科研 | CELL REP：转录共调节因子GPS2对脂肪细胞的重编程影响β细胞胰岛素分泌
编译：逍遥君，编辑：景行、江舜尧。
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目前研究是通过调节胰岛素分泌的器官串扰维持葡萄糖稳态，使血糖水平保持在生理范围内。但在2型糖尿病患者中的这种协调反应发生了改变，导致β细胞功能失调和胰岛素分泌不足。白色脂肪组织的重编程在这种失调中具有核心作用，但关键的调控成分仍不清楚。本文证明了转录共调节因子GPS2在白色脂肪组织中的表达与人类胰岛素分泌率相关。利用脂肪细胞特异性GPS2敲除小鼠证实了这种关系的因果关系，其中胰岛素的不适当分泌促进了葡萄糖不耐受。这种表型是由脂肪组织分泌因子驱动的，它引起胰岛炎症增加和β细胞功能受损。结果表明，在小鼠和人类中，GPS2控制白色脂肪细胞的重编程，影响胰岛功能和胰岛素分泌。
论文ID
原名：Adipocyte Reprogramming by the Transcriptional Coregulator GPS2 Impacts Beta Cell Insulin Secretion
译名：转录共调节因子GPS2对脂肪细胞的重编程影响β细胞胰岛素分泌
期刊：Cell Reports
IF：8.109
发表时间：2020年9月
通讯作者：Karima Drareni & Nicolas Venteclef
通讯作者单位：法国索邦大学糖尿病免疫和代谢实验室
DOI号：10.1016/j.celrep.2020.108141
实验设计
结果
使用qRT-PCR和静脉注射葡萄糖分别对受试者皮下WAT（scWAT）中GPS2的mRNA水平和胰岛素分泌率（ISR）进行了检测。根据scWAT中GPS2 mRNA表达的qRT-PCR结果将受试者分为低表达（Lexp）或高表达（Hexp）两类。Lexp受试者的正常葡萄糖水平和ISR均高于Hexp受试者。葡萄糖输注后，相比于Lexp受试者，Hexp受试者的葡萄糖水平升高水平较低，但ISR水平较高。葡萄糖/ISR反应曲线分析表明，在所有实验水平下，Hexp受试者的ISR均显著高于Lexp受试者（图1A）。此外，平均ISR（时间10-200 min）与scWAT中GPS2 mRNA表达密切相关（图1B）。此外，还对急性胰岛素、胰高血糖素和C肽进行了定量。观察到WAT中 GPS2 mRNA水平与急性胰岛素分泌之间呈显著正相关（图1 C）。但没有观察到 GPS2 mRNA水平和急性胰高血糖素分泌之间的相关性。总的来说，这些结果表明WAT中GPS2功能对胰岛素分泌对葡萄糖的反应有潜在影响，但对胰高血糖素的分泌没有影响。
图1. WAT中GPS2表达水平影响人胰岛素分泌率。（A）分级葡萄糖输注期间毛细血管血糖测定的ISR。（B）分级葡萄糖输注期间平均ISR（时间10-200 min）与GPS2 mRNA表达之间的相关性分析。（C）多变量分析中葡萄糖依赖性精氨酸刺激期间急性胰岛素反应（AIR）与脂肪细胞GPS2 mRNA表达的相关性。
2 脂肪细胞中GPS2的特异性耗竭影响饮食诱导肥胖时胰岛素的分泌
为了评估脂肪细胞GPS2缺陷对饮食诱导肥胖后胰岛素分泌调节的影响。将GPS2 AKO小鼠及其同窝野生型（WT）小鼠喂食普通饲料（CD）或高脂饲料（HFD）4周和12周，然后监测葡萄糖稳态和胰岛素分泌，结果发现GPS2低表达者比GPS2高表达者更耐葡萄糖（图2A、2B）。在GPS2低表达者中观察到的葡萄糖不耐受与葡萄糖刺激的胰岛素分泌减少相关（图2 C、2D）。与仅在肥胖条件下的WT小鼠相比，GPS2 AKO小鼠血液中的空腹胰岛素浓度较低（趋势）（图2E）。在HFD喂食4周和12周后，与WT小鼠相比，GPS2 AKO小鼠在经口葡萄糖耐量试验（OGTT）期间测定的胰岛素分泌发生改变，但在CD条件下未观察到差异（图2F）。事实上，与HFD组WT小鼠相比，GPS2 AKO小鼠中使用葡萄糖摄入后15 min胰岛素浓度与基线的比值计算的胰岛素分泌较低（图2G）。结果表明脂肪细胞GPS2缺陷引起胰岛素分泌不足。
图2. 小鼠脂肪细胞特异性GPS2缺陷导致葡萄糖诱导的胰岛素分泌受损。（A）按照qRT-PCR检测的GPS2 mRNA水平进行高低水平分组。（B）HFD喂食12周后WT C57BL6的OGTT结果。（C）HFD喂食12周后WT C57BL6/J在OGTT期间测定胰岛素分泌。（D）葡萄糖刺激的胰岛素分泌水平。（E）HFD喂食4周和12周的WT和GPS2 AKO小鼠的空腹胰岛素浓度。（F）HFD 4周和12周组WT和GPS2 AKO小鼠在OGTT期间的胰岛素分泌测量。（G）在HFD喂食4周和12周的WT和GPS2 AKO小鼠中，葡萄糖刺激的胰岛素分泌水平。
为了确定成熟脂肪细胞GPS2缺陷引起胰岛素分泌不足的机制，评估了小鼠胰岛的大小和数量（图3A-3 C）。在CD和HFD条件下，未观察到两种基因型胰岛数量的显著变化（图3B）。但与仅喂食HFD的WT小鼠相比，GPS2 AKO小鼠的胰岛大小（表面）显著减小（图3A-3 C）。局部炎症和β细胞凋亡增加可能引起胰岛对HFD的适应。为了验证这一观点，对小鼠胰岛进行了Mac2+染色、TUNEL检测和Ki67+染色评估。与HFD条件下的WT小鼠相比，GPS2 AKO小鼠的胰岛显示巨噬细胞浸润和β细胞凋亡增加，以及β细胞增殖减少（图3D-3H）。与WT对照组相比，HFD喂食GPS2 AKO小鼠胰岛中炎症和凋亡信号分子的mRNA水平也增加（图3I、3J）。此外，在HFD喂食的GPS2 AKO小鼠胰岛中，增殖标志物也失调，这表明对能量过剩的适应不良（图3K）。还观察到，与WT小鼠相比，HFD喂食的GPS2 AKO小鼠胰岛中β细胞分化标志物的表达减少，如Ins2、Mafb、Glut2、Nkx6-1和Pdx-1（图3L）。与局部炎症、β细胞凋亡和去分化的潜在增加一致，从HFD喂食的GPS2 AKO小鼠中分离的胰岛对葡萄糖刺激的胰岛素分泌少于WT对照组（图3M）。
图3. 脂肪细胞中的GPS2缺乏可引起胰岛炎症和β细胞凋亡。（A）HFD喂食4周和12周的WT和GPS2 AKO小鼠胰腺中胰岛素免疫荧光染色。（B和C）HFD喂食4周和12周的WT和GPS2 AKO小鼠胰腺中的胰岛数量（B）和大小（C）。（D）HFD喂养 4周和12周组WT和GPS2 AKO小鼠胰腺中Mac2+免疫荧光染色。（E）HFD组WT和GPS2 AKO小鼠胰岛中Mac2阳性细胞的定量。（F）HFD组WT和GPS2 AKO小鼠胰腺TUNEL+免疫荧光染色。（G）HFD喂食12周的WT和GPS2 AKO小鼠胰岛中TUNEL阳性细胞的定量。（H）喂食HFD的WT和GPS2 AKO小鼠胰腺中Ki67+胰岛素免疫荧光染色和定量。（I-L）HFD喂食12周后，通过qRT-PCR测定WT和GPS2 AKO小鼠胰岛中的炎症、凋亡、增殖和分化基因。（M）用低糖（低Glc，2.8 mM）和高糖（高Glc，16.7 mM）处理HFD 4周后，WT和GPS2 AKO小鼠胰岛的葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS）。
3 GPS2 AKO小鼠的WAT分泌产物引起胰岛功能障碍
为了进一步研究这种脂肪细胞-胰岛串扰，将从健康WT小鼠分离的胰岛与WAT或BAT外植体的培养基或HFD喂食的WT和GPS2 AKO小鼠的血清共同孵育24h，然后测定葡萄糖刺激的胰岛素分泌（图4A和4B）。观察到用WAT外植体培养基或GPS2 AKO小鼠血清孵育的胰岛分泌胰岛素的效力低于用WAT外植体培养基或WT小鼠血清处理的胰岛。由GPS2 AKO小鼠培养基介导的胰岛功能障碍表现为炎症（Emr1（F4/80）、Il1-b和TNF-a）和凋亡（Fas和Cas3）基因表达增加（图4 C）。来自WAT外植体培养基或GPS2 AKO小鼠血清的抑制信号在热灭活培养基或血清后丢失（图4D），表明分泌的蛋白质和肽（如脂肪因子、细胞因子和激素）可能将WAT功能障碍与胰岛素分泌受损联系起来。
为了描述可能导致β细胞功能障碍的WAT库中GPS2依赖性基因标记的特征，通过RNA测序和qRT-PCR对3个不同的WAT库（皮下WAT[scWAT]、附睾WAT[eWAT]和肠系膜WAT[mesWAT]）进行了转录组分析。该分析确定了HFD喂食12周后，与WT小鼠相比，GPS2 AKO小鼠所有3个脂肪垫中约500个基因存在差异表达（图4E）。GO分析显示，GPS2 AKO小鼠WAT中上调最多的基因参与免疫应答和胰岛素信号传导（图4E）。通过测定脂肪因子（脂联素、瘦素和抵抗素）和炎性细胞因子（IL6、TNFA、MCP-1/CCL2和IL-1B；图4F和4G），在血清和WAT外植体培养基中的蛋白水平证实了GPS2 AKO小鼠的病理性WAT基因标记。
图4. GPS2 AKO小鼠的WAT分泌组促进用scWAT、eWAT、mesWAT外植体培养基或血清培养并用低糖和高糖处理的WT C57BL6/J小鼠胰岛的β细胞衰竭。（A和B）GSIS。（C）用eWAT外植体培养基培养WT C57BL6/J小鼠12h，分离胰岛中炎症和凋亡基因的表达。（D）用scWAT、eWAT和血清热灭活培养基培养WT C57BL6/J小鼠胰岛12h，然后用低糖和高糖处理2h的GSIS。（E）HFD喂食12周后，通过WT和GPS2 AKO小鼠的scWAT、epiWAT和mesWAT的RNA测序进行转录组分析。（F和G）HFD喂食12周后WT和GPS2 AKO小鼠的WAT基因表达和scWAT和eWAT的分泌组分析。
结论
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END