1型糖尿病(T1D)是一種慢性疾病，多見于兒童和青少年，19歲及以下新診斷的糖尿病患者中T1D約占2/3。T1D的特點是胰島β細胞遭到破壞，導致體內胰島素絕對缺乏，該過程由促炎性細胞因子介導，破壞了促凋亡和抗凋亡蛋白之間的平衡，但其具體機制尚不清楚。

近日，美國太平洋西北國家實驗室和美國印第安納大學醫學院研究人員共同合作，在《Cell Metabolism》（IF=22.415）雜志上在線發表了題為“Comprehensive Proteomics Analysis of Stressed Human Islets Identifies GDF15 as a Target for Type 1 Diabetes Intervention”的研究論文。作者對細胞因子刺激后人胰島組織進行蛋白質組學分析，確定生長/分化因子15（GDF15）作為β細胞保護因子，是T1D的潛在靶標。

No.1 研究材料

10個非糖尿病尸體供體的胰島組織，50 U/mL IL-1β + 1,000 U/mL IFN-γ處理或未處理24小時。

No.2 技術方法

TMT定量蛋白質組學

No.3 研究路線

No.4 研究結果

組學篩選：人胰島組織全蛋白組學篩選

為了篩選導致β細胞死亡的關鍵促炎分子，作者利用TMT蛋白質組學技術，對用細胞因子白介素-1β（IL-1β）和干擾素-γ（IFN-γ）處理和未處理的人胰島進行蛋白質組學研究，從中得到11,324種定量蛋白質信息，其中387種蛋白質發生顯著變化。

作者利用DAVID數據庫進行了功能富集分析，發現IL-1β和IFN-γ處理調節了與NF-κB信號傳導、細胞因子-細胞因子受體相互作用、細胞凋亡、抗原加工和呈遞、細胞外基質、凝血和補體級聯、類風濕性關節炎以及癌癥中轉錄失調有關的蛋白質；并從中篩選出54種細胞因子、趨化因子和生長因子，其中19種受白介素-1β和干擾素-γ調節（16種上調，3種下調）。綜上，促炎性細胞因子處理的胰島中參與細胞因子信號傳導和細胞凋亡相關的蛋白質發生顯著變化。

篩選靶點1：體內、體外實驗篩選關鍵目標蛋白GDF15

作者根據需求制定了蛋白篩選標準：（1）參與凋亡功能，（2）分類為細胞因子、趨化因子或生長因子，（3）通過label-free蛋白質組學分析進行驗證。從中篩選到5種蛋白質：fractalkine、IL-1α、IL-1β、SPP1和GDF15。其中SPP1和GDF15在T1D中報道有限，因此選擇SPP1和GDF15進行進一步研究。

首先，作者通過用IL-1β和IFN-γ處理人β細胞系EndoC-βH1和小鼠β細胞系MIN6，免疫印跡分析證實EndoC-βH1細胞中響應細胞因子處理的SPP1和GDF15蛋白表達分別降低了25％和35％，在MIN6細胞中觀察到了相似的結果。

接下來，作者對非肥胖糖尿?。∟OD）小鼠體內胰島中GDF15和SPP1的表達進行分析，與沒有胰島炎的NOD小鼠相比，患有胰島炎的NOD小鼠的胰島中GDF15和SPP1的豐度降低。

篩選靶點2：人胰島中GDF15表達受轉錄后調控（翻譯過程）

為研究其確切機制，作者分別用IL-1β和IFN-γ處理的人胰島組織，并檢測其中GDF15和SPP1的轉錄和蛋白表達水平。相比于SPP1在mRNA和蛋白水平均下調，GDF15在蛋白水平發生下調，而在mRNA水平增加兩倍，表明該蛋白在轉錄后水平上有調節作用。為驗證細胞因子處理所致GDF15蛋白水平的下降是否是由于GDF15 mRNA翻譯受阻所致，作者進行了多核糖體譜分析實驗，結果表明，在細胞因子處理過程中， GDF15 mRNA主要存在于單核糖體組分中。綜上，促炎細胞因子處理可阻斷GDF15 mRNA的翻譯。

機制挖掘1：GDF15和SPP1均可抑制β細胞凋亡

為明確下游信號通路，作者首先使用Metacore數據庫對GDF15和SPP1調控的下游信號進行了網絡分析，結果提示GDF15和SPP1均可調節細胞凋亡。此外，作者通過細胞實驗證實，GDF15和SPP1可抑制EndoC-βH1細胞和人胰島發生凋亡。

機制挖掘2：GDF15抑制NOD小鼠的胰島炎并降低糖尿病的發病率

為驗證GDF15在體內作用，作者每兩天用rGDF15或對照物治療6周齡的雌性NOD小鼠（n=5），持續2周，并在治療期間對體重和血糖水平進行了監測。結果顯示體重和血糖平穩、不受GDF15給藥的影響。

接著，作者對治療結束后的小鼠胰腺組織進行病理學分析。該分析表明，與對照組相比，經GDF15處理小鼠的胰島炎及氧化應激顯著減少。

GDF15是否通過減少胰島炎癥從而預防或延遲糖尿病發生呢？作者每兩天用rGDF15處理6周齡NOD小鼠（n=20），持續4周，并監測24周齡以內糖尿病的發生。GDF15處理使糖尿病發作期的發病率降低了53％。綜上所述， GDF15可以減少胰島炎和氧化應激，從而降低NOD小鼠中糖尿病的發生率。

臨床升華：糖尿病個體胰腺切片中的GDF15水平

為證明GDF15作為藥物靶點在臨床轉化中潛力，作者分析了糖尿病供體胰腺中GDF15表達水平。免疫熒光染色結果表明，T1D患者胰島中的GDF15豐度降低，與動物和細胞實驗結果一致。

結論

本研究通過對細胞因子處理的胰島組織進行蛋白質組學分析，證實細胞因子誘導的β細胞死亡，是由于打破了凋亡和促凋亡信號之間的平衡所致?？傮w而言，該治療顯示出對NF-κB信號傳導、細胞因子-細胞因子受體相互作用、細胞凋亡以及抗原加工提呈等途徑的調節作用。支持了β細胞死亡的原因是促凋亡因子和抗凋亡因子之間的失衡這一假說，為進一步發現糖尿病治療新途徑指明了方向。