干擾微小RNA-320表達通過蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素通路保護高糖誘導的胰島β細胞損傷

劉朱美卉，陳曉宇，楊元芳

糖尿病是一系列以血糖水平慢性升高為主要特征的疾病，主要包括1型糖尿病和2型糖尿病。近年來，隨著人們飲食、生活方式等的改變，青年人群中2型糖尿病患病率呈急劇升高趨勢。大量研究表明，長期慢性高血糖刺激可導致進行性胰島β細胞功能障礙，β細胞凋亡和胰島素分泌減少，從而加重高血糖導致惡性循環。因此，了解胰島β細胞糖毒性的確切分子機制對開發有效的2型糖尿病治療方法具有重要意義。

微小RNA（microRNA，miRNA）是一類短鏈、內源性非編碼RNA，其通過與靶mRNA的3’非翻譯區（untranslated region，UTR）互補結合干擾蛋白質翻譯和/或促進靶mRNA降解，參與包括2型糖尿病在內的多種代謝紊亂性疾病進展。如2型糖尿病患者中miR-122、miR-7表達失調，并對該病具有預測價值。miR-142-3p可影響胰島β細胞的生存和功能。有研究指出高糖培養的小鼠原代胰島中miR-320表達上調，但miR-320在2型糖尿病中的作用并未完全闡明。本研究在2019年1月至2020年1月開展實驗，通過檢測高糖誘導的胰島β細胞MIN6中miR-320表達水平，探討其對高糖誘導的細胞凋亡的影響，揭示其潛在作用機制，以為2型糖尿病治療提供新的策略。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

小鼠胰島β細胞株MIN6細胞購于中國科學院典型培養物保藏中心；DMEM高糖培養液、胎牛血清為美國Gibco公司；miR-320抑制物（anti-miR-320）及其陰性對照（anti-miR-NC）由廣州銳博公司提供；噻唑藍（MTT）試劑盒、膜聯蛋白-異硫氰酸熒光素/碘化丙啶（Annexin V-FITC/PI）雙染法細胞凋亡檢測試劑盒購于北京百奧萊博生物公司；小鼠乳酸脫氫酶酶聯免疫吸附測定試劑盒購于杭州江萊生物；miRNeasy Micro Kit、SYBR Green Mastermix購于北京天根生化科技有限公司；放射免疫沉淀測定（RIPA）緩沖液、二喹啉甲酸（BCA）試劑盒購于上海碧云天生物公司；兔源蛋白激酶B（Protein kinase，Akt）抗體、兔源磷酸化Akt（p-Akt）抗體、兔源磷酸化的哺乳動物雷帕霉素復合物1（pmTORC1）抗體、AKT/mTOR通路抑制劑（LY294002）購于美國CST公司；兔源剪切型半胱氨酸蛋白酶3（Caspase-3）抗體購于美國Abcam公司。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養MIN6細胞采用DMEM高糖培養液（添加10%胎牛血清）在含5%二氧化碳、飽和濕度、37℃恒溫細胞培養箱中培養，每隔兩天換液一次，當細胞密度達到80%時進行傳代。

1.2.2 實驗分組和細胞處理將對數期MIN6細胞分為對照組、高糖組：采用葡萄糖濃度分別為5.5 mmol/L，25 mmol/L的培養液培養細胞24 h；高糖+anti-miR-NC組、高 糖+anti-miR-320組 為 分 別轉 染anti-miR-NC、anti-miR-320 48 h后，采用高糖誘導損傷；高糖+LY294002組為培養液中葡萄糖濃度25 mmol/L，LY294002濃度為2 2mg/L；高糖+anti-miR-320+LY294002組為轉染anti-miR-320 48 h后，進行高糖和LY294002干預。細胞轉染嚴格參照脂質體轉染試劑Lipofectamine 2000的說明書進行。

1.2.3 MTT法檢測細胞增殖率將MIN6細胞按照每孔1×10個細胞密度接種96孔板，細胞貼壁后按照上述分組進行細胞處理，每孔加入20 μL的MTT試劑，繼續培養4 h，每孔加入150 μL的二甲基亞砜，低毒振蕩15 min至結晶溶解。以空白孔調零，酶標儀檢測490 nm處吸光度值（A）。

1.2.4 流式細胞術檢測細胞凋亡收集各組細胞，磷酸鹽緩沖液洗滌細胞兩次后，采用結合緩沖液調整細胞濃度為1×10個/毫升的單細胞懸液。取100 μL細胞懸液加入流式管，分別加入5 μL的Annexin FITC、PI，暗室孵育15 min后，補充結合緩沖液至500 μL。流式細胞儀分析細胞凋亡情況。

1.2.5 試劑盒測定LDH活力收集各組細胞培養液上清。設置空白孔、標準孔、待測樣品孔，按照小鼠LDH ELISA檢測試劑盒說明書步驟進行加樣、溫育、配液、洗滌、加酶、溫育、洗滌、顯色、終止反應。以空白空調零，450 nm波長依序測量各孔的吸光度，計算LDH活力。

1.2.6 RT-qPCR檢測miR-320表達采用miRNeasy Micro Kit提取、純化各組細胞中miRNA，使用Mir逆轉錄試劑盒將miRNA反轉錄為cDNA。以U6為內參，利用SYBR Green Mastermix進行qPCR。擴增條件如下：變性95℃、15 s，退火60℃、60 s，延伸60℃、60 s，共40個循環。采用2法檢測miR-320的相對表達水平。miR-320正向引物5′-ACACTCCAGCTGGGAAAAGCTGGGTTGAGA-3′，反向引物5′-TGGTGTCGTGGAGTCG-3′；U6上 游 引 物5′-CTCGCTTCGGCAGCACATATACT-3′，下游引物5′-ACGCTTCACGAATTTGCGTGTC-3′。

1.2.7 Western blotting檢測Caspase-3、Akt、p-Akt和p-mTORC1蛋白表達使用RIPA緩沖液從各組細胞樣本中提取總蛋白，BCA試劑盒測定蛋白樣品濃度。取等量的蛋白樣品進行十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳，并轉移到硝酸纖維素膜。5%脫脂牛奶室溫封閉膜1 h；加入抗Caspase-3抗體（1∶2 000）、抗p-Akt抗體（1∶2 000）、抗Akt抗體（1∶1 000）、抗p-mTORC1抗體4℃孵育過夜；加入辣根過氧化物酶標記的二抗室溫下孵育膜1 h。化學發光試劑顯色后，以GAPDH為內參，凝膠成像系統分析各目的條帶灰度值。

2 結果

2.1 miR-320在高糖作用的胰島β細胞中的表達

與對照組比較，高糖組胰島β細胞中miR-320的表達水平顯著升高［（2.69±0.14）比（0.98±0.06），

t

=33.680，

P

＜0.05］。

2.2 干擾miR-320對高糖作用的胰島β細胞損傷及LDH的影響

與對照組比較，高糖組胰島β細胞存活率顯著降低，凋亡率顯著升高，Caspase-3蛋白表達顯著升高，LDH活力顯著升高；與高糖+anti-miRNC比較，高糖+anti-miR-320組胰島β細胞存活率顯著升高，凋亡率顯著降低，Caspase-3蛋白表達顯著降低，LDH活力顯著降低（

P

＜0.05），見表1和圖1。

圖1 干擾miR-320對高糖作用的胰島β細胞凋亡（A）及Caspase-3蛋白（B）的表達的影響

表1 干擾miR-320對高糖作用的胰島β細胞損傷及LDH的影響/±s

2.3 干擾miR-320對高糖作用的胰島β細胞中Akt/mTOR的影響

與對照組比較，高糖組胰島β細胞miR-320的表達水平顯著升高，p-Akt和pmTORC1蛋白表達顯著降低；與高糖+anti-miR-NC組比較，高糖+anti-miR-320組胰島β細胞miR-320的表達水平顯著降低，p-Akt和p-mTORC1蛋白表達顯著升高（

P

＜0.05），見表2和圖2。

圖2 磷酸化蛋白激酶B、蛋白激酶B、磷酸化的蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素復合物1蛋白的表達

表2 干擾miR-320對高糖作用的胰島β細胞中Akt/mTOR的影響/±s

2.4 Akt3/mTOR信號通路抑制劑對高糖作用的胰島β細胞損傷及LDH的影響

與高糖組比較，高糖+LY294002組細胞存活率顯著降低，凋亡率、Caspase-3蛋白表達、LDH活力顯著升高（

P

＜0.05），見表3和圖3。

圖3 Akt3/mTOR信號通路抑制劑對高糖作用的胰島β細胞凋亡（A）及Caspase-3蛋白表達（B）的影響

表3 LY294002對高糖作用的胰島β細胞損傷及LDH的影響/±s

2.5 Akt3/mTOR信號通路抑制劑對干擾miR-320處理的高糖作用的胰島β細胞損傷及LDH的影響

與高糖+anti-miR-320組比較，高糖+anti-miR-320+LY294002組胰島β細胞存活率顯著降低，凋亡率、Caspase-3蛋白表達、LDH活力顯著升高（

P

＜0.05）。見表4。

表4 LY294002對干擾miR-320處理的高糖作用的胰島β細胞損傷及LDH的影響/±s

3 討論

miR-320已被報道參與多種病理過程。如膠質瘤等惡性腫瘤中miR-320表達下調，過表達miR-320可抑制腫瘤細胞增殖，誘導細胞凋亡。缺氧復氧誘導的心肌細胞損傷中，下調miR-320表達可減少線粒體膜電位的丟失，抑制心肌細胞凋亡，而過表達miR-320則具有相反的作用。本研究發現，高糖誘導后MIN6細胞中miR-320表達水平顯著上調，與前人研究結果基本吻合。為探討miR-320在高糖誘導的MIN6細胞中的作用，采用脂質體轉染法干擾miR-320表達，結果表明干擾miR-320表達可明顯提高MIN6細胞存活率，減輕高糖誘導的MIN6細胞凋亡。Caspase-3是各種類型細胞凋亡的最關鍵的執行分子，其通過剪切細胞凋亡過程中的許多關鍵蛋白誘導細胞凋亡發生。LDH是一種較為穩定胞質酶，正常情況下不能通過細胞膜，當細胞受到損傷時可釋放到細胞外，是反應細胞損傷程度的重要指標。本研究發現，高糖誘導后MIN6細胞Caspase-3表達、細胞上清液中LDH活性顯著升高，而干擾miR-320表達可減輕高糖刺激對Caspase-3表達和LDH活性的影響。以上數據表明，干擾miR-320表達對高糖誘導的MIN6細胞損傷具有保護作用。

磷脂酰肌醇-3-羥激酶（Phosphatidylinositol-3-hydroxykinase，PI3K）/AKT/mTOR是一條經典的細胞內信號調節通路，參與調節細胞增殖、凋亡、分化和葡萄糖轉運等多種細胞功能。激活的PI3K在細胞膜上產生第二信使磷脂酰肌醇三磷酸（phosphatidyl inositol triphosphate，PIP3），PIP3與細胞內含有PH域的信號蛋白AKT和丙酮酸脫氫酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK1）結合，將AKT從細胞質中轉運到細胞膜上，進而通過PDK1促使AKT磷酸化導致AKT活化。mTOR是AKT重要的下游因子，活化的AKT可激活mTOR信號通路，進而通過一系列途徑促進翻譯起始復合物的形成和蛋白合成。已有研究表明，AKT/mTOR信號通路的激活與胰島β細胞存活、凋亡密切相關。例如，竹節參皂苷可能通過激活AKT/mTOR信號通路減輕高糖誘導的胰島β細胞損傷和凋亡。雙芥子粉通過激活AKT/mTOR途徑調控細胞凋亡和合成代謝有助于維持糖尿病患者的胰島β細胞功能和形態。本研究顯示，高糖誘導后MIN6細胞AKT和mTORC1的磷酸化水平顯著降低，而干擾miR-320表達可升高高糖誘導MIN6細胞中AKT和mTORC1的磷酸化水平，提示AKT/mTOR信號通路的激活可能與干擾miR-320表達對高糖誘導的MIN6細胞損傷的保護作用有關。為進一步驗證AKT/mTOR信號通路的作用，使用AKT特異性抑制劑LY294002阻斷AKT/mTOR途徑，結果顯示LY294002能夠增強高糖刺激對MIN6細胞存活、凋亡、Caspase-3表達和LDH活性的影響，而LY294002卻大大降低干擾miR-320表達對高糖誘導的MIN6細胞損傷的保護作用。以上研究結果提示，干擾miR-320表達通過調控AKT/mTOR途徑對高糖誘導的MIN6細胞損傷發揮作用。

綜上所述，本研究表明干擾miR-320表達通過激活AKT/mTOR信號通路能夠保護高糖誘導的胰島β細胞凋亡和損傷，這為miRNA在糖尿病發展過程中的作用提供了重要的見解，為今后為2型糖尿病治療指明了方向。