棕櫚酰化偶聯(lián)胰島素分泌亢進(jìn)與糖尿病β細(xì)胞衰竭

作者簡(jiǎn)介：

本文亮點(diǎn)：

APT1在人胰島中表達(dá)改變

APT1缺乏導(dǎo)致胰島素分泌過多

APT1底物Scamp1缺乏導(dǎo)致胰島素分泌過多

APT1缺乏促進(jìn)高脂喂養(yǎng)小鼠和db/db小鼠的β細(xì)胞衰竭

背景部分介紹：

II型糖尿病(T2D)是一種致命的多系統(tǒng)疾病，以循環(huán)葡萄糖水平升高為特征。T2D的高血糖是由β細(xì)胞功能障礙引起的，通常在胰島素耐受的情況下發(fā)生。高胰島素血癥常見于T2D，高血糖可能代表β細(xì)胞無法補(bǔ)償外周胰島素抵抗。T2D演變的機(jī)制尚不清楚，該疾病有一系列表現(xiàn)，包括糖尿病并發(fā)癥和死亡的各種風(fēng)險(xiǎn)。其中一些表現(xiàn)的特點(diǎn)是胰島素分泌過多，在沒有胰島素抵抗的情況下，循環(huán)葡萄糖水平遠(yuǎn)未達(dá)到糖尿病的診斷水平。這種高分泌的病因尚不清楚，及胰島素分泌增加是否導(dǎo)致β細(xì)胞衰竭或胰島素耐受和糖尿病表型的進(jìn)展。營(yíng)養(yǎng)過剩導(dǎo)致組織脂質(zhì)積累在T2D中很常見，棕櫚酸脂肪酸水平升高與高胰島素血癥和β細(xì)胞功能障礙有關(guān)。營(yíng)養(yǎng)毒性，有時(shí)被稱為糖脂毒性，了解甚少，脂肪酸在糖尿病發(fā)病機(jī)制中的作用是有爭(zhēng)議的。

營(yíng)養(yǎng)過剩導(dǎo)致組織脂質(zhì)積累在T2D中很常見，棕櫚酸脂肪酸水平升高與高胰島素血癥和β細(xì)胞功能障礙有關(guān)。營(yíng)養(yǎng)毒性，有時(shí)被稱為糖脂毒性，了解甚少，脂肪酸在糖尿病發(fā)病機(jī)制中的作用是有爭(zhēng)議的。棕櫚?；ㄟ^在棕櫚酸酯部分和半胱氨酸殘基上的巰基之間形成硫酯鍵來修飾蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，影響至少4000種人類蛋白質(zhì)，并且作為代謝疾病的潛在因素被忽視。

棕櫚?；蒁HHC?；D(zhuǎn)移酶大家族驅(qū)動(dòng)，并由?；鞍琢蝓ッ?APTs)小家族逆轉(zhuǎn)。葡萄糖增加了模擬胰腺細(xì)胞的細(xì)胞中棕櫚?；鞍椎臄?shù)量，表明燃料流可能通過棕櫚?；瘏f(xié)調(diào)代謝功能。APT1是去棕櫚?；闹饕橘|(zhì)，從半胱氨酸殘基中去除棕櫚酸的過程。APT1酶活性在糖尿病內(nèi)皮細(xì)胞中降低，正常內(nèi)皮細(xì)胞暴露于高血糖會(huì)降低APT1酶活性，而遺傳性APT1缺乏會(huì)模擬糖尿病血管疾病，這表明棕櫚?；?去棕櫚酰化循環(huán)可能在糖尿病病理生理中起重要作用。

主要結(jié)果部分：

1. APT1在T2D小鼠中表達(dá)量增加，其活性降低

（A）APT1在T2D小鼠中表達(dá)量增加；

（B, C）兩名尿病患者新分離的β細(xì)胞APT1酶活性下降了約30%；

（D）患有嚴(yán)重并發(fā)癥的長(zhǎng)期糖尿病患者的組織，男性糖尿病細(xì)胞的β細(xì)胞產(chǎn)量低，APT1酶活性增加了約25%。

2. APT1敲除小鼠分離的胰島增加了葡萄糖刺激的胰島素分泌

（A-E, G-I）APT1(整體/胰島)敲除小鼠模型：

●Islet 組織形態(tài)未受影響

●β cell 面積無明顯變化

（F, G）但經(jīng)葡萄糖刺激后，APT1敲除小鼠胰島素分泌增加較對(duì)照組增加

3. Scamp1可被棕櫚?；也糠侄ㄎ挥谝葝u素分泌顆粒

（A）通過使用棕櫚?；鞍踪|(zhì)組學(xué)來篩選并驗(yàn)證胰島中潛在的APT1底物為Scamper1；

（B, C）通過RAC實(shí)驗(yàn)(B)和click化學(xué)(C)驗(yàn)證Scamp1是棕櫚?；鞍缀虯PT1的底物；

（D）Scamp1與半胱氨酸殘基分布（紅色星號(hào)）圖；

（E）RAC實(shí)驗(yàn)測(cè)定Scamp1蛋白的132位半胱氨酸為棕櫚?；稽c(diǎn)；

（F）TIRF顯微鏡觀察分散于小鼠胰島中的Scamp1(紅色)和胰島素(綠色)顆粒的共定位。

4. 胰島特異性APT1缺失導(dǎo)致β細(xì)胞衰竭

（A）高脂飲食12周后，發(fā)現(xiàn)APT1缺失小鼠和對(duì)照組的體重沒有明顯差異；

（B, C）但APT1缺失小鼠的葡萄糖耐受功能受損B，胰島素耐受檢測(cè)沒有顯著影響C；

（D-F）通過組織形態(tài)測(cè)量發(fā)現(xiàn)APT1缺失小鼠單個(gè)β細(xì)胞面積變化不大E，但APT1敲除小鼠總的β細(xì)胞面積占胰島面積明顯減少D和F，說明了APT1敲除小鼠的β細(xì)胞發(fā)生了衰竭。

5. Scamp1氨基酸突變（C132S）在APT1缺陷的細(xì)胞中拯救胰島素高分泌和營(yíng)養(yǎng)誘導(dǎo)的凋亡

（A）在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中滴定野生型和c132s型Scamp1的表達(dá)水平，以在具有APT1活性或沒有APT1活性的INS-1細(xì)胞中達(dá)到等于或低于內(nèi)源性Scamp1的水平；

（B）野生型Scamp1的表達(dá)并不能阻止APT1缺乏引起的胰島素高分泌，而C132S型Scamp1則可以挽救APT1缺乏細(xì)胞的高分泌；

（C, D）在僅用牛血清白蛋白處理的細(xì)胞中，與APT1活性正常的細(xì)胞相比，APT1敲低不會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。與充滿APT1的細(xì)胞相比，葡萄糖和棕櫚酸酯聯(lián)合處理顯著增加了APT1敲低細(xì)胞的凋亡。這表明在糖脂中毒的情況下，APT1敲低容易導(dǎo)致胰島素分泌細(xì)胞的衰竭；

（E）C132S Scamp1挽救了APT1 敲低細(xì)胞的凋亡，這表明APT1活性對(duì)Scamp1棕櫚?；癄顟B(tài)的改變與營(yíng)養(yǎng)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有生理相關(guān)性。

最后，通過對(duì)本研究的理解，小優(yōu)博士這里整理出總結(jié)圖（如下），位于胰島素顆粒上的Scamp1蛋白，在DHHC酰基轉(zhuǎn)移酶的作用下可被棕櫚?；?，也可被APTs酶去棕櫚?；?，這一過程是可逆的。當(dāng)APTs酶失能后，可導(dǎo)致胰島素的過度分泌和胰島中β細(xì)胞的衰竭。

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