雌激素通过GPER/PKA信号途径调节Min6细胞线粒体自噬的分子机制研究

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目的:雌激素是一种在人体心血管、免疫、神经及内分泌等系统中均发挥重要作用的类固醇激素。流行病学调查发现,与同龄男性相比,绝经后女性随着雌激素水平的降低,糖尿病的发病率及并发症发生的速度明显增快,提示雌激素水平变化有可能对糖尿病的发生及发展造成影响。雌激素介导生理效应,调控病理过程主要依靠与雌激素受体结合形成配体。G蛋白偶联雌激素受体(G protein coupled estrogen receptor,GPER),又称为GPR30,作为一种新型的雌激素膜受体被发现至今已有20余年,近年来,大量研究表明GPER参与了包括糖代谢、脂质代谢、骨代谢等多种生理过程与生命活动,并在心脏、血管、脑、肝脏、乳腺、胰腺、神经组织及生殖器官等组织中广泛分布。有研究者发现,GPER的缺失导致糖耐量受损和高血糖症,对雄性和雌性小鼠产生不同的影响。以上研究提示了雌激素可能通过GPER影响胰岛β细胞的功能与存活。自噬是细胞内异常或多余蛋白质的一种自我降解过程,是除“1型程序性死亡”——细胞凋亡之外的另一种细胞死亡形式,也被称为“2型程序性死亡”。自噬通过细胞器的更新、代谢保障细胞内的稳态,促进细胞适应和存活。而线粒体是人体重要的供能细胞器,其过氧化磷酸化生成的能量货币ATP通过参与多种代谢途径,为细胞正常活动提供大量能量,维持细胞内环境的稳态,线粒体功能受损会影响细胞的生理功能从而引起细胞死亡。线粒体自噬即线粒体发生的自噬,对细胞清除受损、老化线粒体,维持细胞的结构和功能具有重要作用。2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM)是一种由遗传因素与环境因素共同作用引起的,以高血糖为主要表现的代谢紊乱综合征,其发病机制主要包括胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能缺陷。以往研究表明,线粒体自噬在维持胰岛β细胞的结构和功能过程中发挥重要作用,提示T2DM的发病可能与胰岛β细胞的线粒体自噬有关。但目前对于胰岛β细胞线粒体自噬的机制、雌激素及其受体GPER在其中的影响及其信号转导途径的研究尚不充分。GPER被雌激素活化后,通过多种信号途径在细胞中发挥生物学效应,包括cAMP/PKA途径、PI3K/Akt途径、EGFR/ERK途径、EGFR/MAPK途径等。其中cAMP/PKA途径是一种存在于多种细胞的信号转导途径,在组织与细胞中参与了许多生理病理过程,如分化、氧化应激、自噬、凋亡以及内分泌功能的维持。蛋白激酶A(PKA)是cAMP的一个主要效应分子,也是蛋白激酶中发现最早,性质功能了解最清楚的一个,可以磷酸化多种细胞质与细胞核内的蛋白。目前有文献提到了PKA信号通路在内皮细胞中参与影响线粒体的功能与氧化应激,但PKA通路在胰岛β细胞中对线粒体自噬的影响与具体机制尚不完全明确。因此,本研究选择小鼠胰岛β细胞(Min6细胞)作为模型,拟探讨雌激素结合GPER,通过PKA途径调节胰岛β细胞线粒体自噬的机制。研究方法:第一部分、GPER在Min6细胞中的表达体外培养Min6细胞,以不同浓度的17β-E2(10-9M、10-8M、10-7M、10-6M)处理24h,应用western blot技术检测GPER的表达情况,确定最适浓度;以最适浓度E2处理24h,应用免疫荧光技术检测GPER表达情况;将Min6细胞分为对照组、最适浓度E2组,处理24h后应用western blot技术检测GPER表达情况。第二部分、E2激活GPER对Min6细胞线粒体自噬的影响体外培养Min6细胞,以10-7M浓度E2处理24h,透射电镜观察线粒体自噬体;将Min6细胞分为对照组、10-7M浓度E2组、E2+GPER拮抗剂(G15)组、G15组,处理24h后应用western blot技术检测线粒体自噬相关蛋白HSP60、TOM20、LC3的表达水平;应用免疫荧光技术检测细胞内线粒体外膜蛋白TOM20和溶酶体膜蛋白LampII共定位。第三部分、E2激活GPER通过PKA信号途径对Min6细胞线粒体自噬的影响体外培养Min6细胞,将细胞分为对照组、E2组、G15组、G15+E2组、PKA通路抑制剂(H89)组、H89+E2组,处理24h后应用western blot技术检测PKA通路磷酸化水平和总蛋白水平、HSP60、TOM20、LC3表达水平。结果:第一部分、GPER在Min6细胞中的表达1、Min6细胞中有GPER表达。2、E2上调了Min6细胞中GPER的表达。3、不同浓度的E2影响Min6细胞中GPER的表达水平,其中10-7M浓度E2组具有统计学意义。G15能够降低GPER表达水平。第二部分、E2激活GPER对Min6细胞线粒体自噬的影响1、E2减少Min6细胞中线粒体自噬体的形成。2、E2减少Min6细胞中TOM20和LampII共定位的表达,G15能够减弱这一作用。3、E2增加Min6细胞中线粒体基质蛋白HSP60和线粒体膜蛋白TOM20的表达,减少自噬标志蛋白LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ的表达水平,而G15能够抑制这一效应。第三部分、E2激活GPER通过PKA信号途径对Min6细胞线粒体自噬的影响1、E2上调Min6细胞中PKA的磷酸化水平(p-PKA/PKA),G15和H89均能够抑制这一效应。2、E2增加Min6细胞中HSP60和TOM20的表达,降低LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ的表达,而H89能够抑制这一效应。结论:1、Min6细胞中存在GPER,E2可以活化GPER。2、E2通过活化GPER抑制Min6细胞中的线粒体自噬,进而影响胰岛β细胞功能。3、PKA信号途径参与了上述E2对Min6细胞线粒体自噬的抑制,对这一途径的干预,可能是改善胰岛功能、治疗糖尿病的有效靶点。
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