景杰編者按：糖尿病是一種因血液中葡萄糖水平過高所導(dǎo)致的疾病，其發(fā)病影響因素諸多，主要包括遺傳、肥胖、年齡增長和缺乏運(yùn)動(dòng)等。胰島素是由胰島β細(xì)胞所分泌的降血糖激素，隨著年齡的增長，胰島β細(xì)胞的功能也日漸衰退，即使沒有發(fā)生糖尿病，胞內(nèi)控制細(xì)胞功能的遺傳開關(guān)（genetic switches）也不能像年輕時(shí)那樣有效地感受外界信號、執(zhí)行分泌胰島素的功能。

近日，一項(xiàng)發(fā)表在國際專業(yè)學(xué)術(shù)雜志Cell Reports 的研究中，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校的Sander 教授團(tuán)隊(duì)運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)和靶向代謝組學(xué)的聯(lián)合分析研究，揭示了與年齡相關(guān)的胰島細(xì)胞代謝酶水平和胰島素分泌能力改變的機(jī)制，對隨年齡變化條件下胰島β細(xì)胞的功能提供了新的認(rèn)識(shí)。

實(shí)驗(yàn)思路：

1/ 定量蛋白質(zhì)組學(xué)證明了胰島蛋白水平變化與年齡相關(guān)

2/ 成年小鼠的胰島表現(xiàn)出葡萄糖代謝酶水平和活性的增強(qiáng)

3/ 與年齡相關(guān)的代謝重編程增強(qiáng)了胰島素分泌功能

圖1. 實(shí)驗(yàn)思路和結(jié)論概覽

1 定量蛋白質(zhì)組學(xué)證明了胰島蛋白水平的變化與年齡相關(guān)

作者從服用了¹⁵N氨基酸標(biāo)記物的小鼠（14-week-old）和¹⁴N氨基酸無標(biāo)記的小鼠（4-week-old和1-year-old）中分離出胰島，并按照1：1混合提取蛋白后，通過¹⁵N SILAM MudPIT LC-MS/MS技術(shù)對蛋白豐度進(jìn)行分析。

蛋白組學(xué)結(jié)果顯示，成年小鼠中與胰島β 細(xì)胞增殖功能相關(guān)的蛋白水平降低，與代謝相關(guān)的蛋白水平升高。同時(shí)通過GO、PPI等生信分析進(jìn)一步揭示了胰島β 細(xì)胞中GSIS（Glucose-Stimulated Insulin Secretion）的增加可能是由年齡相關(guān)的營養(yǎng)代謝變化引起。

圖2. 不同年齡小鼠的胰島β 細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)研究

二、成年小鼠的胰島表現(xiàn)出葡萄糖代謝酶水平和活性的增強(qiáng)

接下來作者通過實(shí)驗(yàn)深入分析，發(fā)現(xiàn)在高血糖的條件下，糖酵解和TCA 循環(huán)產(chǎn)生的代謝偶聯(lián)因子可使成年小鼠β細(xì)胞功能增強(qiáng)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論，作者建立了葡萄糖示蹤和靶向代謝組學(xué)的綜合分析技術(shù)，對胰島內(nèi)分泌細(xì)胞的葡萄糖代謝變化進(jìn)行了評估分析。結(jié)果表明，伴隨年齡而增強(qiáng)的線粒體代謝酶豐度與葡萄糖刺激后TCA代謝產(chǎn)物積累增多有關(guān)。

圖3. 線粒體代謝酶水平的增加和成年小鼠胰島增強(qiáng)的葡萄糖代謝相關(guān)

三、與年齡相關(guān)的代謝重編程增強(qiáng)了胰島素分泌功能

在TCA代謝物中，蘋果酸與GSIS的調(diào)控關(guān)系更為密切。作者通過檢測丙酮酸-檸檬酸循環(huán)和丙酮酸-蘋果酸循環(huán)兩個(gè)途徑中共有的關(guān)鍵酶，Pcx和Me1，發(fā)現(xiàn)酶活性有明顯增強(qiáng)趨勢；隨后進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在葡萄糖刺激下，NADPH含量增加，且與幼鼠相比，在成年小鼠胰島中NADPH/NADP+比值更高。

以上實(shí)驗(yàn)說明，在成年小鼠胰島中， 葡萄糖進(jìn)入TCA循環(huán)的含量增加和代謝偶聯(lián)因子NADPH的產(chǎn)生增加，會(huì)引起與年齡相關(guān)的GSIS的增強(qiáng)。

圖4. 成年小鼠中丙酮酸循環(huán)酶的活性和NADPH的合成增強(qiáng)

綜上所述，研究者通過對幼年和成年小鼠的胰島進(jìn)行全蛋白定量組學(xué)分析，揭示了葡萄糖代謝途徑中關(guān)鍵酶的豐度發(fā)生變化；進(jìn)一步通過營養(yǎng)示蹤和靶向代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)成年小鼠的胰島中葡萄糖來源的代謝物和偶聯(lián)因子的積累增強(qiáng)了葡萄糖刺激產(chǎn)生的胰島素分泌。

作者的研究提供了與年齡變化相關(guān)的胰島蛋白組的特征分析，并解析了代謝重編程作為胰島β細(xì)胞功能隨年齡變化的具體機(jī)制。