Nature子刊：中國藥科大學(xué)金亮/張方方聯(lián)合東南大學(xué)李玲團(tuán)隊(duì)揭示環(huán)狀RNA在肥胖介導(dǎo)的胰島β細(xì)胞功能障礙和凋亡中起重要作用

2023年1月21日，中國藥科大學(xué)金亮、張方方教授及東南大學(xué)李玲教授共同通訊在Nature Communications（IF17.694） 在線發(fā)表題為“Circular RNA circGlis3 protects against islet β-cell dysfunction and apoptosis in obesity”的研究論文。文章強(qiáng)調(diào)了circRNAs在β細(xì)胞代償中的生理作用，并表明調(diào)節(jié)circGlis3的表達(dá)可能是預(yù)防肥胖后β細(xì)胞功能障礙和凋亡的潛在策略。

2型糖尿病(T2DM)是糖尿病的主要形式，肥胖、衰老、飲食及遺傳等風(fēng)險(xiǎn)因素導(dǎo)致了糖尿病的加速流行。T2DM經(jīng)歷了從代償性胰島素抵抗到β細(xì)胞衰竭，最終發(fā)展為無代償性高血糖，胰腺β細(xì)胞代償是延緩T2DM進(jìn)展的主要機(jī)制。在肥胖和T2DM患者中β細(xì)胞凋亡增加，然而代償期β細(xì)胞凋亡的預(yù)防機(jī)制尚不清楚。先前的研究表明不同類型的非編碼RNA在β細(xì)胞代償功能的調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用，并且在人類和小鼠胰島中已經(jīng)鑒定出數(shù)千種胰島特異性環(huán)狀RNA，但目前尚不清楚這些環(huán)狀RNA在肥胖介導(dǎo)的β細(xì)胞功能障礙和凋亡中的作用。

1、circGlis3在肥胖雄性小鼠胰島中升高

作者對兩種肥胖小鼠模型（HFD喂養(yǎng)小鼠及Lep^ob/ob小鼠）的胰島進(jìn)行了circRNA整體表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)之前已被注釋的環(huán)狀RNA circGlis3在胰腺中富集，并在HFD喂養(yǎng)的小鼠胰腺中顯著上調(diào)。通過量化糖耐受損（IGT）和T2DM患者血清中circGlis3的表達(dá)水平，作者注意到在β細(xì)胞功能代償?shù)姆逝趾椭卸忍悄虿€(gè)體中，人血清中circGlis3的表達(dá)水平明顯升高，而在失代償期circGlis3的表達(dá)水平下降。以上數(shù)據(jù)表明在飲食和遺傳肥胖小鼠模型中，以及IGT和/或T2DM個(gè)體中，胰島中的circGlis3水平升高。

2、剪接因子QKI調(diào)控circGlis3的形成

小鼠circGlis3基因來源于Glis3基因的外顯子3，長1114 nt，測序分析證實(shí)circGlis3存在BSJ位點(diǎn)。隨后對circGlis3的形成機(jī)制進(jìn)行了探究，基于剪接因子調(diào)節(jié)circRNA的生物發(fā)生研究，作者分析了HFD喂養(yǎng)小鼠胰島中一組候選剪接因子的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)肥胖小鼠的QKI在mRNA和蛋白水平上均有升高，并且QKI mRNA的表達(dá)水平與HFD喂養(yǎng)小鼠胰島中circGlis3的表達(dá)水平呈正相關(guān)。下拉試驗(yàn)等證實(shí)Glis3外顯子3兩側(cè)的內(nèi)含子與QKI蛋白之間存在相互作用，QKI通過結(jié)合Glis3中環(huán)狀RNA形成外顯子3的上游和下游，促進(jìn)circGlis3的形成。

3、體外上調(diào)circGlis3促進(jìn)胰島素分泌，減輕β細(xì)胞凋亡

為探索circGlis3在調(diào)節(jié)β細(xì)胞功能中的潛在作用進(jìn)，作者對MIN6細(xì)胞和原發(fā)胰島中的circGlis3進(jìn)行了敲低和過表達(dá)，circGlis3的過表達(dá)顯著增加胰島素基因Ins1和Ins2的mRNA水平和胰島素含量，而敲低circGlis3的結(jié)果相反。在暴露于高糖或棕櫚酸鹽后，抑制circGlis3的表達(dá)會(huì)降低胰島素分泌，而過度表達(dá)circGlis3則會(huì)顯著增加胰島素分泌。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)circGlis3的過表達(dá)顯著增加了轉(zhuǎn)錄因子CREB1和NeuroD1的表達(dá)水平，表明導(dǎo)致胰島素含量增加的過程發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。Annexin V/PI染色染色和TUNEL實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，下調(diào)circGlis3會(huì)增加凋亡細(xì)胞的數(shù)量，而過表達(dá)circGlis3則會(huì)導(dǎo)致相反的結(jié)果。上述結(jié)果表明，circGlis3上調(diào)可緩解肥胖過程中β細(xì)胞凋亡。

4、體內(nèi)上調(diào)circGlis3可改善β細(xì)胞功能障礙，抑制β細(xì)胞凋亡

接下來，作者檢測了circGlis3過表達(dá)是否能緩解肥胖誘導(dǎo)的β細(xì)胞功能障礙，將AAV8-MIP-circGlis3通過胰腺導(dǎo)管給藥方式注入8周齡雄性C57BL/6小鼠體內(nèi)，并進(jìn)行高脂飲食喂養(yǎng)。AAV8-circGlis3處理的HFD小鼠胰島素抵抗指數(shù)顯著降低，且胰島素原與胰島素的比值明顯受到抑制，結(jié)果證實(shí)過表達(dá)circGlis3可改善β細(xì)胞的生物學(xué)功能以及糖耐量。胰島素耐量試驗(yàn)(IPITT)表明，上調(diào)circGlis3可改善胰島素敏感性，GSIS數(shù)據(jù)表明AAV8-circGlis3治療可增強(qiáng)胰島素分泌，此外，circGlis3的過表達(dá)顯著減少了凋亡β細(xì)胞的數(shù)量。不僅如此，作者在 Lepr^db/db小鼠體內(nèi)也觀察到了與之相同的結(jié)果。表明circGlis3在飲食型和遺傳型肥胖小鼠模型中過表達(dá)可改善β細(xì)胞功能，抑制β細(xì)胞凋亡，證實(shí)circGlis3對葡萄糖穩(wěn)態(tài)的影響是由β細(xì)胞介導(dǎo)的。

5、circGlis3促進(jìn)胰島素分泌，抑制β細(xì)胞凋亡的機(jī)制研究