不同亚型胰岛素受体在鲤科鱼类血糖内稳态调节过程中的作用机制

It is well known that fish cannot utilize carbohydrate very well. But the mechanism of this is still unclear. The regulation mechanism of blood glucose homeostasis, which plays a key role in carbohydrate utilization, mediated by insulin receptors (IRs) will be investigated in the present project. TALEN knocking out technique has been used to build the IR gene knock-out zebrafish. We found that compared to the wild-type zebrafish, the blood glucose levels of IRa gene knocking out zebrafish increased immediately after feeding, but this happened at 24h after feeding in IRb gene knocking out zebrafish. These previous results indicated that IRa and IRb could have very different functions in the processing of regulation of blood glucose in fish. The present project will analyze the regulation of blood glucose mediated by IRs through different ways of PI3K/AKT signaling pathway and the downstream processes including glucose transporting, glycogen synthesis and glycolysis, gluconeogenesis and glycogenolysis. Then the relationship between the expression characteristics of IR subtype genes and the ability of carbohydrate utilization in Cyprinidae will be evaluated. This project will clarify the specific regulation mechanism of blood glucose homeostasis by two subtypes of insulin receptors in fish.

传统上鱼类被认为对糖类的利用能力较低，其关键的发生机制至今不明。我们拟针对血糖调节的关键起始步骤，即胰岛素受体（IR）在血糖调节过程中的作用机制开展研究。采用基因敲除技术，我们已经获得了IRa、b基因缺失的斑马鱼，并发现IRa缺失会导致斑马鱼摄食后血糖即时水平成倍升高；IRb缺失则在斑马鱼进食一段时间后才表现出血糖水平显著升高。由此表明，斑马鱼不同亚型IR对血糖调控具有时序特异性作用特征，在刚摄食后IRa亚型起主要调节作用；而进食后的饥饿期，则由IRb亚型发挥更加重要的作用。本项目拟进一步采用基因敲除和组学分析技术等，研究胰岛素/IR途径对斑马鱼血糖的调节机制，包括对PI3K/AKT信号通路、糖转运、糖原合成和糖酵解、糖异生和肝糖分解等过程的激活和调控机制，从而阐明不同IR亚型在斑马鱼血糖调节中的特征性机制，并指导鲤科养殖鱼类对糖利用机理的解析，为深入理解鱼类对糖源的利用提供理论基础。

传统上鱼类被认为对糖类的利用能力较低，其关键的发生机制至今不明。我们针对血糖调节的关键起始步骤，即胰岛素受体（insr）在血糖调节过程中的作用机制开展研究。本项目利用TALEN 技术分别构建了insra、insrb基因单缺失型和双缺失型斑马鱼模型，双缺失斑马鱼在早期快速死亡，而insra、insrb基因单缺失斑马鱼模型能够正常的生长和繁殖。通过对单缺失斑马鱼模型饲喂高糖饲料后，发现缺失其中任何一个胰岛素受体都会导致胰岛素信号通路的信号传导的减弱及糖酵解能力的下降，insra主要促进脂肪合成，而insrb主要通过促进GH信号通路的敏感性调控蛋白合成和脂类分解。我们进一步分析了胰岛素受体不同亚型在维持鱼类血糖内稳态中的调控机制，研究发现：insra敲除型斑马鱼表现出严重的餐后高血糖和胰岛素抵抗现象；摄食后不同敲除型斑马鱼的糖酵解受损都较严重；糖异生途径的失控是insra敲除型斑马鱼餐后高血糖的重要原因；斑马鱼糖异生的失控是由foxo1a途径调控的。由此，我们首次在鱼类中清晰地阐明胰岛素受体途径对血糖内稳态的调控：斑马鱼糖酵解代谢是由insra和insrb共同调节，而糖异生过程主要通过insra抑制foxo1a途径来调控。.在此基础上，我们分析了胰岛素及其受体途径和经济鱼类糖利用的关系，发现草食性草鱼比肉食性长吻鮠有更快的血糖清除速率，草鱼对糖酵解、糖异生、糖原合成和糖脂转化的代谢过程旺盛，而长吻鮠缺乏对糖异生途径的有效抑制。进一步研究发现摄入高糖饲料后草鱼胰岛素受体基因表达显著上调，而长吻鮠摄入高糖饲料后胰岛素受体基因表达没有显著变化，表明鱼类胰岛素受体信号和糖利用之间存在明显的关联关系。