|
发表状况：Endocrinology. 2018 Sep 1. 主要研究团队：Molecular and Clinical Hematology Branch, National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland.
摘要 葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）对血糖稳态的维持至关重要，而这一机制在II型糖尿病人体内是受损的。了解GSIS相关的调控因素对于糖尿病的治疗有着重要的临床指导意义。在本研究中，我们发现嗅质蛋白4（OLFM4）内源性表达于胰岛β细胞；并利用小鼠模型进一步探究了它在维持葡萄糖稳态中的潜在作用以及II型糖尿病的发病机制。在葡萄糖负荷后，与野生型小鼠相比、OLFM4缺陷小鼠显示出了显著改善的葡萄糖耐量和明显升高的胰岛素水平。分离自OLFM4缺陷小鼠的胰岛显示，与野生型小鼠相比、其GSIS、线粒体ATP产量和线粒体呼吸均显著增加。在高脂饮食诱导的糖尿病小鼠模型中，OLFM4缺陷小鼠葡萄糖负荷后胰岛素水平的增加显著高于野生型小鼠。此外，高脂饮食小鼠降低的葡萄糖耐量和胰岛素抵抗可通过OLFM4的缺失得到改善。在胰岛β细胞系Min6中，Olfm4主要定位于线粒体并与GRIM-19（一种与类视黄醇-干扰素死亡相关的基因）相互作用。总而言之，这些研究显示Olfm4负调控GSIS。OLFM4可能可以作为葡萄糖耐量降低和II型糖尿病潜在的治疗靶点。
Glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) is essential for blood glucose homeostasis and is im- paired in type 2 diabetes mellitus. Understanding the regulatory components of GSIS has clinical implications for diabetes treatment. In this study, we found that olfactomedin 4 (OLFM4) is endogenously expressed in pancreatic islet b cells and further investigated its potential roles in glucose homeostasis and the pathogenesis of type 2 diabetes using mouse models. Olfm4-deficient mice showed significantly improved glucose tolerance and significantly increased insulin levels after glucose challenge compared with wild-type (WT) mice. GSIS, mitochondrial ATP production, and mitochondrial respiration were all significantly increased in islets isolated from Olfm4-deficient mice compared with those isolated from WT mice. In a high-fat diet (HFD)–induced diabetic mouse model, the increase in insulin levels after glucose challenge was significantly higher in Olfm4- deficient mice compared with WT mice. The impaired glucose tolerance and insulin resistance in HFD-fed mice were improved by loss of Olfm4. Olfm4 was found to be mainly localized in the mitochondria and interacts with GRIM-19 (a gene associated with retinoid-interferon mortality) in Min6 pancreatic b cells. Collectively, these studies suggest thatOlfm4negatively regulates GSIS. OLFM4 may represent a potential therapeutic target for impaired glucose tolerance and patients with type 2 diabetes.
结果 图1：Olfm4表达于人和小鼠的胰岛β细胞。 （A）人胰岛组织切片，免疫荧光双染Olfm4和胰岛素/胰高血糖素。比例尺，50μm。（B）野生型和Olfm4-/-(敲除)小鼠连续胰岛组织切片，免疫组化染色示Olfm4和胰岛素。比例尺，50μm。（C）荧光定量PCR检测分离自野生型和Olfm4-/-小鼠胰岛组织的Olfm4 mRNA水平。图示为经β-actin表达量归一化处理过的表达量。数据表示为平均值±SD（n = 3）。（D）免疫印迹检测分离自野生型和Olfm4-/-小鼠胰岛组织的Olfm4蛋白表达水平，内参为β-actin。
图2：Olfm4的缺失改善了葡萄糖耐量，并在葡萄糖负荷后增加了血浆胰岛素水平。（A）野生型WT（O+/+）（n=12）、Olfm4杂合子（O+/-）（n=10）以及Olfm4敲除纯合子（O-/-）（n=10）小鼠的体重情况。（B）WT和Olfm4缺陷小鼠禁食16小时后的血糖水平。（C）WT和Olfm4缺陷小鼠禁食16小时后的血浆胰岛素水平。（D）WT和Olfm4缺陷小鼠葡萄糖耐量测试期间的血糖水平变化情况。（E）D图的曲线下面积（AUC）。（F）WT和Olfm4缺陷小鼠葡萄糖耐量测试（GTTs）期间的血浆胰岛素水平变化情况。（G）WT和Olfm4缺陷小鼠胰岛素耐量测试（ITTs）期间的血糖水平变化情况。数据表示为平均值±SD（n = 3）。* 与WT比较时，P<>
图3：Olfm4的缺失增加胰岛素的分泌、ATP的产生以及线粒体呼吸作用。（A）在基础葡萄糖（3mM）或高葡萄糖（16.7mM）水平下，分离自O+/+和O-/-小鼠的胰岛的胰岛素分泌水平。（B）葡萄糖刺激后，分离自O+/+和O-/-小鼠的胰岛中的胰岛素含量。（C、D）10mM精氨酸（C）或30 mMKCI（D）刺激20分钟后，分离自O+/+和O-/-小鼠的胰岛的胰岛素分泌水平。（E）在基础葡萄糖（3mM）或高葡萄糖（16.7mM）水平下，分离自O+/+和O-/-小鼠的胰岛的ATP产量。（F）在基础条件或20 mM葡萄糖或1μM寡霉素存在的条件下，从分离自O+/+和O-/-小鼠的胰岛中检测到的氧耗率（OCR）水平所反映的线粒体呼吸强度。结果表示为与基础水平相比的倍数的变化。数据表示为平均值±SD（n = 3）。* 与WT比较时，P<> 图4：过表达Olfm4降低了胰岛素的分泌、ATP的产生，以及线粒体呼吸作用。（A、B）在3mM或16.7mM葡萄糖水平下，过表达Olfm4或空载体的胰岛β细胞系Min6的胰岛素分泌量（A）和ATP产量（B）。数据表示为平均值±SD（n = 3）。（C）在基础条件或在1μm寡霉素、1.5μm碳酰氰-4-三氟甲氧基苯腙（一种线粒体解偶联剂）或1μm抗霉素A存在的条件下，检测到的过表达Olfm4或空载体的胰岛β细胞系Min6的OCR水平。（D、E、F）通过将OCR水平归一化至总蛋白水平来量化基础呼吸（D）、最大呼吸（E）和ATP偶联呼吸（F）的速率。* 与空载体比较时，P <>
图5：Olfm4定位于线粒体并与GRIM-19相互作用。（A）Weatern blot分析过表达Olfm4的Min6细胞系中Olfm4和GRIM-19的亚细胞定位。3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）、细胞色素c氧化酶（COX）IV以及聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1（PARP-1）分别被用作细胞浆、线粒体和细胞核的亚细胞标志物。（B）免疫荧光双染Min6细胞系中的Olfm4和Hsp60或SDHA，4,6-二氨基-2-苯吲哚（DAPI）用于细胞核的染色。比例尺，10μm。（C）将来自过表达Olfm4的Min6细胞系的细胞裂解物用正常IgG或Olfm4抗体免疫共沉淀（IP），并用GRIM-19抗体进行Western印迹（上图）。来自过表达Olfm4的Min6细胞系的细胞裂解物用正常IgG或GRIM-19抗体（IP），并用Olfm4抗体进行Western印迹（下图）。数据代表三个独立实验。
图6：Olfm4的缺失降低高脂饮食小鼠的胰岛素抵抗并增加GSIS。（A）WT和Olfm4缺陷小鼠的体重情况。（B）禁食16h后WT和Olfm4缺陷小鼠的血糖水平。（C）禁食16h后WT和Olfm4缺陷小鼠的血浆胰岛素水平。（D）WT和Olfm4缺陷小鼠中的HOMA-IR（稳态模型评估胰岛素抵抗）指数。（E）GTTs期间WT和Olfm4缺陷小鼠的血糖水平。（F）E图的AUC（曲线下面积）。（G）GTTs期间WT和Olfm4缺陷小鼠的血浆胰岛素水平。（H）WT和Olfm4缺陷小鼠15分钟时胰岛素水平倍数的增加（超过基线，0分钟）。（I）ITTs期间WT和Olfm4缺陷小鼠的血糖水平。数据表示为平均值±SD（n = 3）。* 与WT比较时，P<>
我们发现Olfm4缺陷小鼠的胰岛中GSIS增加、ATP水平升高，线粒体呼吸活动增强，从而证实了Olfm4负调控GSIS。Olfm4的缺失改善了高脂饮食诱导的糖尿病小鼠模型的糖尿病表型。将Olfm4整合到胰腺β细胞胰岛素分泌的过程中使其成为糖尿病药物研发的有吸引力的新候选物。 |
|
|
