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《自然—代谢》新论文揭示肥胖早期肝细胞来源的外泌体通过miRNA3075增加胰岛素敏感性

已有 630 次阅读 2021-9-8 12:13 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

2021年9月6日,美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员Jerrold M. Olefsky/英伟/纪宇东/雒真龙在代谢领域权威期刊Nature Metabolism在线发表论文——“Hepatocyte-derived exosomes from early onset obese mice promote insulin sensitivity through miR-3075”。


该研究揭示肥胖早期肝细胞来源的外泌体通过miRNA3075增加胰岛素敏感性发挥代偿作用,在慢性肥胖过程中肝细胞来源的外泌体如miRNA 434促进巨噬细胞炎性分化从而促使代谢失调的发生。


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外泌体及其所携带的分子“货物”在细胞间和器官间的信息传递中起着关键作用。越来越多的研究发现外泌体介导的细胞间信息传递对肥胖人群的胰岛素抵抗和葡萄糖耐受有着重要影响。而这种作用在很大程度上归因于外泌体所含有的miRNA。该研究者之前的研究发现脂肪组织巨噬细胞分泌的外泌体中的miRNA在肥胖小鼠胰岛素抵抗/葡萄糖耐受中起着重要作用。肝脏作为调节糖代谢和脂代谢的重要脏器,肝细胞分泌外泌体中的miRNA在肥胖的发病过程中对全身的影响尚不清楚。


在本研究中,研究者使用4周高脂饮食的小鼠作为早期肥胖的模型,使用16周高脂饮食的小鼠作为慢性肥胖的模型。与正常饮食对照组相比,慢性肥胖小鼠的糖耐量和胰岛素敏感性严重受损,而高脂饮食4周的小鼠糖耐量和胰岛素敏感性处于中间水平。该研究者发现从4周高脂饮食小鼠中分离出的原代肝细胞与正常饮食小鼠的肝细胞相比表现出正常的胰岛素敏感性,而从16周高脂饮食小鼠中分离出的肝细胞则表现出高度的胰岛素抵抗。这表明在肥胖早期,肝细胞并不表现出细胞自主胰岛素抵抗。研究者推测肝细胞来源的外泌体可能是导致此代谢表型的重要原因。


为了评估这一点,研究者从正常饮食小鼠、4周 高脂饮食小鼠和16 周高脂饮食小鼠的原代肝细胞中提取外泌体,在体内外均证实4周 高脂饮食小鼠原代肝细胞所获得的外泌体可以改善胰岛素敏感性。16周高脂饮食小鼠原代肝细胞所获得的外泌体则可导致代谢失调。


随后,研究者通过两个基因敲除模型消除或是大大减少小鼠肝细胞分泌外泌体中的miRNA,发现,当用基因敲除减少肝细胞外泌体中miRNA时,高脂饮食4周的野生型小鼠细胞会发生胰岛素抵抗。为了进一步探索发挥作用的miRNA,研究者对来自不同野生型小鼠队列的原发性肝细胞来源的外泌体进行了miRNA测序。研究人员发现,与正常饮食小鼠肝细胞相比,miR-3075在高脂饮食4周的肝细胞外泌体中高表达,并且在高脂饮食16周的肝细胞外泌体中miRNA的表达恢复到正常水平。这表明miR-3075可以导致胰岛素增敏,这一概念得到了体外和体内研究的充分支持。


此外,为了证实这一点,该研究还使用了miR-3075拮抗剂,发现拮抗剂和miR-3075 mimic共同作用胰岛素靶细胞完全阻断了mimic增强胰岛素敏感性的作用。重要的是,miR-3075拮抗剂完全或几乎完全阻断了4周高脂饮食肝细胞外泌体改善胰岛素信号的作用,这表明miR-3075是肝细胞外泌体中导致胰岛素敏感性增加的主要miRNA。


在高脂饮食16周时,肥胖模型已经建立,小鼠已经出现明显的葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗。从慢性肥胖小鼠获得的外泌体表达高水平的miR-434-3p,该研究发现,这种miRNA可以直接促进巨噬细胞在体外和体内向M1型分化,抑制M2分化。通过使用肝细胞特异性miRNA消除的基因敲除小鼠,抑制肝细胞产生miRNA的能力,进一步验证了这一点。在慢性肥胖状态下,肝细胞miRNAs的缺失导致糖耐量和胰岛素敏感性明显改善,这与肝细胞分泌促胰岛素抵抗的外泌体的结论一致。


总之,该研究表明,在肥胖过程中,肝细胞源性外泌体在调节全身糖耐量和胰岛素敏感性方面具有重要作用。在肥胖的早期,肝细胞分泌外泌体,促进胰岛素敏感状态,可能是对过量热量的一种补偿反应。4周 高脂饮食的这些有益特性是通过其miRNA载体介导的,该研究已经确定miR-3075是这些外泌体中的主要胰岛素增敏分子。随着肥胖过程发展到慢性状态,这些胰岛素增敏的外泌体不再产生,取而代之的是肝细胞产生的含有miRNA(如miR-434-3p)的外泌体,这些miRNA通过刺激巨噬细胞的促炎极化直接促进胰岛素抵抗和葡萄糖耐受。这些研究具有显著的治疗干预潜力。可以想见,miR-3075可以用作胰岛素增敏治疗。此外,靶向miR-434-3p的拮抗剂可能也有有益作用。


加州大学圣地亚哥分校的Jerrold M. Olefsky教授英伟副教授为本文共同通讯作者。武汉协和医院纪宇东医生和武汉同济医院雒真龙医生为共同第一作者,Hong Gao, Felipe Castellani Gomes Dos Reis, Gautam Bandyopadhyay, Zhongmou Jin, Kameswari Ananthakrishnan Manda, Roi Isaac, Meixiang Yang, Wenxian Fu等共同参与了该课题的研究。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s42255-021-00444-1




https://wap.sciencenet.cn/blog-3423233-1303343.html

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