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MafA基因與糖尿病關(guān)系的研究進(jìn)展
MafA基因與糖尿病關(guān)系的研究進(jìn)展
【關(guān)鍵詞】 MafA基因; 胰腺β細(xì)胞; 氧化性應(yīng)激; 糖尿病
糖尿病是威脅人類健康的重大疾病之一，其發(fā)病過(guò)程中都要涉及胰腺β細(xì)胞受損和胰島素絕對(duì)或相對(duì)分泌不足的問(wèn)題。
隨著研究的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)包括MafA基因在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子是胰腺β細(xì)胞分化、成熟以及胰島素的分泌不可或缺的重要因子。
MafA基因表達(dá)抑制將導(dǎo)致胰腺β細(xì)胞功能受損。
上調(diào)其表達(dá)可以作為預(yù)期的糖尿病治療的機(jī)制之一，且該基因可調(diào)節(jié)非胰島素分泌細(xì)胞分泌胰島素。
本文就MafA基因在上述幾方面的研究進(jìn)展做如下綜述。
1 MafA基因簡(jiǎn)介
MafA基因全稱為肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物A基因(v-maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homologue A)，是一種具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子。
它屬于巨噬細(xì)胞激活因子(macrophage activating factor，Maf)家族。
該家族分子包括含有4個(gè)N末端的酸性轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域(acidic transcription activating domain，TAD)的大Maf蛋白和3個(gè)包含bZIP的小Maf蛋白。
MafA蛋白屬于大Maf蛋白。
作為一種轉(zhuǎn)錄因子，MafA蛋白的分布和其他轉(zhuǎn)錄因子有所不同，它是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一種β細(xì)胞胰島素基因活化轉(zhuǎn)錄因子[1]。
胰腺β細(xì)胞的成熟和功能的維持都有賴于MafA蛋白的正常表達(dá)[2]。
MafA蛋白是一種特異的胰島β細(xì)胞核因子，可結(jié)合至胰島素基因啟動(dòng)子區(qū)域保守順式調(diào)控元件RIPE3b，作為一種強(qiáng)烈的反式作用因子調(diào)控胰島素的表達(dá)[3]。
在胰腺發(fā)育期間，其他胰腺細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子如胰腺十二指腸同源異型框因子-1(pancreatic and duodenal homeobox factor-1，PDX-1)和NeuroD都表達(dá)于胰腺發(fā)育早期，而MafA蛋白則在胰島素生成細(xì)胞成批發(fā)育時(shí)才有所表達(dá)[4-5]。
而且PDX-1和NeuroD在各種胰島細(xì)胞中都有所表達(dá)，而MafA蛋白是唯一一種具有強(qiáng)烈胰島素表達(dá)激活特性的胰腺β細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子[2]。
2 氧化性應(yīng)激對(duì)胰腺β細(xì)胞MafA基因表達(dá)的抑制作用
目前已經(jīng)證實(shí)氧化性應(yīng)激(oxidative stress， OS)是2型糖尿病時(shí)胰島素生物合成受抑制的主要因素之一，和2型糖尿病的發(fā)生有密切關(guān)系[6]。
2.1 c-Jun和MafA基因
胰島β細(xì)胞本身對(duì)氧化性應(yīng)激就很脆弱，因?yàn)楹推渌M織相比β細(xì)胞合成和分泌的抗氧化酶如過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶都比較低[7]。
事實(shí)上，已經(jīng)有報(bào)道證實(shí)，一些氧化性應(yīng)激的標(biāo)志物如8-羥基-2′-脫氧尿苷和4-羥基-2丙烯醛修飾的蛋白以及血紅素加氧酶-1在胰島素試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊葝u中均表達(dá)增高[8]。
有報(bào)道證實(shí)，慢性高血糖可顯著抑制翻譯后MafA的水平，且抗氧化治療能恢復(fù)被高血糖抑制的MafA表達(dá)[9]。
氧化性應(yīng)激時(shí)，活性氧能激活胰島中的幾種激酶，這其中包括：p38促有絲分裂原激活的蛋白激酶(p38)和c-JunNH2-末端激酶(JNK)[10-11]。
而活性氧還能使c-Jun的數(shù)量和活性增加[12]。
而c-Jun的活性增加在某些情況下和高血糖以及糖化產(chǎn)物的作用有關(guān)[13]。
Matsuoka等[6]為了證明氧化性應(yīng)激抑制MafA基因表達(dá)的機(jī)制進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。
他們首先在糖尿病db/db小鼠中使用免疫組化和蛋白質(zhì)印跡檢測(cè)了MafA和c-Jun的水平，然后為了驗(yàn)證c-Jun對(duì)MafA表達(dá)的影響，他們?cè)贛INβ細(xì)胞和新鮮分離的胰島細(xì)胞中進(jìn)行了腺病毒介導(dǎo)的c-Jun過(guò)表達(dá)研究。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖尿病db/db小鼠的MafA表達(dá)顯著下降而c-Jun表達(dá)則上調(diào)，且c-Jun陽(yáng)性細(xì)胞中MafA和胰島素的表達(dá)均顯著下降。
這些結(jié)果說(shuō)明，腺病毒轉(zhuǎn)染所致的c-Jun過(guò)表達(dá)顯著地抑制了MafA的表達(dá)，同時(shí)胰島素的產(chǎn)量也顯著下降。
而MafA的過(guò)表達(dá)可以恢復(fù)被c-Jun抑制的胰島素啟動(dòng)子的活性和蛋白水平。
這些結(jié)果表明了c-Jun介導(dǎo)的胰島素抑制活動(dòng)是通過(guò)抑制MafA活性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
2.2 p38MAPK和MafA基因
Kondo等[14]的結(jié)論和上述試驗(yàn)有所不同。
他們通過(guò)增加MafA基因穩(wěn)定性來(lái)增加其表達(dá)的蛋白激酶。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MIN6細(xì)胞和小鼠胰島分離細(xì)胞中的MafA穩(wěn)定性受p38MAPK和糖原合成激酶3(glycogen synthase kinase 3)調(diào)控。
抑制p38MAPK后MafA的穩(wěn)定性增加。
而且他們還發(fā)現(xiàn)MafA的N末端區(qū)域和p38MAPK介導(dǎo)的降解有關(guān)。
同時(shí)，MafA的第57位和134位的蘇氨酸突變?yōu)楸彼峥煞乐惯@種降解的發(fā)生。
因此，他們得出結(jié)論，氧化性應(yīng)激時(shí)胰腺β細(xì)胞的受損和p38MAPK介導(dǎo)的MafA穩(wěn)定性下降有關(guān)，這一途徑可能是氧化性應(yīng)激時(shí)誘導(dǎo)血糖改變的一個(gè)主要途徑。
除了氧化性應(yīng)激外，碳水化合物反應(yīng)性元件結(jié)合蛋白(carbohydrate responsive element-binding protein，ChREBP)對(duì)MafA的抑制作用目前也得到了證實(shí)[15]。
ChREBP在高血糖時(shí)的胰島β細(xì)胞中的表達(dá)和活性增高。
有實(shí)驗(yàn)證實(shí)胰腺M(fèi)IN β細(xì)胞中的ChREBP滅活后可導(dǎo)致細(xì)胞中MafA、PDX-1和Ins2等基因表達(dá)的增加。
相反，ChREBP過(guò)表達(dá)則可以抑制MafA、PDX-1和Ins2等基因的表達(dá)，表明了ChREBP在2型糖尿病發(fā)生過(guò)程中的作用。
3 促進(jìn)胰腺β細(xì)胞MafA基因表達(dá)的因素
3.1 煙酰胺及其相關(guān)化合物
有研究證實(shí)，煙酰胺具有促進(jìn)MafA基因和胰島素啟動(dòng)子表達(dá)的作用。
煙酰胺曾經(jīng)是胰島細(xì)胞保護(hù)劑，有增加胰腺β細(xì)胞分化和預(yù)防胰島細(xì)胞受到毒性損傷的作用。
用煙酰胺處理人或豬的胚胎胰島樣細(xì)胞簇、胰腺前體細(xì)胞及干細(xì)胞或者胚胎干細(xì)胞后，可增加這些細(xì)胞向β細(xì)胞分化的概率，而且這些細(xì)胞的胰島素mRNA水平、生物合成和細(xì)胞內(nèi)含量都有所增加[16]。
在體內(nèi)，煙酰胺可以增加移植后胰島β細(xì)胞的復(fù)制，刺激胰腺部分切除大鼠的β細(xì)胞再生。
煙酰胺還可以保護(hù)β細(xì)胞免受連脲霉素誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷。
Ye等[17]檢測(cè)了包括煙酰胺在內(nèi)的多聚(ADP-核糖)聚合酶[poly(ADP-ribose) polymerase，PARP]抑制劑對(duì)β細(xì)胞的作用。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低強(qiáng)度PARP抑制劑如煙酰胺、3-氨基苯甲酰胺和PD128763可增加MafA基因和胰島素基因啟動(dòng)子的表達(dá)，而高強(qiáng)度的PARP抑制劑如PJ340和INO-1001則沒有。
進(jìn)一步的機(jī)制研究證實(shí)，低強(qiáng)度PARP抑制劑的作用位點(diǎn)為MafA基因結(jié)合位點(diǎn)，可增加其轉(zhuǎn)錄。
3.2 谷胱甘肽過(guò)氧化酶
Harmon等[18]的研究顯示，谷胱甘肽過(guò)氧化酶的過(guò)表達(dá)可保護(hù)細(xì)胞內(nèi)MafA并逆轉(zhuǎn)db/db小鼠的糖尿病。
他們建立了C257BLKS/J小鼠胰腺β細(xì)胞內(nèi)源性谷胱甘肽過(guò)氧化酶-1(glutathione peroxidase-1，GPx-1)的過(guò)表達(dá)模型。
GPx-1是胰腺β細(xì)胞特異性抗氧化酶，他們將該基因轉(zhuǎn)移至糖尿病db/db小鼠的β細(xì)胞中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因小鼠的MafA基因表達(dá)較非轉(zhuǎn)基因小鼠顯著增高，且胰島素水平和β細(xì)胞數(shù)目均有所增加，糖尿病db/db小鼠的高血糖癥得到了逆轉(zhuǎn)。
這一研究為新的糖尿病治療方法的開創(chuàng)提供了一定的依據(jù)。
4 MafA基因調(diào)節(jié)非胰腺β細(xì)胞分泌胰島素
目前MafA基因作為促進(jìn)胰腺β細(xì)胞分泌胰島素的轉(zhuǎn)錄因子已經(jīng)有所明確。
但是在胰島細(xì)胞受損的情況下，如果MafA基因能夠促進(jìn)替代β細(xì)胞(surrogate beta-cell )生產(chǎn)胰島素，則有希望成為治療糖尿病的新舉措，有學(xué)者就這方面進(jìn)行了一些有益的嘗試。
Kaneto等[19]將MafA、PDX-1和NeuroD基因轉(zhuǎn)染HepG2細(xì)胞，然后檢測(cè)靶細(xì)胞內(nèi)胰島素基因啟動(dòng)子的活性。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)轉(zhuǎn)染MafA基因后，HepG2細(xì)胞的基礎(chǔ)胰島素啟動(dòng)子活性就增加超過(guò)80倍。
聯(lián)合上述3個(gè)轉(zhuǎn)錄子的轉(zhuǎn)染后胰島素啟動(dòng)子的活性就顯著增高(1 200倍)。
這說(shuō)明MafA等基因可以顯著增加離體肝細(xì)胞胰島素啟動(dòng)子的活性。
然后，他們給雄性C57BL6小鼠經(jīng)頸靜脈注射了可表達(dá)MafA、PDX-1和NeuroD的腺病毒載體，結(jié)果小鼠肝細(xì)胞3天后就可以檢測(cè)到胰島素1和胰島素2基因的表達(dá)。
為了進(jìn)一步證實(shí)MafA、PDX-1和NeuroD基因的功能，他們又檢測(cè)了各種胰腺相關(guān)基因的表達(dá)，包括β細(xì)胞相關(guān)基因如胰島型葡萄糖激酶(islet-type glucokinase)和磺酰尿受體1等。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)MafA、PDX-1和NeuroD基因聯(lián)合表達(dá)后，這些因子在肝臟中的表達(dá)均顯著增加。
他們還檢測(cè)了腺病毒載體注射后肝臟內(nèi)的胰島素蛋白表達(dá)程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這3種因子聯(lián)合作用后，肝細(xì)胞內(nèi)的胰島素產(chǎn)量顯著增加，并出現(xiàn)許多免疫染色陽(yáng)性的產(chǎn)胰島素細(xì)胞(insulin-producing cells)，且顯著改善了糖尿病小鼠模型的糖耐量情況。
這一研究充分說(shuō)明了MafA基因調(diào)節(jié)非胰腺β細(xì)胞分泌胰島素的作用。
最近的一項(xiàng)研究結(jié)果也表明[20]， MafA基因、PDX-1與NeuroD基因聯(lián)合表達(dá)后可以誘導(dǎo)多種非胰腺β細(xì)胞合成和分泌胰島素，因此他們認(rèn)為MafA基因是調(diào)節(jié)非胰腺β細(xì)胞分泌胰島素的有效工具。
除了和PDX-1和NeuroD基因等轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用于非胰腺β細(xì)胞外，MafA基因?qū)π叵偌?xì)胞分泌胰島素及多能干細(xì)胞向胰腺β細(xì)胞的分化也有重要作用。
Noso等[21]首先檢測(cè)了非肥胖型糖尿病(nonobese diabetes，NOD)和正常對(duì)照小鼠胰島細(xì)胞和胸腺中的轉(zhuǎn)錄因子包括PDX-1、NeuroD、MafA和Aire的表達(dá)，然后檢測(cè)了MafA基因剔除小鼠胸腺胰島素基因2(Ins2)和血清自身抗體的表達(dá)，以及小鼠和人的MafA的基因多態(tài)性。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NOD小鼠的MafA基因表達(dá)嚴(yán)重受損并和Ins2的表達(dá)呈相關(guān)性。
MafA基因的剔除降低了胸腺Ins2的表達(dá)并促進(jìn)了自身抗胰島細(xì)胞體的產(chǎn)生。
因此他們認(rèn)為MafA的基因多態(tài)性和胸腺中的胰島素表達(dá)減少有關(guān)，并認(rèn)為這可能是NOD小鼠及人類對(duì)1型糖尿病易感的標(biāo)志。
Chiou等[22]給胎盤源性多能干細(xì)胞(placenta-derived multipotent stem cell，PDMSC)轉(zhuǎn)染了MafA基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MafA的過(guò)表達(dá)顯著上調(diào)了胰腺發(fā)育相關(guān)基因如Sox17、Foxa2、Pdx1和Ngn3的表達(dá)。
基因芯片結(jié)果顯示MafA過(guò)表達(dá)的PDMSC的基因表達(dá)譜和胰腺及胰島組織很相似。
而且，MafA增加了Nkx2.2、Glut2、胰島素、胰高血糖素和生長(zhǎng)抑素的mRNA表達(dá)，同時(shí)有助于PDMSC細(xì)胞分化為胰島素陽(yáng)性細(xì)胞。
上述試驗(yàn)說(shuō)明MafA在多能干細(xì)胞向胰島β細(xì)胞前體的分化方面有重要作用，使胎盤源性多能干細(xì)胞有了類似胰島β細(xì)胞的特征，并且能分泌胰島素，這是糖尿病治療方面的又一次新的嘗試。
5 結(jié)語(yǔ)
肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物A基因(MafA)是唯一的胰島β細(xì)胞胰島素轉(zhuǎn)錄因子，在糖尿病的發(fā)病過(guò)程中起著重要作用。
高血糖引起的氧化應(yīng)激時(shí)，MafA的表達(dá)受到抑制，其機(jī)制可能與c-jun和(或)p38等蛋白激酶有關(guān)。
糖尿病時(shí)，某些物質(zhì)可以促進(jìn)MafA的表達(dá)，從而對(duì)疾病的發(fā)展起到控制作用。
以MafA和相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子為目標(biāo)的基因治療對(duì)糖尿病時(shí)胰島素分泌替代細(xì)胞的活化有重要作用。
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