食品界

FSHW | 地塞米松增强胰岛素诱导的 Srebp-1c 在原代大鼠肝细胞中的转录表达

Introduction

国际糖尿病联盟（International Diabetes Federation，IDF）估计，2019年全球有4.63亿成年人患有糖尿病，其中约90% 患有2型糖尿病(Type 2 Diabetes，T2D)。外源性的食物来源以及内源性的脂肪酸合成均显著影响机体的葡萄糖及脂肪代谢，从而促进了2型糖尿病的发生。作为葡萄糖和脂质稳态的主要调节效应器，肝脏中的胰岛素水平负责应对来自机体营养素的摄入、体内激素水平以及内环境稳态等一系列变化。作者们既往的研究数据表明，在原代肝细胞培养中，胰岛素增强肝脏脂肪合成代谢的关键基因甾醇调节元件结合蛋白1c (Sterol regulatory element binding protein 1c, Srebp-1c)基因的转录，同时抑制糖异生限速酶磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶蛋白(Phosphoenolpyruvate carboxykinase，Pck1)的表达。核受体作为配体介导的转录因子，通过与一系列糖、脂代谢关键基因发生交互作用，从而参与各种代谢综合征如T2D的发生与发展。

在探讨胰岛素与Srebp-1c之间关系的研究中，地塞米松(Dexamethasone, Dex)和甲状腺激素3,3’,5-triiodo-L-thyronine （T3）是培养原代大鼠肝细胞所必需的。Dex 和 T3分别作为糖皮质激素受体(Glucocorticoid receptor，GR)和甲状腺激素受体的激动剂，它们与胰岛素之间的相互作用及它们如何调控肝脏葡萄糖、脂代谢导致血糖异常是目前国内外研究者们关注的焦点。

武汉科技大学附属普仁医院张妍博士和美国田纳西大学营养学系陈国勋教授团队在本文中就地塞米松和T3对胰岛素刺激的大鼠原代肝细胞 Srebp-1c表达的影响进行研究。

Results and Discussion

原代肝细胞中胰岛素对Srebp-1c和Pck1基因的影响

图1A显示胰岛素处理4小时后明显诱导了原代肝细胞中Srebp-1c的表达，并且随着时间的延长，Srebp-1c的表达亦愈高，表现出现时间依赖效应（P＜0.05）。与Srebp-1c表达水平不同，空白对照组的Pck1在2小时后水平即升高，4小时达到了高峰。而胰岛素的处理则显著抑制了Pck1的表达，在8小时后 Pck1的水平达到了最低值（P＜0.05）（图1B）。

图1 在培养基A中培养并随时间用或不用100 nmol/L胰岛素处理的原代肝细胞中Srebp-1c（A）和Pck1（B）mRNA的表达水平。

胰岛素、T3及Dex对Srebp-1c表达的影响

为了进一步评估激素T3、Dex和胰岛素在原代肝细胞中对Srebp-1c的影响，作者用T3、Dex及胰岛素预处理肝细胞一夜后评估Srebp-1c基因水平的变化。图2显示，与空白对照组相比，T3处理并未改变Srebp-1c的表达水平。在胰岛素处理组，有无T3的刺激，Srebp-1c的表达水平均表现出胰岛素对其的诱导作用（P＜0.05）。另一方面，在无胰岛素和T3处理组，Dex抑制了原代肝细胞Srebp-1c的表达。有趣的是，有无T3的处理，加入Dex的胰岛素组肝细胞的Srebp-1c均高于无Dex处理的胰岛素组，结果有统计学差异（P＜0.05）。上述结果充分证明了Dex与胰岛素的协同促肝细胞Srebp-1c的作用，这一效应与T3激素水平无关。

图2 胰岛素、T3、Dex或其组合对原代大鼠肝细胞Srebp-1c mRNA水平的影响

胰岛素、T3及Dex对Pck1表达的影响

在未加入Dex情况下，有无T3刺激的胰岛素处理均表现出Pck1表达的减弱（P＜0.05）。与胰岛素处理组的Pck1低表达相比，Dex的加入显著地上调了Pck1的水平（P＜0.05）。当评估Dex和胰岛素的联合作用时，作者发现两者的联合使用诱导Pck1的水平降低至胰岛素单独组水平。具体结果见图3。

图3 胰岛素、T3、Dex或其组合对原代大鼠肝细胞中Pck1 mRNA水平的影响

胰岛素、T0901317对肝脏X核受体（Liver X receptor, LXR）和维甲酸X核受体（Retinoid X receptor, RXR）mRNA水平的影响

鉴于以上的试验结果，为了进一步明确胰岛素对Srebp-1c诱导的作用机制，作者们利用一种LXR因子激动剂（T0901317）深入探讨Lxrs和Rxrs在这一过程中的角色。如图4所示，在Lxrs核受体家族中，除了胰岛素诱导Lxra 水平上调外，余Lxrs因子对胰岛素及T0901317表现出无反应性。

值得一提的是，在Rxrs受体家族中，作者们惊喜地发现在胰岛素的刺激下，Rxrg的mRNA水平明显升高，这一作用与T0901317激动剂无关。上述结果表明Rxrg转录因子的活化可能是胰岛素诱导Srebp-1c表达的前驱启动事件，这可为研究者们后续揭开2型糖尿病Srebp-1c介导高脂血症导致代谢紊乱的神秘面纱。

图4 用胰岛素T0901317或这两者的组合处理的肝细胞中Lxrs和Rxrs mRNA的表达水平

Conclusion

Dex 和胰岛素相互作用通过协同诱导Srebp-1c而共同调控肝脏葡萄糖和脂肪酸代谢，而Rxrg mRNA水平的上调在这一代谢失调过程中扮演着至关重要的角色。上述研究结论将为未来代谢综合征患者发病机制的全面解读及新型药物的研发指明方向。

通信作者

陈国勋，男，现为华中农业大学食品科技学院、生物医学与健康学院教授，博士生导师。本科及硕士研究生毕业于武汉大学病毒及分子生物学系。博士研究生毕业于美国德州大学西南医学中心，获得生物化学及分子生物学博士学位。在诺贝尔奖得主Michael Brown和Joseph Goldstein实验室完成胰岛素调节糖脂代谢的博士后工作后，2006年以终身教授轨道（Tenure-track）任职于美国田纳西大学健康、教育与人文科学学院营养系。2022年底前任美国田纳西大学营养系终身教授，博士生导师，2020—2022年任美国糖尿病学会营养科学与代谢分会主席。北美华人营养学会主席兼常任理事，中美糖尿病协会常任理事，美国糖尿病协会、营养学会、心脏协会会员。过去28 年一直从事慢性代谢性疾病、药食同源物质及生物活性成分的功能研究，开创了维生素A与糖脂代谢、肥胖及糖尿病关系研究，并首次阐明了其分子机制。工作期间发表Nature、Cell Metabolism、PNAS等SCI论文94 篇，获批美国国家各类项目支持13 项。担任Open Biotechnology Journal主编，Food Science and Human Wellness和Journal of Future Foods等20余个SCI期刊的副主编与编辑，Cells的评审委员会成员，114 个SCI期刊的审稿专家。