过氧化物酶体增殖物激活受体γ激活增强β细胞未折叠蛋白反应并拯救非肥胖糖尿病小鼠的早期血糖恶化和β细胞死亡。

Peroxisome Proliferator-activated Receptor-γ Activation Augments the β-Cell Unfolded Protein Response and Rescues Early Glycemic Deterioration and β Cell Death in Non-obese Diabetic Mice.

作者信息Aarthi V Maganti, Sarah A Tersey, Farooq Syed, Jennifer B Nelson, Stephanie C Colvin, Bernhard Maier, Raghavendra G Mirmira
PMID27613867
发布时间2016-10-21
DOI10.1074/jbc.M116.741694

实验完整度

包含体外MIN6细胞实验、NOD小鼠体内模型、胰岛离体功能检测、免疫组化、流式细胞术等多层级验证,并进行了功能与机制验证。

主要模型

NOD小鼠模型 MIN6β细胞系 NOD小鼠原代胰岛

重点核对

吡格列酮给药浓度0.01wt%饮食,约20mg/kg体重/天 处理周期:6周龄开始,持续4周 胰岛素耐量试验剂量:1.5单位/kg体重 葡萄糖耐量试验剂量:2g/kg体重 体外MIN6细胞处理浓度:1μM或10μM吡格列酮

摘要

1型糖尿病是一种自身免疫性疾病,其特征是胰岛β细胞未折叠蛋白反应失败,随后出现内质网应激和细胞死亡。噻唑烷二酮类是激活核受体PPAR-γ的胰岛素增敏剂,已被证明可部分改善人类和非肥胖糖尿病(NOD)小鼠的自身免疫性1型糖尿病。我们假设噻唑烷二酮类独立于胰岛素敏感性减少β细胞应激和死亡。为验证此假设,雌性NOD小鼠在糖尿病前期给予吡格列酮,并评估胰岛素敏感性和β细胞功能相对于对照组。吡格列酮处理的小鼠与对照组相比,体重增加、身体脂肪分布和胰岛素敏感性相同。然而,处理小鼠表现出显著改善的葡萄糖耐量,血清胰岛素水平升高,β细胞死亡减少,β细胞质量增加。吡格列酮的作用独立于对T细胞的作用,因为胰腺淋巴结T细胞群体未改变,T细胞增殖不受吡格列酮影响。处理小鼠分离的胰岛表现出更稳健的未折叠蛋白反应,Bip和ATF4增加,剪接Xbp1 mRNA减少。吡格列酮的作用似乎是直接作用于β细胞,因为吡格列酮处理小鼠的胰岛显示PPAR-γ(Ser-273)磷酸化减少。我们的结果表明,PPAR-γ激活通过增强未折叠蛋白反应直接改善NOD小鼠的β细胞功能和存活,并提示阻断PPAR-γ(Ser-273)磷酸化可能预防1型糖尿病。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
吡格列酮(TZD)是否独立于胰岛素敏感性直接改善NOD小鼠β细胞功能并减少其死亡,其机制是否通过增强未折叠蛋白反应?
核心机制
吡格列酮通过抑制PPAR-γ(Ser-273)磷酸化,增强β细胞未折叠蛋白反应(UPR),增加ATF4和Bip表达,减少剪接Xbp1 mRNA,降低氧化应激和CHOP介导的凋亡,从而保护β细胞。
主要证据
吡格列酮处理的NOD小鼠糖耐量改善,血清胰岛素升高,β细胞死亡减少(CC3和血清未甲基化指数降低),胰岛中ATF4和Bip蛋白增加,剪接Xbp1和Chop mRNA减少,PPAR-γ(Ser-273)磷酸化降低;MIN6细胞中吡格列酮抑制PPAR-γ(Ser-273)磷酸化。
研究意义
研究表明PPAR-γ激活直接改善β细胞功能,并提示阻断PPAR-γ(Ser-273)磷酸化可能作为预防1型糖尿病的策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

体内代谢表型评估

确定吡格列酮是否改善NOD小鼠的血糖控制而不改变胰岛素敏感性。

6周龄雌性NOD小鼠给予含0.01wt%吡格列酮的饮食或对照饮食4周,进行体重、体成分(DEXA)、腹腔葡萄糖耐量试验和胰岛素耐量试验,并检测肝肌Akt磷酸化。

2

免疫细胞分析

检测吡格列酮是否通过影响T细胞亚群或增殖而减少胰岛炎。

分析胰腺淋巴结中CD4+T细胞亚群(Treg、Th1、Th17),并体外用CFSE标记脾细胞,抗CD3/CD28/IL-2刺激,加入1或10μM吡格列酮,检测CD4+细胞增殖。

3

β细胞功能与应激评估

研究吡格列酮对β细胞胰岛素分泌和未折叠蛋白反应的影响。

分离胰岛,检测葡萄糖刺激的胰岛素分泌、随机胰岛素和胰岛素原水平、未折叠蛋白反应相关基因表达(sXbp1、Gadd34、Chop、Bip)和蛋白(ATF4、p-eIF2α、CHOP、CC3),以及氧化应激标记4-HNE。

4

β细胞质量与死亡评估

确定β细胞质量增加的原因(减少死亡或增加增殖)。

免疫组化检测CC3+胰岛素+细胞、PCNA+胰岛素+细胞、4-HNE染色,计算β细胞面积百分比,并检测血清未甲基化前胰岛素原DNA指数。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
吡格列酮----
罗斯考维汀----
二甲基亚砜----
NOD/ShiLTJ小鼠The Jackson Laboratory--
吡格列酮饮食Harlan-Teklad Global--
超灵敏小鼠胰岛素ELISA试剂盒Crystal Chem--
小鼠胰岛素原ELISA试剂盒ALPCO--
优泌林Lilly--
抗磷酸化AKT (Ser-473)抗体Cell Signaling Technology9271
抗总AKT抗体Cell Signaling Technology2920
抗BIP抗体Cell Signaling Technology3183
抗ATF4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-200
抗肌动蛋白抗体MP Biomedicals691001
抗GAPDH抗体AmbionAM4300
抗磷酸化PPAR-γ (Ser-273)抗体Biossbs-4888R
抗乙酰化组蛋白H3 (Lys14)抗体Millipore06-911
抗CD4-FITC抗体eBioscienceRM4-5
抗CD25-APC抗体eBiosciencePC61.5
抗Foxp3-PE抗体eBioscienceFJK-16s
细胞刺激混合物eBioscience--
抗IL-17A抗体eBioscienceeBio17B7
抗IFNγ抗体eBioscienceXMG1.2
BD FACSCalibur流式细胞仪BD Biosciences--
CFSE染料----
AxioObserver Z1显微镜Carl Zeiss--
LSM 700共聚焦显微镜Carl Zeiss--
Lunar PIXImus2骨密度仪GE Medical Systems--
Prism 7软件GraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型与处理
小鼠品系:雌性NOD/ShiLTJ;年龄:6周龄;饮食:含0.01wt%吡格列酮的对照饮食或对照饮食;处理时长:4周
阅读提示:参见Experimental Procedures中的Cells, Animals, and Procedures部分。
代谢表型检测
葡萄糖耐量试验剂量:2g/kg体重;胰岛素耐量试验剂量:1.5单位/kg体重;检测时间点:GTT后0和10分钟血清胰岛素
阅读提示:参见Results部分及图1图例。
胰岛分离与功能检测
胰岛分离方法未详细说明;葡萄糖刺激浓度:低糖2.5mM和高糖25mM
阅读提示:参见Experimental Procedures中的Cells, Animals, and Procedures及图5图例。
UPR标志物检测
RT-PCR检测sXbp1、Gadd34、Chop mRNA;免疫印迹检测ATF4、Bip、p-eIF2α;样本量:每组3只
阅读提示:参见Experimental Procedures中的Quantitative Real-time RT-PCR and Immunoblot Analysis及图6图例。
β细胞凋亡和增殖检测
免疫组化检测CC3、PCNA、4-HNE、CHOP;血清未甲基化指数检测方法;样本量:每组5只
阅读提示:参见Experimental Procedures中的Immunohistochemistry, Immunofluorescence, β Cell Area, and Insulitis Scoring及图7图例。