1型糖尿?。═1D）是由β細胞進行性喪失引起的，是由促炎細胞因子信號傳導的過程，破壞了促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白之間的平衡，但其具體機制目前尚不清楚。2020年02月04日，來自美國太平洋西北國家實驗室等研究團隊在國際知名學術(shù)期刊Cell Metabolism（IF：21.567）上發(fā)表了題為“Comprehensive Proteomics Analysis of Stressed Human Islets Identifies GDF15 as a Target for Type 1 Diabetes Intervention”的研究論文。該研究通過綜合蛋白質(zhì)組學分析，旨在揭示細胞因子誘導的β細胞信號的分子特征，以確定調(diào)節(jié)細胞死亡和生存之間平衡的因素。研究發(fā)現(xiàn)了一種生長/分化因子15（GDF15，也稱為巨噬細胞抑制因子1[MIC-1]）是一種胰島保護因子，可作為T1D干預的潛在靶標。

1型糖尿?。═1D）是一種慢性疾病，這種疾病會縮短患者的壽命超過10年。T1D是由自身免疫介導的破壞胰島中產(chǎn)生胰島素的β細胞引起的，免疫療法已被廣泛測試以預防或治療該疾病。最近的臨床試驗表明，免疫調(diào)節(jié)可以推遲某些高危個體的疾病發(fā)病，但對藥物治療的反應通常是不同的，持續(xù)時間有限。這一過程中主要障礙是缺乏對胰腺β細胞在免疫激活和疾病進化過程中的反應的了解。因此，研究人員采用促炎細胞因子（IL-1β和干擾素-γ）聯(lián)合處理人胰島，并進行深入的蛋白質(zhì)組學分析，并闡明了促炎癥細胞因子調(diào)節(jié)GDF15合成的機制、其在阻斷凋亡信號傳導中的作用以及在體內(nèi)預防胰腺炎的活性。

實驗材料

來自10個供體的50 U/mL IL-1β和1000?U/mL干擾素-γ?處理的胰島和對照胰島組織

技術(shù)策略

TMT蛋白質(zhì)組學

研究結(jié)果

細胞因子處理胰島的蛋白質(zhì)組學綜合分析

蛋白質(zhì)組學分析共得到11,324種蛋白質(zhì)的定量信息，其中387個蛋白的豐度在細胞因子處理后發(fā)生了顯著變化（圖1C）。接下來，作者使用DAVID數(shù)據(jù)庫進行了功能富集分析，發(fā)現(xiàn)細胞因子處理調(diào)節(jié)了與核因子-κB信號、細胞分裂素受體相互作用、細胞凋亡、抗原處理和呈遞、細胞外基質(zhì)、凝血和補體級聯(lián)、類風濕性關(guān)節(jié)炎和癌癥轉(zhuǎn)錄失調(diào)相關(guān)的蛋白（圖1D）。蛋白質(zhì)組學檢測共鑒定到54種細胞因子、趨化因子和生長因子，其中19種受IL-1β+干擾素-γ調(diào)節(jié)。在這些受調(diào)控的細胞因子、趨化因子和生長因子中，16個上調(diào)，3個下調(diào)。綜上所述，蛋白質(zhì)組學分析顯示，促炎癥細胞因子處理的胰島中與細胞因子信號轉(zhuǎn)導和凋亡相關(guān)的蛋白質(zhì)有顯著的調(diào)節(jié)作用。

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篩選關(guān)鍵靶點

為了確定可能的治療靶點，采用以下4個標準進一步篩選蛋白：（1）對IL-1β+干擾素-γ處理具有調(diào)節(jié)作用；（2）參與細胞凋亡；（3）分類為細胞因子、趨化因子或生長因子；

（4）非標蛋白質(zhì)組驗證可靠性。

基于以上標準共篩選出5個蛋白：Fractalkine、IL-1α、IL-1β、骨橋蛋白（SPP1）和生長/分化因子15（GDF15）。在這些細胞因子中，SPP1和GDF15被選作進一步研究，因為關(guān)于它們在T1D中作用的報道有限。作者通過用IL-1β+干擾素-γ處理EndoC-βH1人和小鼠MIN6β細胞系，驗證了細胞因子介導的SPP1和GDF15的下調(diào)（圖2B、C）。接下來，分析了GDF15和SPP1在非肥胖糖尿病(NOD)小鼠胰島中的表達，與非胰腺炎NOD小鼠相比，胰腺炎NOD小鼠的胰島中GDF15和SPP1的豐度降低（圖2D和2E）。

GDF15和SPP1在人胰島表達中的調(diào)控機制

為了探討其調(diào)控機制，作者比較了IL-1β+干擾素-γ處理的人胰島中GDF15和SPP1的蛋白和轉(zhuǎn)錄水平。結(jié)果顯示，這兩種蛋白在細胞因子處理后均顯著降低（圖3A）。與轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程一致，細胞因子處理使編碼SPP1的mRNA水平顯著下降（圖3A）。相比之下，編碼GDF15的mRNA水平通過細胞因子處理后增加了兩倍，這表明該蛋白在轉(zhuǎn)錄后水平上受到調(diào)節(jié)。為了驗證GDF15蛋白水平的下降是否由于GDF15 mRNA翻譯受阻導致的，作者進行了多核糖體圖譜分析實驗。結(jié)果表明，在細胞因子處理過程中，GDF15?mRNA主要存在于單核糖體部分（圖3C、D）。這些結(jié)果表明，促炎癥細胞因子可阻斷GDF15?mRNA的翻譯。

GDF15保護β細胞免受IL-1β和干擾素-γ誘導的細胞死亡

首先使用MetaCore工具對GDF15和SPP1調(diào)控的下游信號進行了網(wǎng)絡(luò)分析。發(fā)現(xiàn)GDF15和SPP1都參與到調(diào)節(jié)細胞凋亡（圖4A）。之后采用50 ng/mL?rSPP1或100 ng/mL?rGDF15處理人胰島素分泌的EndoC-βH1細胞12-16h，然后再用干擾素-γ+IL-1β處理24 h。蛋白質(zhì)印跡分析顯示，干擾素-γ+IL-1β單獨處理誘導了細胞凋亡（圖4B-4D）。而GDF15和SPP1處理后導致細胞凋亡減少（圖4B-4D）。以上結(jié)果證實了GDF15和SPP1預處理對細胞因子誘導的細胞凋亡具有保護作用（圖4E）。

GDF15抑制NOD小鼠胰腺炎及降低糖尿病發(fā)生率

在確定GDF15保護β細胞免受干擾素-γ+IL-1β誘導的細胞凋亡后，又討論了它是否也能在體內(nèi)保護胰島的問題。作者采用rGDF15或?qū)φ瘴镏委?周齡雌性NOD小鼠（n=5），每兩天一次，連續(xù)兩周監(jiān)測小鼠體重和血糖水平，結(jié)果顯示GDF15給藥后體重和血糖穩(wěn)定且不受GDF15給藥的影響（圖5A和5B）。之后取小鼠胰腺進行組織病理學分析，結(jié)果顯示，與對照組相比，GDF15處理的小鼠的胰腺炎顯著減少（圖5C和5D）。此外，進一步探究了GDF15是否可以預防或推遲糖尿病的發(fā)生。利用6周齡的NOD小鼠（n=20）每2天服用rGDF15，持續(xù)4周，并在長達24周的時間內(nèi)監(jiān)測糖尿病的發(fā)展，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GDF15處理后糖尿病發(fā)病率降低53%。

糖尿病患者胰腺組織中GDF15水平的研究

最后，為了驗證GDF15在臨床水平上的可靠性，分析了糖尿病供體胰腺中GDF15的水平。免疫染色分析顯示，T1D患者的胰島中GDF15的豐度降低了約10倍，并且T2D患者和非糖尿病對照者的胰島中GDF15豐度相似（圖7A、B）。綜上所述，研究表明，患有T1D的人胰島中GDF15的豐度降低，與在促炎細胞因子處理的胰島和患有胰腺炎的NOD小鼠的胰島中發(fā)現(xiàn)的情況相似。

總結(jié)

該研究提供了一個獨特的資源，用于鑒定受促炎癥細胞因子調(diào)控的人胰島蛋白。研究證明了在IL-1+干擾素-γ調(diào)控的β細胞中促凋亡和抗凋亡蛋白之間存在不平衡。這種不平衡包括轉(zhuǎn)錄后GDF15的下調(diào)，目前顯示GDF15是一種抗凋亡蛋白。人類胰島蛋白質(zhì)組的進一步擴展和挖掘有可能為糖尿病的治療指明新的途徑。

人胰島蛋白質(zhì)組學綜合分析確定GDF15為1型糖尿病干預靶點

期刊名稱：Cell Metabolism

影響因子：21.567

樣本選擇：細胞因子處理胰島和對照胰島

技術(shù)策略：TMT蛋白質(zhì)組學