MafA基因與糖尿病關(guān)系的研究進(jìn)展
MafA基因與糖尿病關(guān)系的研究進(jìn)展
【關(guān)鍵詞】 MafA基因; 胰腺β細胞; 氧化性應激; 糖尿病
糖尿病是威脅人類(lèi)健康的重大疾病之一，其發(fā)病過(guò)程中都要涉及胰腺β細胞受損和胰島素絕對或相對分泌不足的問(wèn)題。
隨著(zhù)研究的進(jìn)展，人們發(fā)現包括MafA基因在內的轉錄因子是胰腺β細胞分化、成熟以及胰島素的分泌不可或缺的重要因子。
MafA基因表達抑制將導致胰腺β細胞功能受損。
上調其表達可以作為預期的糖尿病治療的機制之一，且該基因可調節非胰島素分泌細胞分泌胰島素。
本文就MafA基因在上述幾方面的研究進(jìn)展做如下綜述。
1 MafA基因簡(jiǎn)介
MafA基因全稱(chēng)為肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物A基因(v-maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homologue A)，是一種具有亮氨酸拉鏈結構的轉錄因子。
它屬于巨噬細胞激活因子(macrophage activating factor，Maf)家族。
該家族分子包括含有4個(gè)N末端的酸性轉錄激活區域(acidic transcription activating domain，TAD)的大Maf蛋白和3個(gè)包含bZIP的小Maf蛋白。
MafA蛋白屬于大Maf蛋白。
作為一種轉錄因子，MafA蛋白的分布和其他轉錄因子有所不同，它是目前發(fā)現的唯一一種β細胞胰島素基因活化轉錄因子[1]。
胰腺β細胞的成熟和功能的維持都有賴(lài)于MafA蛋白的正常表達[2]。
MafA蛋白是一種特異的胰島β細胞核因子，可結合至胰島素基因啟動(dòng)子區域保守順式調控元件RIPE3b，作為一種強烈的反式作用因子調控胰島素的表達[3]。
在胰腺發(fā)育期間，其他胰腺細胞轉錄因子如胰腺十二指腸同源異型框因子-1(pancreatic and duodenal homeobox factor-1，PDX-1)和NeuroD都表達于胰腺發(fā)育早期，而MafA蛋白則在胰島素生成細胞成批發(fā)育時(shí)才有所表達[4-5]。
而且PDX-1和NeuroD在各種胰島細胞中都有所表達，而MafA蛋白是唯一一種具有強烈胰島素表達激活特性的胰腺β細胞特異性轉錄因子[2]。
2 氧化性應激對胰腺β細胞MafA基因表達的抑制作用
目前已經(jīng)證實(shí)氧化性應激(oxidative stress， OS)是2型糖尿病時(shí)胰島素生物合成受抑制的主要因素之一，和2型糖尿病的發(fā)生有密切關(guān)系[6]。
2.1 c-Jun和MafA基因
胰島β細胞本身對氧化性應激就很脆弱，因為和其他組織相比β細胞合成和分泌的抗氧化酶如過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶都比較低[7]。
事實(shí)上，已經(jīng)有報道證實(shí)，一些氧化性應激的標志物如8-羥基-2′-脫氧尿苷和4-羥基-2丙烯醛修飾的蛋白以及血紅素加氧酶-1在胰島素試驗模型的胰島中均表達增高[8]。
有報道證實(shí)，慢性高血糖可顯著(zhù)抑制翻譯后MafA的水平，且抗氧化治療能恢復被高血糖抑制的MafA表達[9]。
氧化性應激時(shí)，活性氧能激活胰島中的幾種激酶，這其中包括：p38促有絲分裂原激活的蛋白激酶(p38)和c-JunNH2-末端激酶(JNK)[10-11]。
而活性氧還能使c-Jun的數量和活性增加[12]。
而c-Jun的活性增加在某些情況下和高血糖以及糖化產(chǎn)物的作用有關(guān)[13]。
Matsuoka等[6]為了證明氧化性應激抑制MafA基因表達的機制進(jìn)行了如下實(shí)驗。
他們首先在糖尿病db/db小鼠中使用免疫組化和蛋白質(zhì)印跡檢測了MafA和c-Jun的水平，然后為了驗證c-Jun對MafA表達的影響，他們在MINβ細胞和新鮮分離的胰島細胞中進(jìn)行了腺病毒介導的c-Jun過(guò)表達研究。
結果發(fā)現，糖尿病db/db小鼠的MafA表達顯著(zhù)下降而c-Jun表達則上調，且c-Jun陽(yáng)性細胞中MafA和胰島素的表達均顯著(zhù)下降。
這些結果說(shuō)明，腺病毒轉染所致的c-Jun過(guò)表達顯著(zhù)地抑制了MafA的表達，同時(shí)胰島素的產(chǎn)量也顯著(zhù)下降。
而MafA的過(guò)表達可以恢復被c-Jun抑制的胰島素啟動(dòng)子的活性和蛋白水平。
這些結果表明了c-Jun介導的胰島素抑制活動(dòng)是通過(guò)抑制MafA活性來(lái)實(shí)現的。
2.2 p38MAPK和MafA基因
Kondo等[14]的結論和上述試驗有所不同。
他們通過(guò)增加MafA基因穩定性來(lái)增加其表達的蛋白激酶。
結果發(fā)現，MIN6細胞和小鼠胰島分離細胞中的MafA穩定性受p38MAPK和糖原合成激酶3(glycogen synthase kinase 3)調控。
抑制p38MAPK后MafA的穩定性增加。
而且他們還發(fā)現MafA的N末端區域和p38MAPK介導的降解有關(guān)。
同時(shí)，MafA的第57位和134位的蘇氨酸突變?yōu)楸彼峥煞乐惯@種降解的發(fā)生。
因此，他們得出結論，氧化性應激時(shí)胰腺β細胞的受損和p38MAPK介導的MafA穩定性下降有關(guān)，這一途徑可能是氧化性應激時(shí)誘導血糖改變的一個(gè)主要途徑。
除了氧化性應激外，碳水化合物反應性元件結合蛋白(carbohydrate responsive element-binding protein，ChREBP)對MafA的抑制作用目前也得到了證實(shí)[15]。
ChREBP在高血糖時(shí)的胰島β細胞中的表達和活性增高。
有實(shí)驗證實(shí)胰腺MIN β細胞中的ChREBP滅活后可導致細胞中MafA、PDX-1和Ins2等基因表達的增加。
相反，ChREBP過(guò)表達則可以抑制MafA、PDX-1和Ins2等基因的表達，表明了ChREBP在2型糖尿病發(fā)生過(guò)程中的作用。
3 促進(jìn)胰腺β細胞MafA基因表達的因素
3.1 煙酰胺及其相關(guān)化合物
有研究證實(shí)，煙酰胺具有促進(jìn)MafA基因和胰島素啟動(dòng)子表達的作用。
煙酰胺曾經(jīng)是胰島細胞保護劑，有增加胰腺β細胞分化和預防胰島細胞受到毒性損傷的作用。
用煙酰胺處理人或豬的胚胎胰島樣細胞簇、胰腺前體細胞及干細胞或者胚胎干細胞后，可增加這些細胞向β細胞分化的概率，而且這些細胞的胰島素mRNA水平、生物合成和細胞內含量都有所增加[16]。
在體內，煙酰胺可以增加移植后胰島β細胞的復制，刺激胰腺部分切除大鼠的β細胞再生。
煙酰胺還可以保護β細胞免受連脲霉素誘導的細胞損傷。
Ye等[17]檢測了包括煙酰胺在內的多聚(ADP-核糖)聚合酶[poly(ADP-ribose) polymerase，PARP]抑制劑對β細胞的作用。
結果發(fā)現，低強度PARP抑制劑如煙酰胺、3-氨基苯甲酰胺和PD128763可增加MafA基因和胰島素基因啟動(dòng)子的表達，而高強度的PARP抑制劑如PJ340和INO-1001則沒(méi)有。
進(jìn)一步的機制研究證實(shí)，低強度PARP抑制劑的作用位點(diǎn)為MafA基因結合位點(diǎn)，可增加其轉錄。
3.2 谷胱甘肽過(guò)氧化酶
Harmon等[18]的研究顯示，谷胱甘肽過(guò)氧化酶的過(guò)表達可保護細胞內MafA并逆轉db/db小鼠的糖尿病。
他們建立了C257BLKS/J小鼠胰腺β細胞內源性谷胱甘肽過(guò)氧化酶-1(glutathione peroxidase-1，GPx-1)的過(guò)表達模型。
GPx-1是胰腺β細胞特異性抗氧化酶，他們將該基因轉移至糖尿病db/db小鼠的β細胞中，結果發(fā)現，轉基因小鼠的MafA基因表達較非轉基因小鼠顯著(zhù)增高，且胰島素水平和β細胞數目均有所增加，糖尿病db/db小鼠的高血糖癥得到了逆轉。
這一研究為新的糖尿病治療方法的開(kāi)創(chuàng )提供了一定的依據。
4 MafA基因調節非胰腺β細胞分泌胰島素
目前MafA基因作為促進(jìn)胰腺β細胞分泌胰島素的轉錄因子已經(jīng)有所明確。
但是在胰島細胞受損的情況下，如果MafA基因能夠促進(jìn)替代β細胞(surrogate beta-cell )生產(chǎn)胰島素，則有希望成為治療糖尿病的新舉措，有學(xué)者就這方面進(jìn)行了一些有益的嘗試。
Kaneto等[19]將MafA、PDX-1和NeuroD基因轉染HepG2細胞，然后檢測靶細胞內胰島素基因啟動(dòng)子的活性。
結果發(fā)現，單獨轉染MafA基因后，HepG2細胞的基礎胰島素啟動(dòng)子活性就增加超過(guò)80倍。
聯(lián)合上述3個(gè)轉錄子的轉染后胰島素啟動(dòng)子的活性就顯著(zhù)增高(1 200倍)。
這說(shuō)明MafA等基因可以顯著(zhù)增加離體肝細胞胰島素啟動(dòng)子的活性。
然后，他們給雄性C57BL6小鼠經(jīng)頸靜脈注射了可表達MafA、PDX-1和NeuroD的腺病毒載體，結果小鼠肝細胞3天后就可以檢測到胰島素1和胰島素2基因的表達。
為了進(jìn)一步證實(shí)MafA、PDX-1和NeuroD基因的功能，他們又檢測了各種胰腺相關(guān)基因的表達，包括β細胞相關(guān)基因如胰島型葡萄糖激酶(islet-type glucokinase)和磺酰尿受體1等。
結果發(fā)現MafA、PDX-1和NeuroD基因聯(lián)合表達后，這些因子在肝臟中的表達均顯著(zhù)增加。
他們還檢測了腺病毒載體注射后肝臟內的胰島素蛋白表達程度，結果發(fā)現，在這3種因子聯(lián)合作用后，肝細胞內的胰島素產(chǎn)量顯著(zhù)增加，并出現許多免疫染色陽(yáng)性的產(chǎn)胰島素細胞(insulin-producing cells)，且顯著(zhù)改善了糖尿病小鼠模型的糖耐量情況。
這一研究充分說(shuō)明了MafA基因調節非胰腺β細胞分泌胰島素的作用。
最近的一項研究結果也表明[20]， MafA基因、PDX-1與NeuroD基因聯(lián)合表達后可以誘導多種非胰腺β細胞合成和分泌胰島素，因此他們認為MafA基因是調節非胰腺β細胞分泌胰島素的有效工具。
除了和PDX-1和NeuroD基因等轉錄因子協(xié)同作用于非胰腺β細胞外，MafA基因對胸腺細胞分泌胰島素及多能干細胞向胰腺β細胞的分化也有重要作用。
Noso等[21]首先檢測了非肥胖型糖尿病(nonobese diabetes，NOD)和正常對照小鼠胰島細胞和胸腺中的轉錄因子包括PDX-1、NeuroD、MafA和Aire的表達，然后檢測了MafA基因剔除小鼠胸腺胰島素基因2(Ins2)和血清自身抗體的表達，以及小鼠和人的MafA的基因多態(tài)性。
結果發(fā)現，NOD小鼠的MafA基因表達嚴重受損并和Ins2的表達呈相關(guān)性。
MafA基因的剔除降低了胸腺I(mǎi)ns2的表達并促進(jìn)了自身抗胰島細胞體的產(chǎn)生。
因此他們認為MafA的基因多態(tài)性和胸腺中的胰島素表達減少有關(guān)，并認為這可能是NOD小鼠及人類(lèi)對1型糖尿病易感的標志。
Chiou等[22]給胎盤(pán)源性多能干細胞(placenta-derived multipotent stem cell，PDMSC)轉染了MafA基因，結果發(fā)現MafA的過(guò)表達顯著(zhù)上調了胰腺發(fā)育相關(guān)基因如Sox17、Foxa2、Pdx1和Ngn3的表達。
基因芯片結果顯示MafA過(guò)表達的PDMSC的基因表達譜和胰腺及胰島組織很相似。
而且，MafA增加了Nkx2.2、Glut2、胰島素、胰高血糖素和生長(cháng)抑素的mRNA表達，同時(shí)有助于PDMSC細胞分化為胰島素陽(yáng)性細胞。
上述試驗說(shuō)明MafA在多能干細胞向胰島β細胞前體的分化方面有重要作用，使胎盤(pán)源性多能干細胞有了類(lèi)似胰島β細胞的特征，并且能分泌胰島素，這是糖尿病治療方面的又一次新的嘗試。
5 結語(yǔ)
肌腱膜纖維肉瘤癌基因同源物A基因(MafA)是唯一的胰島β細胞胰島素轉錄因子，在糖尿病的發(fā)病過(guò)程中起著(zhù)重要作用。
高血糖引起的氧化應激時(shí)，MafA的表達受到抑制，其機制可能與c-jun和(或)p38等蛋白激酶有關(guān)。
糖尿病時(shí)，某些物質(zhì)可以促進(jìn)MafA的表達，從而對疾病的發(fā)展起到控制作用。
以MafA和相關(guān)轉錄因子為目標的基因治療對糖尿病時(shí)胰島素分泌替代細胞的活化有重要作用。
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