1型糖尿病(T1D)是一種慢性疾病，多見(jiàn)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(diǎn)是胰島β細(xì)胞遭到破壞，導(dǎo)致體內(nèi)胰島素絕對(duì)缺乏，該過(guò)程由促炎性細(xì)胞因子介導(dǎo)，破壞了促凋亡和抗凋亡蛋白之間的平衡，但其具體機(jī)制尚不清楚。
近日，美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員共同合作，在《Cell Metabolism》（IF=22.415）雜志上在線(xiàn)發(fā)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(duì)細(xì)胞因子刺激后人胰島組織進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，確定生長(zhǎng)/分化因子15（GDF15）作為β細(xì)胞保護(hù)因子，是T1D的潛在靶標(biāo)。
No.1 研究材料
10個(gè)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(shí)。
No.2 技術(shù)方法
TMT定量蛋白質(zhì)組學(xué)
No.3 研究路線(xiàn)
No.4 研究結(jié)果
組學(xué)篩選：人胰島組織全蛋白組學(xué)篩選
為了篩選導(dǎo)致β細(xì)胞死亡的關(guān)鍵促炎分子，作者利用TMT蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，對(duì)用細(xì)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(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究，從中得到11,324種定量蛋白質(zhì)信息，其中387種蛋白質(zhì)發(fā)生顯著變化。
作者利用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了功能富集分析，發(fā)現(xiàn)IL-1β和IFN-γ處理調(diào)節(jié)了與NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用、細(xì)胞凋亡、抗原加工和呈遞、細(xì)胞外基質(zhì)、凝血和補(bǔ)體級(jí)聯(lián)、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎以及癌癥中轉(zhuǎn)錄失調(diào)有關(guān)的蛋白質(zhì)；并從中篩選出54種細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子，其中19種受白介素-1β和干擾素-γ調(diào)節(jié)（16種上調(diào)，3種下調(diào)）。綜上，促炎性細(xì)胞因子處理的胰島中參與細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞凋亡相關(guān)的蛋白質(zhì)發(fā)生顯著變化。
篩選靶點(diǎn)1：體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)篩選關(guān)鍵目標(biāo)蛋白GDF15
作者根據(jù)需求制定了蛋白篩選標(biāo)準(zhǔn)：（1）參與凋亡功能，（2）分類(lèi)為細(xì)胞因子、趨化因子或生長(zhǎng)因子，（3）通過(guò)label-free蛋白質(zhì)組學(xué)分析進(jìn)行驗(yàn)證。從中篩選到5種蛋白質(zhì)：fractalkine、IL-1α、IL-1β、SPP1和GDF15。其中SPP1和GDF15在T1D中報(bào)道有限，因此選擇SPP1和GDF15進(jìn)行進(jìn)一步研究。
首先，作者通過(guò)用IL-1β和IFN-γ處理人β細(xì)胞系EndoC-βH1和小鼠β細(xì)胞系MIN6，免疫印跡分析證實(shí)EndoC-βH1細(xì)胞中響應(yīng)細(xì)胞因子處理的SPP1和GDF15蛋白表達(dá)分別降低了25％和35％，在MIN6細(xì)胞中觀察到了相似的結(jié)果。
接下來(lái)，作者對(duì)非肥胖糖尿?。∟OD）小鼠體內(nèi)胰島中GDF15和SPP1的表達(dá)進(jìn)行分析，與沒(méi)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(diǎn)2：人胰島中GDF15表達(dá)受轉(zhuǎn)錄后調(diào)控（翻譯過(guò)程）
為研究其確切機(jī)制，作者分別用IL-1β和IFN-γ處理的人胰島組織，并檢測(cè)其中GDF15和SPP1的轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)水平。相比于SPP1在mRNA和蛋白水平均下調(diào)，GDF15在蛋白水平發(fā)生下調(diào)，而在mRNA水平增加兩倍，表明該蛋白在轉(zhuǎn)錄后水平上有調(diào)節(jié)作用。為驗(yàn)證細(xì)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(jìn)行了多核糖體譜分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在細(xì)胞因子處理過(guò)程中， GDF15 mRNA主要存在于單核糖體組分中。綜上，促炎細(xì)胞因子處理可阻斷GDF15 mRNA的翻譯。
機(jī)制挖掘1：GDF15和SPP1均可抑制β細(xì)胞凋亡
為明確下游信號(hào)通路，作者首先使用Metacore數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)GDF15和SPP1調(diào)控的下游信號(hào)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)分析，結(jié)果提示GDF15和SPP1均可調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。此外，作者通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，GDF15和SPP1可抑制EndoC-βH1細(xì)胞和人胰島發(fā)生凋亡。
機(jī)制挖掘2：GDF15抑制NOD小鼠的胰島炎并降低糖尿病的發(fā)病率
為驗(yàn)證GDF15在體內(nèi)作用，作者每?jī)商煊胷GDF15或?qū)φ瘴镏委?周齡的雌性NOD小鼠（n=5），持續(xù)2周，并在治療期間對(duì)體重和血糖水平進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示體重和血糖平穩(wěn)、不受GDF15給藥的影響。
接著，作者對(duì)治療結(jié)束后的小鼠胰腺組織進(jìn)行病理學(xué)分析。該分析表明，與對(duì)照組相比，經(jīng)GDF15處理小鼠的胰島炎及氧化應(yīng)激顯著減少。
GDF15是否通過(guò)減少胰島炎癥從而預(yù)防或延遲糖尿病發(fā)生呢？作者每?jī)商煊胷GDF15處理6周齡NOD小鼠（n=20），持續(xù)4周，并監(jiān)測(cè)24周齡以?xún)?nèi)糖尿病的發(fā)生。GDF15處理使糖尿病發(fā)作期的發(fā)病率降低了53％。綜上所述， GDF15可以減少胰島炎和氧化應(yīng)激，從而降低NOD小鼠中糖尿病的發(fā)生率。
臨床升華：糖尿病個(gè)體胰腺切片中的GDF15水平
為證明GDF15作為藥物靶點(diǎn)在臨床轉(zhuǎn)化中潛力，作者分析了糖尿病供體胰腺中GDF15表達(dá)水平。免疫熒光染色結(jié)果表明，T1D患者胰島中的GDF15豐度降低，與動(dòng)物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
結(jié)論
本研究通過(guò)對(duì)細(xì)胞因子處理的胰島組織進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，證實(shí)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的β細(xì)胞死亡，是由于打破了凋亡和促凋亡信號(hào)之間的平衡所致?？傮w而言，該治療顯示出對(duì)NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用、細(xì)胞凋亡以及抗原加工提呈等途徑的調(diào)節(jié)作用。支持了β細(xì)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(shuō)，為進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)糖尿病治療新途徑指明了方向。