锌转运体ZnT8介导的胰岛淀粉样多肽病理性沉积的分子生物学机制研究

胰岛淀粉样多肽 (islet amyloid polypeptide, IAPP) 病理性沉积是影响2型糖尿病患者胰岛β-细胞存活和胰岛素分泌的重要原因之一。最新研究表明锌离子通过与胰岛淀粉样多肽 (IAPP) 的His18 (第18位点的组氨酸残基) 结合，使相邻的IAPP单体交联，最终形成纤维状的IAPP聚集体。锌转运体-8 (zinc transporter 8, ZnT8) ZnT8 是特异性定位于胰岛β细胞胰岛素分泌囊泡膜上的锌离子转运蛋白，能向囊泡内转运锌离子，调节锌离子介导的胰岛素成熟、储存和分泌。锌转运体ZnT8自身抗体和基因多态性与糖尿病的病理生理过程密切相关，但ZnT8是否通过参与锌离子介导的β细胞IAPP淀粉样沉积、影响β-细胞存活和胰岛素分泌、加剧糖尿病的发生和发展进程尚不清楚。本项目建立了ZnT8基因敲除且高表达人IAPP基因的转基因小鼠模型和IAPP基因转染细胞，分析了β-细胞内锌离子稳态变化与IAPP变性沉积的相关性。主要研究结果如下，对hIAPP转基因小鼠分别给予ZnSO4和锌离子螯合剂氯碘羟喹 (clioquinol, CQ) 处理，发现高锌喂养组小鼠胰岛内可见大量锌离子沉积，锌离子螯合剂CQ可改善小鼠糖尿病症状；共聚焦激光扫描显微镜研究发现，IAPP与胰岛素共表达于胰岛β-细胞内，高锌喂养小鼠的胰岛内IAPP荧光染色增强，而胰岛素表达水平明显下降；进一步在细胞水平的研究发现，转染hIAPP能够明显抑制INS-1细胞PC1/3、CPE的活性，导致胰岛素分泌减少；hIAPP启动JNK和ERK信号转导通路，诱导INS-1细胞的凋亡。此外，本研究还证实胰-十二指肠同源盒-1 (pancreatic and duodenal homeobox-1, PDX-1) 缺失能够诱导p-c-Jun表达上调，JNK磷酸化增强，从而激活JNK信号通路，引起其下游的凋亡蛋白酶 caspase 级联反应，诱导β-细胞凋亡。本研究揭示了细胞内锌离子代谢紊乱参与β-细胞内IAPP病理性沉积，进而引起胰岛β-细胞凋亡的分子机制，为揭示锌离子参与糖尿病发生发展的病理生理学机制以及寻找糖尿病防治的新靶点提供理论基础。