Hiệu ứng hai chiều của các sản phẩm tiết ra từ cơ vân người bình thường và kháng insulin lên tế bào β của tụy

Diabetes - Tập 60 Số 4 - Trang 1111-1121 - 2011
Karim Bouzakri1, Peter Plomgaard2, Thierry Berney3, Marc Y. Donath4, Bente Klarlund Pedersen2, Philippe A. Halban1
1Department of Genetic Medicine and Development, University Medical Center, University of Geneva, Geneva, Switzerland
2Department of Infectious Diseases and the Copenhagen Muscle Research Centre, The Centre of Inflammation and Metabolism, Rigshospitalet, Faculty of Health Sciences, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark
3Division of Surgical Research, Department of Surgery, Cell Isolation and Transplantation Center, University Hospital, Geneva, Switzerland
4Division of Endocrinology, Diabetology and Metabolism, University Hospital, Basel, Switzerland

Tóm tắt

MỤC TIÊU Bệnh tiểu đường loại 2 có đặc trưng bởi kháng insulin với sự thiếu hụt tương đối trong việc tiết insulin. Nghiên cứu này khám phá khả năng giao tiếp giữa cơ vân người kháng insulin và tế bào β nguyên phát (người và chuột). THIẾT KẾ NCKH VÀ PHƯƠNG PHÁP Các tế bào cơ vân người được nuôi cấy trong tối đa 24 giờ với yếu tố hoại tử khối u (TNF)-α để gây kháng insulin, và sự biểu hiện mRNA của các cytokine được phân tích và so sánh với nhóm đối chứng (không có TNF-α). Media đã được điều chỉnh được thu thập và các cytokine ứng viên được đo bằng phương pháp kháng thể. Tế bào β nguyên phát của người và chuột được sử dụng để khám phá tác động của việc tiếp xúc với media đã điều chỉnh trong 24 giờ lên sự apoptosis, sự gia tăng số lượng tế bào, sự tiết insulin ngắn hạn, và sự phosphoryl hóa và biểu hiện của các protein tín hiệu chính. KẾT QUẢ Các myotube của người biểu hiện và giải phóng một bảng panel myokines khác nhau tùy thuộc vào độ nhạy insulin của chúng, với mỗi bảng sẽ tác động khác nhau lên tế bào β. Média đã điều chỉnh từ các myotube đối chứng làm tăng sự gia tăng số lượng tế bào và sự tiết insulin do glucose kích thích (GSIS) từ các tế bào β nguyên phát, trong khi média đã điều chỉnh từ myotube kháng insulin được điều trị TNF-α (TMs) lại gây ra tác động tiêu cực, hoặc độc lập (tăng apoptosis và giảm sự gia tăng số lượng tế bào) hoặc phụ thuộc vào sự hiện diện của TNF-α trong TM (giảm GSIS). Việc knockdown protein kinase 4 hoạt hóa bởi mitogen của tế bào β đã ngăn chặn những tác động này. Peptide giống glucagon 1 đã bảo vệ tế bào β khỏi việc giảm số lượng tế bào và apoptosis do TMs gây ra, trong khi đối kháng thụ thể interleukin-1 chỉ ngăn chặn tình trạng sau. KẾT LUẬN Được tổng hợp lại, những dữ liệu này gợi ý một khả năng giao tiếp mới giữa cơ vân và tế bào β, được điều chỉnh bởi kháng insulin và có thể góp phần vào khối lượng chức năng tế bào β bình thường ở những người khỏe mạnh, cũng như sự giảm sút thấy ở bệnh tiểu đường loại 2.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Bluestone, 2010, Genetics, pathogenesis and clinical interventions in type 1 diabetes, Nature, 464, 1293, 10.1038/nature08933

Butler, 2003, Beta-cell deficit and increased beta-cell apoptosis in humans with type 2 diabetes, Diabetes, 52, 102, 10.2337/diabetes.52.1.102

Wentworth, 2009, Reappraising the stereotypes of diabetes in the modern diabetogenic environment, Nat Rev Endocrinol, 5, 483, 10.1038/nrendo.2009.149

Pedersen, 2004, The metabolic role of IL-6 produced during exercise: is IL-6 an exercise factor?, Proc Nutr Soc, 63, 263, 10.1079/PNS2004338

Ellingsgaard, 2008, Interleukin-6 regulates pancreatic alpha-cell mass expansion, Proc Natl Acad Sci USA, 105, 13163, 10.1073/pnas.0801059105

Liu, 2009, Functional significance of skeletal muscle adiponectin production, changes in animal models of obesity and diabetes, and regulation by rosiglitazone treatment, Am J Physiol Endocrinol Metab, 297, E657, 10.1152/ajpendo.00186.2009

Wijesekara, 2010, Adiponectin-induced ERK and Akt phosphorylation protects against pancreatic beta cell apoptosis and increases insulin gene expression and secretion, J Biol Chem, 285, 33623, 10.1074/jbc.M109.085084

Maedler, 2006, Low concentration of interleukin-1beta induces FLICE-inhibitory protein-mediated beta-cell proliferation in human pancreatic islets, Diabetes, 55, 2713, 10.2337/db05-1430

Mandrup-Poulsen, 2010, Blockade of interleukin 1 in type 1 diabetes mellitus, Nat Rev Endocrinol, 6, 158, 10.1038/nrendo.2009.271

Handschin, 2007, Abnormal glucose homeostasis in skeletal muscle-specific PGC-1alpha knockout mice reveals skeletal muscle-pancreatic beta cell crosstalk, J Clin Invest, 117, 3463, 10.1172/JCI31785

Bouzakri, 2009, Silencing mitogen-activated protein 4 kinase 4 (MAP4K4) protects beta-cells from TNF-alpha induced decrease of IRS2 and inhibition of glucose-stimulated insulin secretion, J Biol Chem, 284, 27892, 10.1074/jbc.M109.048058

Schulthess, 2009, CXCL10 impairs beta cell function and viability in diabetes through TLR4 signaling, Cell Metab, 9, 125, 10.1016/j.cmet.2009.01.003

Kolb, 2005, An immune origin of type 2 diabetes?, Diabetologia, 48, 1038, 10.1007/s00125-005-1764-9

Zierath, 2000, Insulin action and insulin resistance in human skeletal muscle, Diabetologia, 43, 821, 10.1007/s001250051457

Hinault, 2006, Role of amino acids in insulin signaling in adipocytes and their potential to decrease insulin resistance of adipose tissue, J Nutr Biochem, 17, 374, 10.1016/j.jnutbio.2006.02.008

Plomgaard, 2005, Tumor necrosis factor-alpha induces skeletal muscle insulin resistance in healthy human subjects via inhibition of Akt substrate 160 phosphorylation, Diabetes, 54, 2939, 10.2337/diabetes.54.10.2939

Bouzakri, 2007, MAP4K4 gene silencing in human skeletal muscle prevents tumor necrosis factor-alpha-induced insulin resistance, J Biol Chem, 282, 7783, 10.1074/jbc.M608602200

Benito, 2011, Tissue-specificity on insulin action and resistance: past to recent mechanisms, Acta Physiol (Oxf), 201, 297, 10.1111/j.1748-1716.2010.02201.x

Argilés, 2005, Cross-talk between skeletal muscle and adipose tissue: a link with obesity?, Med Res Rev, 25, 49, 10.1002/med.20010

Rouiller, 1991, Uvomorulin mediates calcium-dependent aggregation of islet cells, whereas calcium-independent cell adhesion molecules distinguish between islet cell types, Dev Biol, 148, 233, 10.1016/0012-1606(91)90332-W

Parnaud, 2008, Proliferation of sorted human and rat beta cells, Diabetologia, 51, 91, 10.1007/s00125-007-0855-1

Bouzakri, 2008, Rab GTPase-activating protein AS160 is a major downstream effector of protein kinase B/Akt signaling in pancreatic beta-cells, Diabetes, 57, 1195, 10.2337/db07-1469

Assmann, 2009, Growth factor control of pancreatic islet regeneration and function, Pediatr Diabetes, 10, 14, 10.1111/j.1399-5448.2008.00468.x

Assmann, 2009, Glucose effects on beta-cell growth and survival require activation of insulin receptors and insulin receptor substrate 2, Mol Cell Biol, 29, 3219, 10.1128/MCB.01489-08

Lingohr, 2002, Activation of IRS-2-mediated signal transduction by IGF-1, but not TGF-alpha or EGF, augments pancreatic beta-cell proliferation, Diabetes, 51, 966, 10.2337/diabetes.51.4.966

Dickson, 2004, Pancreatic beta-cell growth and survival in the onset of type 2 diabetes: a role for protein kinase B in the Akt?, Am J Physiol Endocrinol Metab, 287, E192, 10.1152/ajpendo.00031.2004

Kulkarni, 2004, Islet secretory defect in insulin receptor substrate 1 null mice is linked with reduced calcium signaling and expression of sarco(endo)plasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA)-2b and -3, Diabetes, 53, 1517, 10.2337/diabetes.53.6.1517

Withers, 1998, Disruption of IRS-2 causes type 2 diabetes in mice, Nature, 391, 900, 10.1038/36116

Aouadi, 2009, Orally delivered siRNA targeting macrophage Map4k4 suppresses systemic inflammation, Nature, 458, 1180, 10.1038/nature07774

Ehses, 2009, IL-1 antagonism reduces hyperglycemia and tissue inflammation in the type 2 diabetic GK rat, Proc Natl Acad Sci USA, 106, 13998, 10.1073/pnas.0810087106

Masters, 2010, Activation of the NLRP3 inflammasome by islet amyloid polypeptide provides a mechanism for enhanced IL-1β in type 2 diabetes, Nat Immunol, 11, 897, 10.1038/ni.1935

Ribaux, 2007, Induction of CXCL1 by extracellular matrix and autocrine enhancement by interleukin-1 in rat pancreatic beta-cells, Endocrinology, 148, 5582, 10.1210/en.2007-0325

Ehses, 2007, Increased number of islet-associated macrophages in type 2 diabetes, Diabetes, 56, 2356, 10.2337/db06-1650

Li, 2003, Glucagon-like peptide-1 receptor signaling modulates beta cell apoptosis, J Biol Chem, 278, 471, 10.1074/jbc.M209423200

Cornu, 2009, Glucagon-like peptide-1 protects beta-cells against apoptosis by increasing the activity of an IGF-2/IGF-1 receptor autocrine loop, Diabetes, 58, 1816, 10.2337/db09-0063

Kahn, 2006, Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes, Nature, 444, 840, 10.1038/nature05482

Ferrannini, 2007, Metabolic syndrome: a solution in search of a problem, J Clin Endocrinol Metab, 92, 396, 10.1210/jc.2006-0944

Pradhan, 2001, C-reactive protein, interleukin 6, and risk of developing type 2 diabetes mellitus, JAMA, 286, 327, 10.1001/jama.286.3.327

Donath, 2008, Islet inflammation in type 2 diabetes: from metabolic stress to therapy, Diabetes Care, 31, S161, 10.2337/dc08-s243

Izumiya, 2008, FGF21 is an Akt-regulated myokine, FEBS Lett, 582, 3805, 10.1016/j.febslet.2008.10.021

Ouchi, 2008, Follistatin-like 1, a secreted muscle protein, promotes endothelial cell function and revascularization in ischemic tissue through a nitric-oxide synthase-dependent mechanism, J Biol Chem, 283, 32802, 10.1074/jbc.M803440200

Kubota, 2004, Insulin receptor substrate 2 plays a crucial role in beta cells and the hypothalamus, J Clin Invest, 114, 917, 10.1172/JCI21484

Lawrence, 2008, The protein kinases ERK1/2 and their roles in pancreatic beta cells, Acta Physiol (Oxf), 192, 11, 10.1111/j.1748-1716.2007.01785.x

Bouzakri, 2006, siRNA-based gene silencing reveals specialized roles of IRS-1/Akt2 and IRS-2/Akt1 in glucose and lipid metabolism in human skeletal muscle, Cell Metab, 4, 89, 10.1016/j.cmet.2006.04.008

Tesz, 2007, Tumor necrosis factor alpha (TNFalpha) stimulates Map4k4 expression through TNFalpha receptor 1 signaling to c-Jun and activating transcription factor 2, J Biol Chem, 282, 19302, 10.1074/jbc.M700665200

Ferrannini, 2010, The stunned beta cell: a brief history, Cell Metab, 11, 349, 10.1016/j.cmet.2010.04.009

Thông tin
Thông tin xuất bản

Diabetes

Tập 60 Số 4

1111-1121

Thông tin tác giả