无机砷诱导胰岛β细胞凋亡的分子机制研究

近年的流行病学研究表明，慢性无机砷中毒可能引起糖尿病，因此，阐明无机砷对糖尿病流行所起的作用具有重要的公共卫生学意义，但目前有关无机砷引起糖尿病的分子机制尚不清楚。本课题根据前期研究线索和目前国内外的研究现状，提出了无机砷通过诱导胰岛β细胞凋亡而引起糖尿病的理论假设，即无机砷可能通过早期促凋亡因子上调硫氧还原交互作用蛋白（Txnip）的表达，使其与硫氧还蛋白（Trx）的结合增多，继而激活一系列的促凋亡激酶和信号因子，导致线粒体功能损伤和β细胞凋亡。本研究应用双向凝胶电泳和基因芯片技术筛选早期促凋亡蛋白及其靶基因，用激光共聚焦显微镜观察Txnip与Trx的结合，用RNAi技术探讨目的基因对凋亡调控的影响。以上研究将在无机砷诱导糖尿病的分子机制方面取得一定的突破，为全面了解无机砷和糖尿病的关系提供理论依据。

本项目旨在研究无机砷诱导胰岛β细胞凋亡的机制。通过研究三价无机砷作用后，胰岛β细胞的全基因表达谱变化、氧化应激、凋亡以及可能涉及的线粒体损伤、溶酶体损伤及相关基因和蛋白表达的变化，探讨无机砷与糖尿病之间的可能联系。结果表明，低剂量的无机砷可引起INS-1细胞的氧化损伤，诱发凋亡，而在细胞的凋亡过程中。亚砷酸钠导致了细胞内线粒体膜电位的下降，诱导cathepsin D和cyt C释放，引起caspase 3的降解，并破坏了溶酶体膜的稳定性。为进一步探讨溶酶体膜稳定性破坏在亚砷酸钠诱导的细胞凋亡中的作用，我们应用溶酶体抑制剂NH4Cl和Pepstatin A拮抗亚砷酸钠可能对溶酶体膜稳定性的破坏作用。结果保护组细胞的损伤明显降低，证实了溶酶体损伤在砷致INS-1细胞凋亡过程中的作用。从时间顺序来看，氧化应激可能参与了线粒体的损伤。由此我们推测：亚砷酸钠诱导INS-1细胞凋亡的机制之一是通过氧化应激使细胞内的线粒体膜电位下降，cathepsin D和cyt C释放，引起caspase 3的降解，导致溶酶体膜稳定性破坏，提出了溶酶体-线粒体轴在砷致INS-1细胞凋亡中的作用的新思路。