ATF5基因过表达对2型糖尿病小鼠抗胰岛β细胞脂糖毒性凋亡及其机制的研究

Chronic hyperlipidemia (lipotoxicity), hyperglycemia(glucotoxicity), or the synergistic damage of both to pancreatic β cell, is one of the important mechanisms responsible for the development of β cell failure in diabetes. Therefore, research on protecting β cell from lipoglucotoxic apoptosis is of great significance to the diabetic investigation. Previous studies by our team and other teams have found that chronic lipoglucotoxicity can induce endoplasmic reticulum stress (ERS) of β cell, which finally cause ERS reactive apoptosis of β cell; however, interventions improving the state of ERS can effectively preserve the function and quantity of β cell. Activating transcription factor 5 (ATF5) is a newly discovered antiapoptotic factor, which can help restore the homeostasis and viability of cells under ERS. ATF5 has also been proved to be the key factor for β cell to fight against ERS-induced apoptosis in vitro study. These evidences show that ATF5 is a hoping target for treatment of diabetes. However, the role of ATF5 and its potential mechanisms in treatment of diabetes remain unclear. Therefore, our project plan to construct type 2 diabetic animal models with specifically overexpressing of ATF5 gene in pancreatic β cells and also utilize in vitro models of lipoglucotoxicity to explore the role of ATF5 and its potential mechanisms in protecting β cell against lipoglucotoxic damage and treatment of diabetes in depth. Through this, we try to provide a new approach for the prevention β cells from lipoglucotoxic-induced cell failure.

慢性高脂（脂毒性）、慢性高糖（糖毒性）或者两者协同对胰岛β细胞造成的损伤，是糖尿病中发生β细胞衰竭的重要机制之一。因此，研究如何在脂糖毒性条件下保护β细胞对糖尿病防治具有重要意义。我们和其他团队研究发现，慢性脂糖毒性可诱发β细胞发生内质网应激（ERS），引起细胞ERS反应性凋亡；通过干预改善ERS则可有效保护β细胞的功能和数量。活化转录因子5（ATF5）是新近发现的抗凋亡因子，它可帮助细胞在ERS中恢复稳态和活力；在体外研究中，ATF5被证实是β细胞对抗ERS反应性凋亡的关键因子。这些证据支持ATF5是糖尿病防治的希望靶点。但目前关于ATF5在糖尿病治疗中的作用及可能机制尚不清楚。因此，本项目拟通过构建伴脂糖毒性的2型糖尿病小鼠β细胞特异性过表达ATF5基因，并结合体外脂糖毒性模型，深入探讨ATF5在对抗β细胞脂糖毒性损伤及防治糖尿病中的作用及机制，力图为保护糖尿病β细胞衰竭提供新的途径。

内质网应激（ERS）与2型糖尿病密切相关。转录激活因子5（Activating transcription factor 5，ATF5）是属于转录激活因子/环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（ATF/CREB）家族的转录因子，该家族成员发挥作用的主要方式是通过与目的基因启动子的cAMP 反应元件结合，激活或抑制目的基因的表达，应激时其水平在小鼠胰岛内升高。有趣的是，ATF5缺乏已被证明会导致胰岛对内质网应激的抵抗能力下降，促进胰岛β细胞凋亡。然而，上述ATF5的作用多是在细胞系或离体培养原代细胞中发现，目前缺乏研究探索ATF5在糖尿病及体内胰岛中的变化和具体作用。本项目旨在探讨肥胖2型糖尿病模型小鼠的胰岛中ATF5 的变化，以及通过上调ATF5的表达来探讨其在胰岛β细胞中的作用。由此，我们构建了过表达ATF5的体外和体内模型来验证相关作用。我们还通过使用多种肥胖2型糖尿病小鼠模型来明确ATF5在代谢紊乱背景下的调节。我们的体外实验结果表明，ATF5过表达促进了棕榈酸（PA）诱导的脂毒性细胞凋亡。而在体内，全身过表达ATF5对小鼠具有致死作用；胰腺特异性ATF5过表达小鼠则表现出β细胞凋亡的增加。此外，ATF5在本研究中所有肥胖2型糖尿病小鼠模型的胰岛中表现出一致的下降, 周龄、炎症与 ATF5的关联性可能不大。综上，结合已报道的发现与我们的结果，ATF5对胰岛β细胞的作用可能呈倒U型，即过高或过低ATF5都将给胰岛β细胞带来负面作用。未来在开发针对ATF5的新型药物以预防和治疗代谢性疾病时应该考虑严格控制ATF5水平。而在体内胰岛中，ATF5可能是更为敏感和早期的胰岛ERS相关因子。