CAPS1蛋白S259位点磷酸化介导胰岛神经预调控在β细胞头期分泌中的机制研究
批准号:
82100838
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
何云强
依托单位:
学科分类:
胰岛生理调控与功能异常
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
何云强
中文摘要
胰岛功能障碍是糖尿病核心病理机制之一,其中胰岛头期分泌功能受损与餐后血糖稳态失衡密切相关。副交感神经通过乙酰胆碱(ACh)对β细胞头期分泌具有重要调控,但机制尚不明确。新近发现CAPS1蛋白作为钙依赖分泌激活因子,参与囊泡分泌及转运,其基因敲除小鼠出现胰岛素分泌障碍及糖耐量异常。我们前期发现ACh可诱导胰岛β细胞CAPS1 S259位点显著磷酸化修饰,生信分析提示KSR2为其上游调控激酶,且抑制KSR2后ACh刺激下β细胞分泌能力下降。因此我们推测ACh通过KSR2激酶介导β细胞CAPS1磷酸化后激活蛋白功能,调控胰岛素分泌及囊泡转运,增强β细胞对葡萄糖刺激敏感性及反应性,发挥胰岛头期分泌调控作用。本研究通过构建CAPS1点突变β细胞系及小鼠模型并结合人胰岛实验,利用钙成像、胰岛灌流及葡萄糖钳夹技术,探索副交感神经对β细胞头期分泌预调控作用机制,为改善糖尿病胰岛功能障碍探索新的治疗靶点。
英文摘要
Pancreatic islet dysfunction is one of the critical pathological mechanisms of diabetes. The impaired cephalic phase of beta cell secretion is closely related to the postprandial blood glucose homeostasis imbalance. The parasympathetic innervation in islet plays an important role in regulating beta cell secretion through acetylcholine (ACh), but the mechanism is remained unclear. Recently, it was reported that calcium-dependent secretion activator CAPS1 participated in the process of vesicle secretion and transport, and the impaired glucose tolerance and decreased insulin secretion rate were found in the CAPS1 knockout mouse. Our previous study also had found that ACh could induce CAPS1 S259 phosphorylation in pancreatic β-cells. Bioinformatics analysis suggested that KSR2 was the upstream regulatory kinase of CAPS1, and the secretion ability of beta cell was decreased after KSR2 inhibition under ACh stimulation. Therefore, we speculated that CAPS1 was activated after phosphorylation under the treatment of neurotransmitters ACh, which regulated insulin secretion and vesicle transport to enhance the sensitivity and responsiveness of beta cell under glucose stimulation, and played critical roles in the regulation of cephalic phase of hormones secretion. In this study, the point mutation β cell line and mouse model of CAPS1 gene were constructed combined with human islet, using calcium imaging, islet perfusion and glucose clamp to explore the pre-regulation of parasympathetic nerve on cephalic phase of insulin secretion, and explored the new therapeutic targets for improving islet dysfunction of diabetes mellitus.
交感及副交感神经作为胰岛内最主要的自主神经,其调控作用失衡与胰岛功能障碍及糖尿病发生密切相关。本项目基于前期基础,主要围绕胰岛内副交感神经通过乙酰胆碱(Acetylcholine,ACh)调控胰岛β细胞激素分泌过程展开研究,且该过程在副交感神经介导的胰岛头期分泌中发挥重要作用,从而提高β细胞“餐时负荷”能力,介导餐后血糖稳态维持。本项目研究发现副交感神经递质ACh刺激后β细胞胰岛素分泌水平显著增加,且胰岛内CAPS1底物蛋白磷酸化水平上调。CAPS1分布具有组织特异性,主要分布在脑、胰腺及胃肠道等组织中,在胰岛内表达丰富且主要与β细胞存在显著共表达。在人胰岛组织中,也同样观察到CAPS1表达高,且主要表达于β细胞。进一步通过构建SiRNA干扰序列及腺病毒,对胰岛β细胞系MIN6和小鼠胰岛进行体外处理后,利用ACh或葡萄糖进行刺激,测定胰岛素分泌水平并观察分泌囊泡分布。结果表明CAPS1敲降的β细胞对ACh反应减弱,且刺激后胰岛素分泌减少、胞膜锚定的分泌囊泡数量下降。此外,在体外ACh预处理3分钟后再进行高糖刺激,敲降组β细胞分泌水平较对照组也显著降低。进一步构建胰岛β细胞CAPS1特异性敲除小鼠,普通饲料喂养8周后进行代谢相关评估,结果表明CAPS1-βKO小鼠及野生型小鼠血糖、OGTT及胰岛素敏感性等无显著差异。胰岛体外灌流结果提示:ACh刺激下,CAPS1-βKO小鼠β细胞胰岛素分泌水平较对照组显著下降,并且ACh预刺激后高糖刺激下胰岛素分泌能力也出现显著受损,揭示了CAPS1是副交感神经介导胰岛素分泌的重要下游底物之一,且其磷酸化修饰水平与该蛋白活性密切相关,在神经介导胰岛素分泌过程中具有重要作用。本研究结果一定程度上揭示了副交感神经调控β细胞胰岛素分泌的潜在下游机制。CAPS1作为细胞质中Ca2+依赖性启动分泌蛋白,ACh刺激后其磷酸化修饰后处于功能激活,通过感受胞内Ca2+浓度增加促使胰岛素囊泡进行胞膜锚定,增加高糖刺激下胰岛素分泌水平。本项目创新性地提出了胰岛内副交感神经通过调控CAPS1蛋白,进而调节神经介导的胰岛快速分泌过程,参与胰岛素头期分泌过程,为后续筛选和开发2型糖尿病治疗新靶点及干预措施提供了研究基础及思路。
国内基金
海外基金