胰島素抵抗是導(dǎo)致2型糖尿病的一個(gè)重要原因。證據(jù)顯示，肥胖是導(dǎo)致胰島素抵抗的最常見的因素之一[1]。促炎巨噬細(xì)胞（M1）分泌的細(xì)胞因子TNF-α被認(rèn)為是肥胖引起的組織炎癥的一個(gè)原因[2]。利用TNF-α抗體使其與TNF-α結(jié)合，發(fā)現(xiàn)對(duì)胰島素抵抗和糖代謝的癥狀改善有限。因此，科學(xué)家相信一定存在其他的巨噬細(xì)胞和免疫細(xì)胞因子對(duì)胰島素敏感起重要作用。美國科學(xué)家Jerrold M. Olefsky團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《Cell》雜志上的文章“Adipose Tissue Macrophage-Derived Exosomal miRNAs Can Modulate In Vivo and In Vitro Insulin Sensitivity”，為九游會(huì)j9進(jìn)一步揭示了肥胖導(dǎo)致2型糖尿病的機(jī)制。作者研究了脂肪組織巨噬細(xì)胞（ATM）分泌的外泌體攜帶的miRNAs調(diào)節(jié)細(xì)胞胰島素功能、系統(tǒng)性胰島素敏感的作用。
要點(diǎn)
1、脂肪組織巨噬細(xì)胞（ATM）分泌的外泌體（Exos）將miRNA轉(zhuǎn)移至胰島素靶細(xì)胞
2、肥胖小鼠ATM的Exos可以引發(fā)正常小鼠的胰島素抵抗癥狀
3、正常小鼠ATM的Exos可以改善肥胖小鼠的胰島素抵抗癥狀
4、肥胖小鼠ATM的Exos含有的miR-155可以導(dǎo)致胰島素抵抗
結(jié)論
01 ATMs分泌外泌體并攜帶miRNAs
首先，研究者對(duì)ATM分泌的外泌體進(jìn)行了分離鑒定，并發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞分泌的miRNA可以轉(zhuǎn)移到目的細(xì)胞（Fig.1）。
圖 1. 巨噬細(xì)胞分泌外泌體miRNA
02 肥胖ATM-Exos促進(jìn)胰島素抵抗
其次，研究人員對(duì)ATM分泌的外泌體對(duì)胰島素調(diào)節(jié)的影響進(jìn)行了研究。通過對(duì)正常小鼠分別注射PKH26標(biāo)記的肥胖或正常小鼠ATM來源的外泌體，研究發(fā)現(xiàn)小鼠的肝臟、脂肪和肌肉組織中都檢測到PKH26紅色熒光信號(hào)，與注射正常ATM-Exos相比，注射肥胖ATM-Exos的小鼠，葡萄糖耐受和胰島素敏感都有不同程度的損傷（Fig.2a-b）。肥胖ATM-Exos處理小鼠，葡萄糖輸注率較低（GIR），全身性胰島素敏感顯著降低，胰島素刺激的葡萄糖輸注率（IS-GDR）降低，胰島素抑制肝臟葡萄糖分泌（HGP）能力和游離脂肪酸（FFA）循環(huán)水平也不同程度下降（Fig.2c-f）。另外，受胰島素調(diào)控的AKT磷酸化水平降低，這些組織的胰島素信號(hào)通路也同樣受到抑制（Fig.2g-i）。綜上結(jié)果表明，肥胖小鼠ATM-Exos的miRNA能夠損害機(jī)體內(nèi)胰島素靶器官的胰島素敏感。
圖 2. 含有Exos的肥胖ATM-miRNA導(dǎo)致胰島素抵抗
03 肥胖ATM-Exos損害胰島素敏感
科研人員同時(shí)對(duì)相關(guān)的胰島素靶細(xì)胞：脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞和肝細(xì)胞進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，肥胖ATM-Exos處理降低3T3-L1脂肪細(xì)胞和L6肌細(xì)胞的葡萄糖攝取能力，肥胖ATM-Exos阻斷肝細(xì)胞胰島素抑制胰高血糖素刺激的肝葡萄糖產(chǎn)生（Fig.3a-c）。肥胖ATM-Exos處理降低了三種胰島素靶細(xì)胞的胰島素誘導(dǎo)的AKT磷酸化激活（Fig.3d-f）。分別利用對(duì)照巨噬細(xì)胞外泌體或Drosha敲低的巨噬細(xì)胞外泌體對(duì)3T3-L1細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)M1巨噬細(xì)胞抑制胰島素刺激的葡萄糖攝?，miRNA減少的M1巨噬細(xì)胞則對(duì)胰島素誘導(dǎo)的葡萄糖攝取沒有影響（Fig.3g）。以上結(jié)果表明，miRNA是巨噬細(xì)胞分離的外泌體影響胰島素靶細(xì)胞胰島素敏感的關(guān)鍵物質(zhì)。
圖 3. 肥胖ATM-Exos調(diào)節(jié)靶細(xì)胞中的胰島素作用
04 健康小鼠ATM-Exos改善肥胖誘導(dǎo)的胰島素抵抗
接下來，研究人員對(duì)正常ATM-Exos對(duì)肥胖引起的胰島素抵抗的作用進(jìn)行了研究。對(duì)肥胖小鼠利用正常ATM-Exos進(jìn)行治療兩周后，肥胖小鼠的胰島素和糖耐受都趨于正常（Fig.4a-b）。正常ATM-Exo提高GIR、IS-GDR和增加胰島素抑制HGP能力，從而改善高脂飼喂小鼠的胰島素敏感程度（Fig.4c-e），F(xiàn)FA沒有顯著變化（Fig.4f）。另外，體外實(shí)驗(yàn)與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，正常ATM-Exos處理促進(jìn)了胰島素刺激的3T3-L1和L6細(xì)胞的葡萄糖攝。‵ig.4g-h）。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，正常ATM-Exos的miRNA對(duì)肥胖引發(fā)的胰島素抵抗起改善作用。
圖 4. 正常小鼠ATMs-Exos可減輕肥胖引起胰島素抵抗
05 肥胖誘導(dǎo)ATM-Exo-miRNAs表達(dá)變化
為了研究肥胖對(duì)ATM-Exos miRNA表達(dá)的影響，科研人員對(duì)肥胖和正常ATM-Exos的miRNA表達(dá)進(jìn)行差異分析，從中篩選出表達(dá)差異最大的20種miRNA（Fig.5a）。有研究報(bào)道，在其中鑒定出的miRNA中，miRNA-155通過直接抑制PPARγ影響脂肪細(xì)胞分化。研究結(jié)果顯示，肥胖小鼠ATM中miR-155的是正常小鼠的三倍（Fig.5b），從而肥胖小鼠外泌體中MiR-155表達(dá)高于正常小鼠（Fig.5c）。肥胖ATM-Exos培養(yǎng)3T3-L1、L6和肝原代細(xì)胞均可以增加其MiR-155的表達(dá)（Fig.5d-f）。
圖 5. 肥胖導(dǎo)致ATM-Exo miRNA譜的變化
06 MiR-155損害細(xì)胞胰島素信號(hào)
為了進(jìn)一步研究肥胖ATM-Exos誘導(dǎo)胰島素抵抗的機(jī)制，研究人員對(duì)MiR-155胰島素信號(hào)通路的影響進(jìn)行了研究。miR-155過表達(dá)通過降低靶基因PPARγ的表達(dá)和GLUT4表達(dá)，顯著降低了3T3-L1、L6細(xì)胞胰島素誘導(dǎo)的葡萄糖攝取水平；miR-155 mimic轉(zhuǎn)染原代肝細(xì)胞，通過減少PPARγ的表達(dá)，破壞了胰島素對(duì)HGP的抑制作用（Fig.6a-d）。miR-155過表達(dá)后受體細(xì)胞中PPARγ mRNA Ago蛋白增加，進(jìn)一步證明了PPARγ是miR-155的直接靶點(diǎn)（Fig.6e）。研究人員進(jìn)一步驗(yàn)證了PPARγ激活是否可以恢復(fù)miR-155誘導(dǎo)的細(xì)胞胰島素抵抗。結(jié)果顯示，羅格列酮（PPARγ激動(dòng)劑）改善了miR-155對(duì)3T3-L1、L6細(xì)胞胰島素刺激的葡萄糖攝取的抑制作用（Fig.6f）。
圖 6. MiR-155破壞細(xì)胞胰島素作用
07 ATM-Exo-miR-155加重肥胖誘導(dǎo)的胰島素抵抗
最后，研究人員對(duì)miR-155對(duì)肥胖引起的胰島素抵抗影響進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，miR-155敲除高脂飼喂小鼠相較于單純高脂飼喂小鼠，肥胖引起的葡萄糖耐受不良和全身性胰島素抵抗減弱（Fig.7a-b）。
化療的miR-155KO小鼠分別接受GFP-WT骨髓細(xì)胞移植（BMT-WT）和miR-155KO骨髓細(xì)胞移植（BMT-miR-155KO）。20周高脂飼喂后，移植鼠體重和GSIS沒有明顯差異，BMT-WT葡萄糖耐受和胰島素敏感受損嚴(yán)重（Fig.7c-d）。為進(jìn)一步確定BMT-WT和BMT-miR-155KO 鼠的胰島素應(yīng)答的差異，脂肪細(xì)胞和原代肝臟細(xì)胞中的miR-155表達(dá)減弱，并且其靶基因PPARγ在均減弱（Fig.7e-f）。MiR-155蓄積導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)胰島素信號(hào)受損，通過原代脂肪細(xì)胞胰島素刺激的葡萄糖攝取降低和原代肝細(xì)胞胰島素介導(dǎo)的肝葡萄糖釋放抑制增加（Fig.7g-h）。
圖 7. miR-155KO小鼠WT骨髓移植促進(jìn)肥胖誘導(dǎo)的胰島素抵抗
小結(jié)
綜上所述，ATM分泌含有miRNA的Exos的影響代謝。肥胖ATM-Exos導(dǎo)致體內(nèi)和體外胰島素抵抗，然而，正常ATM-Exos在肥胖小鼠體內(nèi)產(chǎn)生胰島素敏感性狀態(tài)，并在體外增強(qiáng)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。研究認(rèn)為ATM-Exo miRNAs是一種旁分泌和內(nèi)分泌信號(hào)系統(tǒng)，促炎和抗炎ATMs可以影響遠(yuǎn)端組織的代謝活動(dòng)。確定其他組織如β細(xì)胞、肝細(xì)胞或肌細(xì)胞產(chǎn)生的外顯子是否具有代謝作用產(chǎn)生意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] Johnson, A.M., and Olefsky, J.M. (2013). The origins and drivers of insulin resistance. Cell 152, 673–684.
[2] De Taeye, B.M., Novitskaya, T., McGuinness, O.P., Gleaves, L., Medda, M., Covington, J.W., and Vaughan, D.E. (2007). Macrophage TNF-alpha contributes to insulin resistance and hepatic steatosis in diet-induced obesity. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 293, E713–E725.
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