华人学者：控制胰岛素分泌的细胞阀

最近，美国范德堡大学的一项研究报道称，微管——细胞中的“高速公路”，将蛋白质运输到细胞膜用以分泌，在胰腺β细胞中发挥一个令人惊讶的作用。它们不是促进葡萄糖刺激的胰岛素分泌，而是对其有限制作用，相关研究结果发表在最近的《Developmental Cell》。

　　

生物通报道：最近，美国范德堡大学的一项研究报道称，微管——细胞中的“高速公路”，将蛋白质运输到细胞膜,帮助蛋白质分泌——在胰腺β细胞中发挥一个令人惊讶的作用。它们不是促进葡萄糖刺激的胰岛素分泌，而是对其有限制作用，相关研究结果发表在最近的《Developmental Cell》。延伸阅读：Science：控制胰岛素分泌的时钟。

这项研究结果表明，微管作为一种细胞的“变阻器”，精确控制着胰岛素的分泌，并表明，干扰这种控制，可能导致β细胞功能障碍和2型糖尿病。靶定微管的胰岛素分泌调控，可以提供新的糖尿病治疗方法。

本文共同通讯作者Irina Kaverina博士、Xiadong Zhu博士及其同事们开始使用胰岛β细胞作为一种模型，来研究微管功能——探讨微管“运输”的货物（如胰岛素颗粒）如何从细胞内部到达外围。

在他们最初的研究中，研究人员使用化合物来破坏微管，然后用葡萄糖刺激胰岛细胞，并测量了胰岛素的分泌量。随着运输高速公路的缺失，他们希望看到胰岛素分泌有所减少。但是相反，他们观察到了胰岛素分泌的强烈增加。

细胞和发育生物学副教授Kaverina说：“这太令人惊讶了，我们都有点不相信自己。”

本文共同通讯作者、细胞和发育生物学副教授顾国强（音译，Guoqiang Gu）博士以及范德堡大学其他实验室合作，使用多种系统和技术，展示了微管对β细胞胰岛素分泌的负调节作用。更重要的是，顾博士的团队破坏了小鼠的微管，发现与具有完整微管的小鼠相比，无论是葡萄糖刺激的胰岛素分泌，还是来自血液的葡萄糖清除率，都有所增加。

Kaverina说：“在我们测试的任何模型中，破坏微管可增加胰岛素分泌。那些被认为是内部公路、给细胞膜运输货物的结构，怎么可能抑制了胰岛素的分泌？”

应用超分辨率显微镜技术，研究人员发现，在β细胞中，微管不形成像公路一样的轨道。相反，它们形成一种复杂的网状结构。

Kaverina说：“胰岛素颗粒在微管网状结构上随机‘行走’，微管调节着细胞外围的颗粒数，以防止过度分泌。”

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她解释说，葡萄糖破坏的是仅仅位于细胞表面内的微管，以释放停靠胰岛素颗粒上的微管，并使它们分泌。

研究者认为，破坏微管的策略——可能使用胰腺靶向给药，可以增加胰岛素的分泌，从而可作为治疗糖尿病的一种方法。

研究人员还发现，与对照组小鼠相比，在来自糖尿病小鼠的胰岛β细胞中，微管网状结构更加密集。

顾博士说，研究结果表明，为了响应糖尿病患者对胰岛素的需求增加，微管变得更加密集和动态程度较低，作为一种反馈机制，最终关闭β细胞功能。

研究人员正在探索葡萄糖如何调节微管动力学。他们也对糖尿病患者的人类胰岛感兴趣。顾博士指出，这样的胰岛通常会失去了分泌胰岛素的能力，他建议，通过操纵微管动态来恢复胰岛素分泌，是可行的。

他还指出了靶定微管的抗癌疗法和治疗患者的糖尿病风险增加之间的关联。新的研究结果表明，稳定微管的癌症治疗，可能会降低胰岛素分泌，并促发糖尿病。

研究人员说，调节β细胞中微管的动态，与其他胰岛素刺激物相结合，可能为治疗糖尿病提出了一种新方法。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Microtubules Negatively Regulate Insulin Secretion in Pancreatic β Cells
Summary: For glucose-stimulated insulin secretion (GSIS), insulin granules have to be localized close to the plasma membrane. The role of microtubule-dependent transport in granule positioning and GSIS has been debated. Here, we report that microtubules, counterintuitively, restrict granule availability for secretion. In β cells, microtubules originate at the Golgi and form a dense non-radial meshwork. Non-directional transport along these microtubules limits granule dwelling at the cell periphery, restricting granule availability for secretion. High glucose destabilizes microtubules, decreasing their density; such local microtubule depolymerization is necessary for GSIS, likely because granule withdrawal from the cell periphery becomes inefficient. Consistently, microtubule depolymerization by nocodazole blocks granule withdrawal, increases their concentration at exocytic sites, and dramatically enhances GSIS in vitro and in mice. Furthermore, glucose-driven MT destabilization is balanced by new microtubule formation, which likely prevents over-secretion. Importantly, microtubule density is greater in dysfunctional β cells of diabetic mice.