MafA基因與糖尿病關系的研究進展

　　MafA基因與糖尿病關系的研究進展

　　【關鍵詞】 MafA基因; 胰腺β細胞; 氧化性應激; 糖尿病

　　糖尿病是威脅人類健康的重大疾病之一，其發病過程中都要涉及胰腺β細胞受損和胰島素絕對或相對分泌不足的問題。

　　隨著研究的進展，人們發現包括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展做如下綜述。

　　1　MafA基因簡介

　　MafA基因全稱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都表達于胰腺發育早期，而MafA蛋白則在胰島素生成細胞成批發育時才有所表達[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

　　目前已經證實氧化性應激(oxidative stress， OS)是2型糖尿病時胰島素生物合成受抑制的主要因素之一，和2型糖尿病的發生有密切關系[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氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶都比較低[7]。

　　事實上，已經有報道證實，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，慢性高血糖可顯著抑制翻譯后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，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物的作用有關[13]。

　　Matsuoka等[6]為了證明氧化性應激抑制MafA基因表達的機制進行了如下實驗。

　　他們首先在糖尿病db/db小鼠中使用免疫組化和蛋白質印跡檢測了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行了腺病毒介導的c-Jun過表達研究。

　　結果發現，糖尿病db/db小鼠的MafA表達顯著下降而c-Jun表達則上調，且c-Jun陽性細胞中MafA和胰島素的表達均顯著下降。

　　這些結果說明，腺病毒轉染所致的c-Jun過表達顯著地抑制了MafA的表達，同時胰島素的產量也顯著下降。

　　而MafA的過表達可以恢復被c-Jun抑制的胰島素啟動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是通過抑制MafA活性來實現的。

　　2.2　p38MAPK和MafA基因

　　Kondo等[14]的結論和上述試驗有所不同。

　　他們通過增加MafA基因穩定性來增加其表達的蛋白激酶。

　　結果發現，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。

　　而且他們還發現MafA的N末端區域和p38MAPK介導的降解有關。

　　同時，MafA的第57位和134位的蘇氨酸突變為丙氨酸可防止這種降解的發生。

　　因此，他們得出結論，氧化性應激時胰腺β細胞的受損和p38MAPK介導的MafA穩定性下降有關，這一途徑可能是氧化性應激時誘導血糖改變的一個主要途徑。

　　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[15]。

　　ChREBP在高血糖時的胰島β細胞中的表達和活性增高。

　　有實驗證實胰腺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型糖尿病發生過程中的作用。

　　3　促進胰腺β細胞MafA基因表達的因素

　　3.1　煙酰胺及其相關化合物

　　有研究證實，煙酰胺具有促進MafA基因和胰島素啟動子表達的作用。

　　煙酰胺曾經是胰島細胞保護劑，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子的表達，而高強度的PARP抑制劑如PJ340和INO-1001則沒有。

　　進一步的機制研究證實，低強度PARP抑制劑的作用位點為MafA基因結合位點，可增加其轉錄。

　　3.2　谷胱甘肽過氧化酶

　　Harmon等[18]的研究顯示，谷胱甘肽過氧化酶的過表達可保護細胞內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氧化酶-1(glutathione peroxidase-1，GPx-1)的過表達模型。

　　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，結果發現，轉基因小鼠的MafA基因表達較非轉基因小鼠顯著增高，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創提供了一定的依據。

　　4　MafA基因調節非胰腺β細胞分泌胰島素

　　目前MafA基因作為促進胰腺β細胞分泌胰島素的轉錄因子已經有所明確。

　　但是在胰島細胞受損的情況下，如果MafA基因能夠促進替代β細胞(surrogate beta-cell )生產胰島素，則有希望成為治療糖尿病的新舉措，有學者就這方面進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子的活性。

　　結果發現，單獨轉染MafA基因后，HepG2細胞的基礎胰島素啟動子活性就增加超過80倍。

　　聯合上述3個轉錄子的轉染后胰島素啟動子的活性就顯著增高(1 200倍)。

　　這說明MafA等基因可以顯著增加離體肝細胞胰島素啟動子的活性。

　　然后，他們給雄性C57BL6小鼠經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。

　　為了進一步證實MafA、PDX-1和NeuroD基因的功能，他們又檢測了各種胰腺相關基因的表達，包括β細胞相關基因如胰島型葡萄糖激酶(islet-type glucokinase)和磺酰尿受體1等。

　　結果發現MafA、PDX-1和NeuroD基因聯合表達后，這些因子在肝臟中的表達均顯著增加。

　　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，結果發現，在這3種因子聯合作用后，肝細胞內的胰島素產量顯著增加，并出現許多免疫染色陽性的產胰島素細胞(insulin-producing cells)，且顯著改善了糖尿病小鼠模型的糖耐量情況。

　　這一研究充分說明了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的基因多態性。

　　結果發現，NOD小鼠的MafA基因表達嚴重受損并和Ins2的表達呈相關性。

　　MafA基因的剔除降低了胸腺Ins2的表達并促進了自身抗胰島細胞體的產生。

　　因此他們認為MafA的基因多態性和胸腺中的胰島素表達減少有關，并認為這可能是NOD小鼠及人類對1型糖尿病易感的標志。

　　Chiou等[22]給胎盤源性多能干細胞(placenta-derived multipotent stem cell，PDMSC)轉染了MafA基因，結果發現MafA的過表達顯著上調了胰腺發育相關基因如Sox17、Foxa2、Pdx1和Ngn3的表達。

　　基因芯片結果顯示MafA過表達的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、胰高血糖素和生長抑素的mRNA表達，同時有助于PDMSC細胞分化為胰島素陽性細胞。

　　上述試驗說明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，使胎盤源性多能干細胞有了類似胰島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

　　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，在糖尿病的發病過程中起著重要作用。

　　高血糖引起的氧化應激時，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。

　　糖尿病時，某些物質可以促進MafA的表達，從而對疾病的發展起到控制作用。

　　以MafA和相關轉錄因子為目標的基因治療對糖尿病時胰島素分泌替代細胞的活化有重要作用。

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