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MafA基因與糖尿病關(guān)系的研究進展
MafA基因與糖尿病關(guān)系的研究進展
【關(guān)鍵詞】 MafA基因; 胰腺β細胞; 氧化性應(yīng)激; 糖尿病
糖尿病是威脅人類健康的重大疾病之一，其發(fā)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(fā)現(xiàn)包括MafA基因在內(nèi)的轉(zhuǎn)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(dǎo)致胰腺β細胞功能受損。
上調(diào)其表達可以作為預(yù)期的糖尿病治療的機制之一，且該基因可調(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄激活區(qū)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(zhuǎn)錄因子，MafA蛋白的分布和其他轉(zhuǎn)錄因子有所不同，它是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一種β細胞胰島素基因活化轉(zhuǎn)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(jié)合至胰島素基因啟動子區(qū)域保守順式調(diào)控元件RIPE3b，作為一種強烈的反式作用因子調(diào)控胰島素的表達[3]。
在胰腺發(fā)育期間，其他胰腺細胞轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄因子[2]。
2 氧化性應(yīng)激對胰腺β細胞MafA基因表達的抑制作用
目前已經(jīng)證實氧化性應(yīng)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(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(yīng)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(jīng)有報道證實，一些氧化性應(yīng)激的標(biāo)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?zāi)Ｐ偷囊葝u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(fù)被高血糖抑制的MafA表達[9]。
氧化性應(yīng)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(shù)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(yīng)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(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行了腺病毒介導(dǎo)的c-Jun過表達研究。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖尿病db/db小鼠的MafA表達顯著下降而c-Jun表達則上調(diào)，且c-Jun陽性細胞中MafA和胰島素的表達均顯著下降。
這些結(jié)果說明，腺病毒轉(zhuǎn)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(chǎn)量也顯著下降。
而MafA的過表達可以恢復(fù)被c-Jun抑制的胰島素啟動子的活性和蛋白水平。
這些結(jié)果表明了c-Jun介導(dǎo)的胰島素抑制活動是通過抑制MafA活性來實現(xiàn)的。
2.2 p38MAPK和MafA基因
Kondo等[14]的結(jié)論和上述試驗有所不同。
他們通過增加MafA基因穩(wěn)定性來增加其表達的蛋白激酶。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MIN6細胞和小鼠胰島分離細胞中的MafA穩(wěn)定性受p38MAPK和糖原合成激酶3(glycogen synthase kinase 3)調(diào)控。
抑制p38MAPK后MafA的穩(wěn)定性增加。
而且他們還發(fā)現(xiàn)MafA的N末端區(qū)域和p38MAPK介導(dǎo)的降解有關(guān)。
同時，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(jié)論，氧化性應(yīng)激時胰腺β細胞的受損和p38MAPK介導(dǎo)的MafA穩(wěn)定性下降有關(guān)，這一途徑可能是氧化性應(yīng)激時誘導(dǎo)血糖改變的一個主要途徑。
除了氧化性應(yīng)激外，碳水化合物反應(yīng)性元件結(jié)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(dǎo)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(fā)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(guān)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(jīng)是胰島細胞保護劑，有增加胰腺β細胞分化和預(yù)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(nèi)含量都有所增加[16]。
在體內(nèi)，煙酰胺可以增加移植后胰島β細胞的復(fù)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(dǎo)的細胞損傷。
Ye等[17]檢測了包括煙酰胺在內(nèi)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(jié)合位點，可增加其轉(zhuǎn)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(nèi)MafA并逆轉(zhuǎn)db/db小鼠的糖尿病。
他們建立了C257BLKS/J小鼠胰腺β細胞內(nèi)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(zhuǎn)移至糖尿病db/db小鼠的β細胞中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因小鼠的MafA基因表達較非轉(zhuǎn)基因小鼠顯著增高，且胰島素水平和β細胞數(shù)目均有所增加，糖尿病db/db小鼠的高血糖癥得到了逆轉(zhuǎn)。
這一研究為新的糖尿病治療方法的開創(chuàng)提供了一定的依據(jù)。
4 MafA基因調(diào)節(jié)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(zhuǎn)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)者就這方面進行了一些有益的嘗試。
Kaneto等[19]將MafA、PDX-1和NeuroD基因轉(zhuǎn)染HepG2細胞，然后檢測靶細胞內(nèi)胰島素基因啟動子的活性。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單獨轉(zhuǎn)染MafA基因后，HepG2細胞的基礎(chǔ)胰島素啟動子活性就增加超過80倍。
聯(lián)合上述3個轉(zhuǎn)錄子的轉(zhuǎn)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(jīng)頸靜脈注射了可表達MafA、PDX-1和NeuroD的腺病毒載體，結(jié)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(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(jié)果發(fā)現(xiàn)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增加。
他們還檢測了腺病毒載體注射后肝臟內(nèi)的胰島素蛋白表達程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這3種因子聯(lián)合作用后，肝細胞內(nèi)的胰島素產(chǎn)量顯著增加，并出現(xiàn)許多免疫染色陽性的產(chǎn)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(diào)節(jié)非胰腺β細胞分泌胰島素的作用。
最近的一項研究結(jié)果也表明[20]， MafA基因、PDX-1與NeuroD基因聯(lián)合表達后可以誘導(dǎo)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(diào)節(jié)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(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用于非胰腺β細胞外，MafA基因?qū)π叵偌毎置谝葝u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(zhuǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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Ins2的表達并促進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小鼠及人類對1型糖尿病易感的標(biāo)志。
Chiou等[22]給胎盤源性多能干細胞(placenta-derived multipotent stem cell，PDMSC)轉(zhuǎn)染了MafA基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MafA的過表達顯著上調(diào)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(jié)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(jié)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(zhuǎn)錄因子，在糖尿病的發(fā)病過程中起著重要作用。
高血糖引起的氧化應(yīng)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(guān)。
糖尿病時，某些物質(zhì)可以促進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(zhuǎn)錄因子為目標(biāo)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。
【參考文獻】
[ 1 ] Kataoka K， Han SI， Shioda S， et al. MafA is a glucose-regulated and pancreatic beta-cell-specific transcriptional activator for the insulin gene[J]. J Biol Chem， 2002， 227 (51)： 49903-49910.
[ 2 ] Lazo-de-la-Vega-Monroy ML， Fern?ndez-Mejía C. Transcription factors in the adult beta cell[J]. Rev Invest Clin， 2009， 61(5)：428-446.
[ 3 ] Moates JM， Nanda S， Cissell MA， et al. BETA2 activates transcription from the upstream glucokinase gene promoter in islet beta-cells and gut endocrine cells[J]. Diabetes， 2003， 52 (2)： 403-408.
[ 4 ] Kataoka K， Shioda S， Ando K， et al. Differentially expressed Maf family transcription factors， c-Maf and MafA， activate glucagon and insulin gene expression in pancreatic islet alpha-and beta-cells[J]. J Mol Endocrinol， 2004， 32(1)：9-20.
[ 5 ] Naya FJ， Huang HP， Qiu Y， et al. Diabetes， defective pancreatic morphogenesis， and abnormal enteroendocrine differentiation in BETA2/neuroD-deficient mice[J]. Genes Dev， 1997,11(18)：2323-2334.
[ 6 ] Matsuoka TA， Kaneto H， Miyatsuka T， et al. Regulation of MafA expression in pancreatic beta-cells in db/db mice with diabetes[J]. Diabetes， 2010,59 (7)：1709-1720.
[ 7 ] Tiedge M， Lortz S， Drinkgern J， et al. Relation between antioxidant enzyme gene expression and antioxidative defense status of insulin-producing cells[J]. Diabetes， 1997,46(11)： 1733-1742.
[ 8 ] Gorogawa S， Kajimoto Y， Umayahara Y， et al. Probucol preserves pancreatic beta-cell function through reduction of oxidative stress in type 2 diabetes[J]. Diabetes Res Clin Pract， 2002,57(1)：1-10.
[ 9 ] Harmon JS， Stein R， Robertson RP. Oxidative stress-mediated， post-translational loss of MafA protein as a contributing mechanism to loss of insulin gene expression in glucotoxic beta cells[J]. J Biol Chem， 2005,280(12)：11107-11113.
[10] Nemoto S， Takeda K， Yu ZX， et al. Role for mitochondrial oxidants as regulators of cellular metabolism[J]. Mol Cell Biol， 2000,20(19)：7311-7318.
[11] Kaneto H， Xu G， Fujii N， et al. Involvement of c-Jun N-terminal kinase in oxidative stress-mediated suppression of insulin gene expression[J]. J Biol Chem， 2002,277(33)：30010-30018.
[12] Hattori Y， Suzuki M， Hattori S， et al. Vascular smooth muscle cell activation by glycated albumin (Amadori adducts)[J]. Hypertension， 2002,39(1)：22-28.
[13] Lin CL， Wang FS， Kuo YR， et al. Ras modulation of superoxide activates ERK-dependent fibronectin expression in diabetes-induced renal injuries[J]. Kidney Int， 2006,69(9)：1593-1600.
[14] Kondo T， El Khattabi I， Nishimura W， et al. p38 MAPK is a major regulator of MafA protein stability under oxidative stress[J]. Mol Endocrinol， 2009， 23(8)：1281-1290.
[15] da Silva Xavier G， Sun G， Qian Q， et al. ChREBP regulates Pdx-1 and other glucose-sensitive genes in pancreatic β-cells[J]. Biochem Biophys Res Commun,2010， 402(2)：252-257.
[16] Lumelsky N， Blondel O， Laeng P， et al. Differentiation of embryonic stem cells to insulin-secreting structures similar to pancreatic islets[J]. Science， 2001， 292(5520)：1389 -1394.
[17] Ye DZ， Tai MH， Linning KD， et al. MafA expression and insulin promoter activity are induced by nicotinamide and related compounds in INS-1 pancreatic beta-cells[J]. Diabetes， 2006， 55(3)：742-750.
[18] Harmon JS， Bogdani M， Parazzoli SD， et al. beta-Cell-specific overexpression of glutathione peroxidase preserves intranuclear MafA and reverses diabetes in db/db mice[J]. Endocrinology， 2009， 150(11)：4855-4862.
[19] Kaneto H， Matsuoka TA， Nakatani Y， et al. A crucial role of MafA as a novel therapeutic target for diabetes[J]. J Biol Chem， 2005， 280(15)：15047-15052.
[20] Kaneto H， Matsuoka TA， Katakami N， et al. Combination of MafA， PDX-1 and NeuroD is a useful tool to efficiently induce insulin-producing surrogate beta-cells[J]. Curr Med Chem,2009,16(24)：3144-3151.
[21] Noso S， Kataoka K， Kawabata Y， et al. Insulin transactivator MafA regulates intrathymic expression of insulin and affects susceptibility to type 1 diabetes[J]. Diabetes， 2010， 59(10)：2579-2587.
[22] Chiou SH， Chen SJ， Chang YL， et al. MafA promotes the reprogramming of placenta-derived multipotent stem cells into pancreatic islets-like and insulin-positive cells[J]. J Cell Mol Med， 2011,15(3)：612-624.
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