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厦门大学李明玉组以斑马鱼为模型揭示胰高血糖素受体敲除导致高胰高血糖素血症的新机理

作者:
来源:
国家斑马鱼中心
2022/11/24 14:08
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在胰腺内分泌器官胰岛中,α细胞产生的胰高血糖素与β细胞产生的胰岛素共同完成对机体血糖稳态的调节。由胰岛α细胞分泌的胰高血糖素需要与主要表达在肝脏的胰高血糖素受体(GCGR)结合才能发挥作用。近年来,以GCGR为靶点的一系列降糖药物正在开发和临床试验中,因此充分解析GCGR的功能显得十分重要。

 

前期相关研究已经证明,GCGR敲除的动物模型会表现出胰岛α细胞增生、高胰高血糖素血症等异常生理现象。研究一般认为GCGR敲除动物的高胰高血糖素血症主要源自于胰岛α细胞的增生。

 

2022年11月,厦门大学李明玉团队与上海交通大学张超团队合作在JBC上在线发表了题为“Disruption of the glucagon receptor increases glucagon expression beyond α-cell hyperplasia in zebrafish”的研究论文,该论文揭示了gcgr敲除的斑马鱼α细胞中,除了导致的胰岛α细胞增生之外,还存在α细胞本身显著性高表达胰高血糖素基因的现象,并发现了pnoca基因是其中关键的调控分子之一。
 

 

作者通过流式分选了对照组和gcgr-/-组的α细胞用于单细胞转录组测序,测序结果发现在斑马鱼敲除了gcgr后,胰岛α细胞相较于对照组呈现出不同的转录组特征。同时这些α细胞表现出了明显的异质性。gcgr-/-组中有一群细胞高表达胰高血糖素基因(gcga, gcgb),同时α细胞中相关调控因子的表达也随之上调。随后,作者通过一系列实验如原位杂交、转基因鱼荧光强度对比等验证了这一结果 (图1)。
 


图1  在gcgr-/-斑马鱼中gcga、gcgb基因显著高表达

 

随后,在蛋白水平层面,作者也通过透射电镜、胰高血糖素荧光颗粒统计等方法证明了在gcgr-/-斑马鱼中,α细胞中的胰高血糖素蛋白同样存在增多的现象(图2)。
 


图2  在gcgr-/-斑马鱼α细胞中胰高血糖素颗粒小体增多

 

作者还研究了在gcga、gcgb高表达这一群细胞中显著高表达的基因pnoca, 该基因主要编码一种调控痛觉,摄食的神经肽,此前有文献报道了其在斑马鱼α细胞中特异性表达。作者利用crispr技术将其敲降后,发现此前观察到的α细胞增多、α细胞高表达胰高血糖素的现象均受到了抑制(图3)。
 


图3  敲降pnoca后影响了gcgr-/-斑马鱼的α细胞增生和胰高血糖素表达

 

综上所述,该研究通过对gcgr-/-斑马鱼α细胞单细胞测序数据进行分析,揭示了gcgr-/-斑马鱼的α细胞除了增生之外,还在单细胞水平表现出了高表达胰高血糖素的现象。gcgr-/-动物的高胰高血糖素血症正是由于α细胞的增生和高表达胰高血糖素这两方面的因素共同造成的,该研究为这一模型中存在的高胰高血糖素血症提供了新的解释(图4)。
 


图4  α细胞数量增多和单个细胞高表达胰高血糖素,两者共同导致了高胰高血糖素血症

 

厦门大学研究生康琪、郏建新,同济大学研究生郑继红为该文共同第一作者,厦门大学李明玉副教授、上海交通大学张超教授是该文共同通讯作者。该研究得到国家自然基金、福建省海洋生物技术重点实验室开放基金、厦门大学校长基金的资助。