Nature子刊:中国药科大学金亮/张方方联合东南大学李玲团队揭示环状RNA在肥胖介导的胰岛β细胞功能障碍和凋亡中起重要作用-自主发布-资讯-生物在线

Nature子刊:中国药科大学金亮/张方方联合东南大学李玲团队揭示环状RNA在肥胖介导的胰岛β细胞功能障碍和凋亡中起重要作用

作者:山东维真生物科技有限公司 2023-05-11T09:04 (访问量:8848)

Nature子刊:中国药科大学金亮/张方方联合东南大学李玲团队揭示环状RNA在肥胖介导的胰岛β细胞功能障碍和凋亡中起重要作用

2023年1月21日,中国药科大学金亮、张方方教授及东南大学李玲教授共同通讯在Nature Communications(IF17.694) 在线发表题为“Circular RNA circGlis3 protects against islet β-cell dysfunction and apoptosis in obesity”的研究论文。文章强调了circRNAs在β细胞代偿中的生理作用,并表明调节circGlis3的表达可能是预防肥胖后β细胞功能障碍和凋亡的潜在策略。

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实验动物

8周龄雄性C57BL/6小鼠
4周龄 Leprdb/db小鼠

病毒产品

AAV8-MIP (mouse insulin1 promoter)-circGlis3

病毒滴度

1x10E12 GCP/mL

注射方式

胰腺导管内注射 , 6μL/min

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研究背景

2型糖尿病(T2DM)是糖尿病的主要形式,肥胖、衰老、饮食及遗传等风险因素导致了糖尿病的加速流行。T2DM经历了从代偿性胰岛素抵抗到β细胞衰竭,最终发展为无代偿性高血糖,胰腺β细胞代偿是延缓T2DM进展的主要机制。在肥胖和T2DM患者中β细胞凋亡增加,然而代偿期β细胞凋亡的预防机制尚不清楚。先前的研究表明不同类型的非编码RNA在β细胞代偿功能的调节中起着关键作用,并且在人类和小鼠胰岛中已经鉴定出数千种胰岛特异性环状RNA,但目前尚不清楚这些环状RNA在肥胖介导的β细胞功能障碍和凋亡中的作用。

02

研究结果分享

1、circGlis3在肥胖雄性小鼠胰岛中升高

作者对两种肥胖小鼠模型(HFD喂养小鼠及Lepob/ob小鼠)的胰岛进行了circRNA整体表达谱分析,发现之前已被注释的环状RNA circGlis3在胰腺中富集,并在HFD喂养的小鼠胰腺中显著上调。通过量化糖耐受损(IGT)和T2DM患者血清中circGlis3的表达水平,作者注意到在β细胞功能代偿的肥胖和中度糖尿病个体中,人血清中circGlis3的表达水平明显升高,而在失代偿期circGlis3的表达水平下降。以上数据表明在饮食和遗传肥胖小鼠模型中,以及IGT和/或T2DM个体中,胰岛中的circGlis3水平升高。

图1. circGlis3在肥胖个体中上调,并与肥胖相关

2、剪接因子QKI调控circGlis3的形成

小鼠circGlis3基因来源于Glis3基因的外显子3,长1114 nt,测序分析证实circGlis3存在BSJ位点。随后对circGlis3的形成机制进行了探究,基于剪接因子调节circRNA的生物发生研究,作者分析了HFD喂养小鼠胰岛中一组候选剪接因子的表达水平,发现肥胖小鼠的QKI在mRNA和蛋白水平上均有升高,并且QKI mRNA的表达水平与HFD喂养小鼠胰岛中circGlis3的表达水平呈正相关。下拉试验等证实Glis3外显子3两侧的内含子与QKI蛋白之间存在相互作用,QKI通过结合Glis3中环状RNA形成外显子3的上游和下游,促进circGlis3的形成。

图2. 剪接因子QKI调控circGlis3的形成

3、体外上调circGlis3促进胰岛素分泌,减轻β细胞凋亡

为探索circGlis3在调节β细胞功能中的潜在作用进,作者对MIN6细胞和原发胰岛中的circGlis3进行了敲低和过表达,circGlis3的过表达显著增加胰岛素基因Ins1和Ins2的mRNA水平和胰岛素含量,而敲低circGlis3的结果相反。在暴露于高糖或棕榈酸盐后,抑制circGlis3的表达会降低胰岛素分泌,而过度表达circGlis3则会显著增加胰岛素分泌。进一步分析发现circGlis3的过表达显著增加了转录因子CREB1和NeuroD1的表达水平,表明导致胰岛素含量增加的过程发生在转录水平。Annexin V/PI染色染色和TUNEL实验结果表明,下调circGlis3会增加凋亡细胞的数量,而过表达circGlis3则会导致相反的结果。上述结果表明,circGlis3上调可缓解肥胖过程中β细胞凋亡。

图3. 上调circGlis3可促进胰岛素分泌,抑制β细胞凋亡

4、体内上调circGlis3可改善β细胞功能障碍,抑制β细胞凋亡

接下来,作者检测了circGlis3过表达是否能缓解肥胖诱导的β细胞功能障碍,将AAV8-MIP-circGlis3通过胰腺导管给药方式注入8周龄雄性C57BL/6小鼠体内,并进行高脂饮食喂养。AAV8-circGlis3处理的HFD小鼠胰岛素抵抗指数显著降低,且胰岛素原与胰岛素的比值明显受到抑制,结果证实过表达circGlis3可改善β细胞的生物学功能以及糖耐量。胰岛素耐量试验(IPITT)表明,上调circGlis3可改善胰岛素敏感性,GSIS数据表明AAV8-circGlis3治疗可增强胰岛素分泌,此外,circGlis3的过表达显著减少了凋亡β细胞的数量。不仅如此,作者在 Leprdb/db小鼠体内也观察到了与之相同的结果。表明circGlis3在饮食型和遗传型肥胖小鼠模型中过表达可改善β细胞功能,抑制β细胞凋亡,证实circGlis3对葡萄糖稳态的影响是由β细胞介导的。

图4. 体内上调circGlis3可改善β细胞功能障碍,抑制β细胞凋亡

5、circGlis3促进胰岛素分泌,抑制β细胞凋亡的机制研究

circRNA可能作为竞争内源性RNA(ceRNAs)来海绵miRNA,从而影响miRNA对靶mRNA的负调控。结合不同数据库分析预测了4个miRNA可能是circGlis3的靶点,HFD喂养小鼠和Lepob/ob小鼠的胰岛中,只有miR-124-3p和miR-298-5p表达显著升高,RNA下拉和RNA原位杂交等实验进一步表明circGlis3作为miR-124-3p的海绵,上调转录因子NeuroD1和Creb1的表达,从而促进胰岛素的转录和分泌。

SCOTIN是一种促凋亡因子,在响应DNA损伤或细胞应激时以Caspase依赖方式被激活。作者证实circGlis3通过与SCOTIN相互作用,抑制Caspase 3的活性,以Caspase依赖性的方式防止肥胖过程中β细胞的凋亡。

图5. circGlis3通过靶向和海绵miR-124-3p调节胰岛素转录

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