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生物钟调控胰岛素敏感性的关键分子机制

日期:2014-10-22 00:00:00

大多数生物体为了适应昼夜的变化,产生了控制自身节律行为的生物钟。在哺乳动物中,生物钟广泛地参与了多种代谢过程的调控。胰岛素抵抗是2型糖尿病的重要特征,营养失衡、缺乏锻炼等是导致胰岛素抵抗的常见原因。旅行时差、昼夜轮班工作、作息时间不规律等导致的生物节律紊乱,在人群研究中均有报道会导致胰岛素抵抗的发生。但相关的分子机制还很不清楚。

 

CLOCKBMAL1是调控节律的两个核心转录因子,SIRT1是代谢的重要调控蛋白。翟琦巍研究组前期研究发现SIRT1是胰岛素敏感性的关键调控蛋白,并且白藜芦醇可以通过激活SIRT1改善胰岛素敏感性(Cell Metabolism, 2007; 6(4):307-19)。有报道SIRT1可以通过其去乙酰化酶活性调控BMAL1,从而调控生物节律。但CLOCKBMAL1是否对SIRT1有调控作用,或者是否协同调控胰岛素敏感性还不太清楚。

 

在翟琦巍研究员的引导下,周犇、张一和张芳等研究发现,在多种胰岛素抵抗的肝细胞模型和肝脏组织中CLOCKBMAL1的蛋白和mRNA水平下降。在肝细胞中下调CLOCKBMAL1会导致胰岛素抵抗,而上调CLOCKBMAL1可以改善胰岛素敏感性。糖尿病小鼠尾静脉注射过表达CLOCKBMAL1的腺病毒后,可以改善小鼠的胰岛素敏感性。正常小鼠胰岛素敏感性的节律变化在Clock基因缺失突变小鼠、Bmal1基因肝脏特异性敲除小鼠或Sirt1基因敲除小鼠中消失,并且正常肝细胞对于胰岛素响应的节律变化在Bmal1Sirt1基因敲除的细胞中也消失了。提示胰岛素敏感性的节律变化需要ClockBmal1Sirt1基因。

 

深入研究发现,Sirt1基因的表达存在节律变化,并且该节律变化依赖于CLOCKBMAL1。同时发现,CLOCKBMAL1可以结合到Sirt1启动子区的特定区域从而上调其转录和表达,CLOCKBMAL1对于胰岛素敏感性的调控作用依赖于SIRT1。为进一步研究节律紊乱对于胰岛素敏感性的调控作用和机制,周犇等把小鼠放置在持续黑暗的环境中饲养以导致其出现节律紊乱。研究发现,在持续黑暗条件下饲养的小鼠BMAL1SIRT1显著下调,并且出现预期的胰岛素抵抗。给小鼠喂食适量的白藜芦醇,可以显著改善持续黑暗饲养导致的胰岛素抵抗,并且给小鼠尾静脉注射过表达SIRT1的腺病毒也能改善持续黑暗饲养导致的胰岛素敏感性。

 

该研究工作一方面揭示了节律对于胰岛素敏感性调控的关键分子机制,并为节律紊乱导致的胰岛素抵抗提供了可能的防治方法。另一方面,由于在多种胰岛素抵抗模型中节律调控的核心转录因子CLOCKBMAL1和胰岛素调控关键蛋白SIRT1均出现下调,提示CLOCKBMAL1对于SIRT1的调控作用可能存在于一些常见的胰岛素抵抗的发生过程中。

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