db/db小鼠胰岛β细胞“质膜-内质网-线粒体轴”超微结构特征

【作者】 姜钧杰； 张凯捷； 赵青威； 羊红玉； 朱丹雁； 黄昕； 楼宜嘉；

【机构】 浙江大学药学院； 浙江大学竺可桢学院； 浙江大学医学院附属第一医院； 浙江大学医学院附属第二医院；

【摘要】 2型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM）及其并发症严重威胁人类健康,T2DM模型db/db小鼠在8～12周龄表现为胰岛素抵抗;至16周龄时,则胰岛素水平迅速下降,符合T2DM患者病理学特征,但是否与胰岛β细胞超微结构功能改变密切相关,迄今未明。本研究旨在探究db/db小鼠胰岛β细胞超微结构特征及相关分子机制。为丰富对T2DM生命现象本质的认识,及药物可能干预的新型毒理学靶点提供依据。以同龄野生型BKS小鼠作对照,db/db小鼠自8周龄、12周龄和16周龄时,取胰腺分别供组织学、超微结构、分子生物学研究。透射电镜结果显示,db/db小鼠胰岛β细胞在12周龄时,超微结构显示多数内质网肿大,线粒体嵴消失,"质膜-内质网-线粒体轴"的并置结构缺如。免疫印迹结果表明,①胰腺组织线粒体融合蛋白1和2（mitofusin,Mfn1,Mfn2）表达显著减少（P<0.001,P<0.01）。Mfn1和Mfn2不仅能诱导细胞内线粒体融合,也是连接内质网与线粒体两个亚细胞器的结构蛋白,形成内质网-线粒体间的Ca2+穿梭通道。内质网-线粒体间的Ca²⁺穿梭通道异常,由此激发的线粒体ATP生成受抑制。②内质网兰尼碱2型受体（RyR2）表达减少,而p-CaMKⅡ表达增加,提示β细胞内质网[Ca²⁺]E渗漏严重。免疫复合物共沉淀结果进一步表明,RyR2和膜连接蛋白JPH-3明显减少,是导致β细胞内质网[Ca²⁺]E渗漏的重要病理机制。结论db/db小鼠生长中晚期,胰岛β细胞"质膜-内质网-线粒体轴"并置超微结构缺如;其病理机制与Mfn1和Mfn2、RyR2表达降低,RyR2-JPH-3作用减弱相关。由于内质网[Ca²⁺]E渗漏和内质网-线粒体间的Ca2+穿梭通道异常,使得早期ATP生成减少,最终导致胰岛素分泌减少。更多还原