关，抑制Drp-1功能可以一定程度上减轻内质网应激反应对β细胞的损伤。体外实验表明：胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和GLP-1受体激动剂exendin-4可通过抑制氧化应激反应减轻TG诱导的胰岛β细胞凋亡。体内实验提示：葛根素联合牛磺酸对2型糖尿病大鼠胰腺具有保护作用。另外，我们在体内、外实验中还发现软脂酸（palmitate）诱导的胰岛β细胞凋亡也与Drp-1基因表达上调、线粒体分裂过程增强有关。进一步我们发现GK大鼠胰岛β细胞和体外培养的胰岛β细胞在高糖条件下Ca2+依赖的反式作用因子（Ca2+-responsive transactivator, CREST）表达上调，并且CREST基因表达上调介导了胰岛β细胞功能衰竭。因此，认为Drp-1基因表达上调、线粒体分裂过程增加参与了内质网应激诱导的胰岛β细胞凋亡，Drp-1基因可能是临床防治2型糖尿病胰岛β细胞功能衰竭的潜在靶点。