J Extracell Vesicles:胰腺β细胞通过分泌外泌体miR-29家族调节葡萄糖稳态
2021.03.25
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胰腺是一种重要的内分泌器官,在调控葡萄糖稳态扮演着重要的作用。外泌体miRNAs是一种新型的内分泌因子,发挥着重要的病理和生理作用。今天笔者带来的文章讲述了病理或生理条件触发的高水平游离脂肪酸刺激胰腺β细胞分泌含miR-29家族的外泌体,并进入体循环,这些外泌体主要传递到了肝脏并抑制胰岛素的敏感性。


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1.游离脂肪酸(FFA)调控胰岛细胞分泌miRNAs

研究者通过超速离心获取原代胰岛细胞分泌的外泌体,qPCR验证与葡萄糖代谢、胰岛功能相关的miRNAs;随后选取与胰岛素耐受相关的miR29s进一步验证,miR29家族在FAA诱导胰岛β细胞分泌的外泌体中显著上调,外泌体分泌抑制剂处理后上调被废除。


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2.在生理和病理条件下,体内胰岛细胞分泌miR29s与FFAs相关

在肥胖和糖尿病患者的血浆中,miR29s高表达;在肥胖小鼠(ob/ob),饥饿小鼠(fasting)和高脂饮食(HFD)小鼠血浆和胰岛细胞中也观察到miR29s上调;有趣的是,在肥胖小鼠(ob/ob)血浆来源外泌体中,miR29s也是高表达。


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3.静脉注射胰岛细胞分泌的miR-29s降低胰岛素敏感性

局部miR-29s参与调控胰岛素敏感性。MIN 6细胞来源外泌体(低表达和高表达miR-29s)静脉注射小鼠,体重、空腹胰岛素和空腹葡萄糖浓度无变化;FFA处理的MIN 6细胞来源外泌体小鼠(MIN6 exo/FFAs或MIN6 exo/miR-29s)胰岛素耐受;相反地,FFA处理miR-29s缺失的MIN 6细胞来源外泌体小鼠(MIN6 exo/miR-29sdef)不影响胰岛素敏感性。为了排除外泌体携带的蛋白影响胰岛素敏感性,研究者完成了外泌体的蛋白组学分析,KEGG显示FFA诱导的外泌体蛋白富集与胰岛素信号通路和葡萄糖代谢相关性较弱。结果表明,高水平FFA诱导胰岛细胞分泌miR-29s并且参与FFA诱导的胰岛素耐受。


为了进一步解析miR-29s介导胰岛素耐受的潜在调控机制,MIN6 exo/miR-29s小鼠的肝组织中miR-29s显著上调,胰岛素诱导的AKT信号激活被显著下调。


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4.体内胰岛细胞过表达miR-29s降低胰岛素敏感性

miR-29s TG转基因小鼠的胰岛细胞、肝脏、血浆及血浆来源的外泌体中,miR-29s表达均显著增高;然而,高糖诱导的胰岛素分泌(GSIS)没有改变;GTT和ITT实验表明,miR-29s TG转基因小鼠耐受胰岛素;转基因小鼠葡萄糖输注率显著下调,伴随肝脏葡萄糖大量产生。


3’-biotin pull-down实验表明,miR-29s结合到akt, irs 和pik3r1的mRNA,其中pik3r1编码PI3K的亚基p85α(已被验证的miR-29s靶标,敲除p85α促进胰岛素耐受)。


转基因小鼠肝脏,p85α被下调,胰岛素诱导的AKT活性也被下调。结果提示,胰腺β细胞外泌体的miR-29s传递到肝脏,降低全身胰岛素敏感性,持续传递miR-29s可能是胰岛素耐受的发病机制。


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5.胰腺β细胞来源miR-29s靶向到肝脏,调控肝脏胰岛素敏感性

miR-29a非种子区4个核苷酸被突变(区别于native miR-29s),建立转基因小鼠(miR-29mut TG)。miR-29mut TG小鼠体重、胰岛素分泌、GSIS和葡萄糖水平无显著变化;miR-29mut TG小鼠的胰岛、肝脏、血浆、血浆来源外泌体检测到大量突变miR-29a;GTT和ITT实验表明,miR-29mut TG小鼠耐受胰岛素;miR-29mut靶向P85a引起P110a下调,进一步调控PI3K信号通路。


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6.HFD小鼠模型胰腺β细胞分泌miR-29s促进肝脏胰岛素敏感性

研究者构建miR-29s sponge小鼠模型(sponge),HFD 小鼠胰腺细胞、血浆、肝的miR-29s上调,然而sponge废除HFD引起的miR-29s上调,提高胰岛素敏感性和葡萄糖清除效率;同时,sponge恢复了HFD引起的小鼠肝脏的p85α下调和胰岛素诱导HFD小鼠AKT活性下调。


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7.islet-exo(FFA)钝化肝细胞的胰岛素敏感性和葡萄糖输出量

研究者建立胰岛细胞和肝细胞体外共培养模型,sponge废除islet-exo(FFA)诱导肝细胞的miR-29s上调、葡萄糖输出量上调、P85α低表达和胰岛素诱导的AKT信号通路的改变。


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小结:胰腺β细胞通过外泌体分泌miR-29家族成员,以应对高水平的游离脂肪酸(FFA)。这些β细胞衍生的外泌体miR-29s通过操纵肝脏中的葡萄糖输出来调节葡萄糖稳态。


张辰宇教授认为,需要有更多的研究去进一步揭示胰岛的分泌microRNA及其生物学功能,发现更多普适性的意义,为2型糖尿病的发病机制及糖稳态的器官间调控提供新的思路。


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