Alpha7 Nicotinic Acetylcholine Receptor Regulation of Glucagon-Like Peptide-1 Incretin Hormone Action.

Alpha7 烟碱乙酰胆碱受体对胰高血糖素样肽-1 肠促胰岛素激素作用的调节。

基本信息

  • 批准号:
    10350680
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.53万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-04-14 至 2024-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The overall goal of this project is to establish the systems physiology of glucoregulation in which alpha 7 nicotinic acetylcholine receptors (α7nAChR) regulate the incretin hormone action of Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1). This project may reveal novel features of glucoregulation that are of relevance to our understanding of type 2 diabetes mellitus (T2DM) since we find that the α7nAChR agonist GTS-21 stimulates intestinal GLP-1 secretion, raises circulating levels of GLP-1, and improves glucose tolerance in mice. Thus, we propose a novel and important role for the α7nAChR in the control of glucose homeostasis by virtue of its ability to exert inter-organ control over GLP-1 secretion and GLP-1 action. To test this Hypothesis, our aims are as follows: Aim 1: We will use Cre/lox technology in combination with gene knockout or knock-in technology to determine how α7nAChR agonists lower levels of blood glucose in healthy mice or db/db and ob/ob mouse models of diabetes. A first goal is to evaluate baseline alterations of glucoregulation in tissue-specific α7nAChR knockout mice, while also assessing how α7nAChR agonist action is modified. A second goal is to identify which cell types express the GLP-1 receptor (GLP-1R) that mediates glucoregulatory actions of α7nAChR agonists. Four possibilities exist: 1) when mice are administered GTS-21 in combination with a DPP-4 inhibitor, the concentration of GLP-1 in the blood will reach high levels so that GLP-1 will act at the pancreatic β-cell GLP-1R to enhance insulin secretion, or 2) GLP-1 released from L-cells in response to GTS-21 might exert a local effect in the intestinal wall to initiate neural reflexes that stimulate insulin secretion, or 3) GTS-21 might act in the hindbrain nucleus tractus solitarius to stimulate GLP-1 release so that glucose homeostasis is improved, or 4) GTS-21 might stimulate GLP-1 release from pancreatic α-cells so that intra-islet GLP-1 will exert a paracrine hormone action at the β-cell GLP-1R. Aim 2: We will perform in vitro studies to test if GTS-21 acts exclusively at L-cells, or if it also acts at other types of enteroendocrine cells that may express the α7nAChR. For example, GTS-21 might lower levels of blood glucose by stimulating the release of GIP from K-cells so that GIP will then act at the β-cell GIP receptor to stimulate insulin secretion. Potentially, this action of GIP will be enhanced by a DPP-4 inhibitor. Since Peptide YY (PYY) is co-secreted with GLP-1 from L-cells, we may find that its release is also stimulated by GTS-21. This would be significant because PYY is important to the suppression of food intake in obesity-related T2DM. Finally, we will test for actions of GTS-21 to stimulate GLP-1 biosynthesis in L-cells and pancreatic α-cells. This possibility exists because we find that GTS-21 upregulates expression of a prohormone convertase (PC1/3) that liberates GLP-1 from proglucagon, while also upregulating expression of GPR119, a GPCR that stimulates glucagon gene transcription. It will be especially interesting to determine if the α7nAChR in pancreatic islets regulates coordinate expression of PC1/3 and GPR119 so that α-cells acquire the ability to secret GLP-1 under conditions of T2DM. Summary: Our long-term goal is to establish the systems physiology of glucoregulation under α7nAChR control.
本项目的总体目标是建立葡萄糖调节的系统生理学,其中α 7烟碱乙酰胆碱受体(α 7 nAChR)调节胰高血糖素样肽-1(GLP-1)的肠促胰岛素激素作用。该项目可能揭示与我们对2型糖尿病(T2 DM)的理解相关的葡萄糖调节的新特征,因为我们发现α 7 nAChR激动剂GTS-21刺激肠道GLP-1分泌,提高GLP-1的循环水平,并改善小鼠的葡萄糖耐量。因此,我们提出了一种新的和重要的作用,α 7 nAChR在控制葡萄糖稳态凭借其能够发挥器官间控制GLP-1分泌和GLP-1的行动。为了验证这一假设,我们的目标如下:目的1:我们将使用Cre/lox技术结合基因敲除或敲入技术来确定α 7 nAChR激动剂如何降低健康小鼠或db/db和ob/ob糖尿病小鼠模型的血糖水平。第一个目标是评估组织特异性α 7 nAChR敲除小鼠中葡萄糖调节的基线变化,同时评估α 7 nAChR激动剂作用如何改变。第二个目标是确定哪些细胞类型表达GLP-1受体(GLP-1 R),该受体介导α 7 nAChR激动剂的葡萄糖调节作用。存在四种可能性:1)当给予小鼠GTS-21与DPP-4抑制剂组合时,血液中GLP-1的浓度将达到高水平,使得GLP-1将作用于胰腺β细胞GLP-1 R以增强胰岛素分泌,或2)响应于GTS-21从L细胞释放的GLP-1可能在肠壁中发挥局部作用以启动刺激胰岛素分泌的神经反射,或3)GTS-21可能在后脑孤束核中起作用,刺激GLP-1释放,从而改善葡萄糖稳态,或4)GTS-21可能刺激胰腺α细胞释放GLP-1,从而胰岛内GLP-1将对β细胞GLP-1 R发挥旁分泌激素作用。目标二:我们将进行体外研究,以测试GTS-21是否仅作用于L细胞,或者是否也作用于可能表达α 7 nAChR的其他类型的肠内分泌细胞。例如,GTS-21可能通过刺激K细胞释放GIP来降低血糖水平,从而使GIP随后作用于β细胞GIP受体以刺激胰岛素分泌。DPP-4抑制剂可能会增强GIP的这种作用。由于肽YY(PYY)与GLP-1从L细胞共分泌,我们可以发现其释放也被GTS-21刺激。这将是重要的,因为PYY对抑制肥胖相关T2 DM的食物摄入很重要。最后,我们将测试GTS-21刺激L细胞和胰腺α细胞中GLP-1生物合成的作用。存在这种可能性是因为我们发现GTS-21上调了从胰高血糖素原释放GLP-1的激素原转化酶(PC 1/3)的表达,同时也上调了GPR 119(一种刺激胰高血糖素基因转录的GPCR)的表达。确定胰岛中的α 7 nAChR是否调节PC 1/3和GPR 119的协调表达,从而使α细胞获得在T2 DM条件下分泌GLP-1的能力,将是特别有趣的。我们的长期目标是建立α 7 nAChR控制下的葡萄糖调节系统生理学。

项目成果

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