焦向英教授課題組發(fā)現TXNIP可通過PI3K/AKT信號通路參與胰島β細胞的增殖調控
糖尿病是一種由遺傳和環(huán)境等因素共同引起的，以胰島素絕對或相對缺乏為主要特征的慢性代謝性疾病。胰島素是由胰島β細胞分泌產生的。因此，胰島β細胞的數量減少和功能障礙是糖尿病發(fā)生發(fā)展的主要原因。目前治療糖尿病的主要手段是依靠控制飲食，增加運動，使用降糖藥物，以達到控制血糖水平的目的，但這些手段往往只能不同程度緩解糖尿病癥狀，不能達到長期控制血糖或逆轉糖尿病進程的目的，大多最終需要依賴胰島素。因此，促進胰島β細胞增殖，恢復胰島β細胞數量及功能是治療糖尿病的最有效辦法。然而，β細胞增殖的準確機制是什么？如何促進其增殖仍然不清楚。
山西醫(yī)科大學焦向英教授課題組長期從事硫氧還蛋白相互作用蛋白（Thioredoxin interacting protein，TXNIP）的研究。TXNIP是一種在多個組織器官中廣泛表達的多功能蛋白質。TXNIP的表達與糖尿病、心血管疾病、中樞神經系統(tǒng)疾病、癌癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關，具有介導氧化應激、誘導細胞凋亡及抑制細胞增殖等作用。
TXNIP是一種重要的腫瘤抑制因子，參與細胞生長調控，具有抑制細胞增殖和阻滯細胞周期進程的作用。但TXNIP是否也參與胰島β細胞的增殖調控，目前也無報道，有待觀察。
課題組構建了TXNIP基因敲除小鼠模型。正常生理條件下，成年胰島β細胞增殖能力低下，基本不發(fā)生增殖。因此，該課題組采用高脂喂養(yǎng)誘導胰島β細胞的代償性增殖模型，觀察TXNIP對胰島β細胞增殖的作用并進一步闡明其作用機制。
TXNIP基因敲除小鼠血糖水平降低，血清胰島素水平升高。進一步研究發(fā)現TXNIP基因敲除可以增加高脂喂養(yǎng)的肥胖小鼠胰島β細胞質量（β cell mass）（圖1）。
圖1
隨后課題組分別進行了Ki67和PCNA的免疫熒光染色。結果顯示，TNXIP基因敲除的高脂喂養(yǎng)小鼠胰島中Ki67和PCNA陽性細胞數量顯著增多（圖2）。提示TNXIP基因敲除可以促進高脂喂養(yǎng)誘導的肥胖模型小鼠中胰島β細胞的代償性增殖。
圖2
細胞增殖過程最終需要通過加速細胞周期的運轉而得以實現，而細胞周期受到各種細胞周期蛋白、細胞周期蛋白依賴激酶及細胞周期相關的抑制因子等的調節(jié)。細胞周期蛋白（Cyclins）和細胞周期蛋白依賴激酶（Cdks）組成復合物，促進各時期細胞周期的時相轉換。課題組進一步采用Western blot和RT-qPCR檢測了細胞周期調節(jié)因子的變化，結果表明，TNXIP基因敲除能夠促進高脂喂養(yǎng)誘導的肥胖模型小鼠胰島β細胞細胞增殖周期進程（圖3）。
圖3
來自于細胞外的促增殖激素或生長因子包括血小板源性生長因子、胰島素、葡萄糖、生長激素和胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）等通過相應受體，激活多種細胞內信號轉導途徑參與胰島β細胞增殖的調控，其中PI3K/AKT、ERK、Wnt/β-catenin是最主要的增殖調控信號通路。為了進一步闡明TXNIP對胰島β細胞增殖的調控機制，該課題組檢測了參與胰島β細胞增殖調控的信號通路，結果發(fā)現TXNIP基因敲除在高脂喂養(yǎng)的小鼠中能夠激活PI3K/AKT信號通路（圖4）。
圖4
綜上所述，TXNIP基因敲除在高脂喂養(yǎng)誘導的肥胖模型小鼠中能夠促進胰島β細胞的代償性增殖，并通過激活PI3K/AKT信號通路參與胰島β細胞的增殖調控。
該研究結果已在Endocr Connect上發(fā)表。論文第一署名單位為山西醫(yī)科大學。山西醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院2018級博士研究生雷占東為論文的第一作者。通訊作者為博士生導師焦向英教授。該研究得到山西省自然科學基金的資助。
