2型糖尿病（T2DM）是以β细胞功能障碍和胰岛素抵抗为主要特征的代谢性疾病。随着代谢性炎症概念的提出，慢性炎症在T2DM发病机制中的作用逐渐受到关注。炎症通路的启动，不仅会诱发胰岛内部炎症微环境的形成，进而损伤β细胞的胰岛素分泌功能；还在胰岛素靶器官中，包括肝脏、白色脂肪组织等部位，引起胰岛素抵抗。
近年来，探究“炎症在疾病发生发展中作用机制”的研究越来越多，也成为了国自然的主体申请潮流，比如：炎症和自噬关系的研究占据了很大的项目比例。事实上，自噬—炎症是重要的通路之一，在很多免疫炎症相关疾病之中，该通路的作用受到越来越多的重视。2022年国自然医学部中标项目中，有关细胞自噬的课题达到404项，属于十大热点之一。
梅斯小编将以近日一篇发表在Nature出版集团旗下刊物《Cell Death Discovery》，题为“Theinhibition of FKBP5 protects β-cell survival under inflammation stress viaAKT/FOXO1 signaling”的研究论文为例，来解读急性炎症应激下胰岛β细胞与自噬相关联的研究思路，强强联合自然能斩获高分期刊！这篇研究，揭示了FKBP5在β细胞中的功能，为其应用于临床糖尿病治疗提供了理论依据。
一、研究背景
全球有超过4亿人患有糖尿病及其并发症，其中90%以上为2型糖尿病（T2D），表现为外周胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足。具体来说，影响胰岛素分泌的关键因素是：β细胞功能受损，进而导致糖毒性、脂毒性和炎症。因此，更好地了解β细胞功能障碍在T2DM进展中的分子机制，对于开发新治疗方法来保护β细胞功能至关重要。
FK506结合蛋白51（FKBP51）是一种由FKBP5基因编码的免疫球蛋白。多项研究表明，FKBP5是代谢调节的重要参与者，人体中FKBP5高表达及其单核苷酸多态性与T2DM发病显著相关，但FKBP5在胰岛中的功能尚未见报道。
本研究中，研究者发现FKBP5在β细胞中的表达，并表征了其在体外急性炎症应激和T2D长期患病状态下的参数变化。抑制FKBP5能够促进β细胞在急性炎症应激中存活，从而保护β细胞功能。此外，FKBP5是FOXO1的重要调节因子，可以调节其磷酸化状态，而FOXO1是FKBP5在β细胞中发挥作用的关键介质。
二、研究方法
1. 炎症诱导FKBP-5在人胰岛、小鼠胰岛和克隆细胞中的表达
研究者通过利用炎症细胞因子IL-1β、TNF-α和IFN-γ来模拟炎症环境发现，FKBP5的mRNA表达水平显著升高，且通过Western blot证实，FKBP5的蛋白表达量也同样升高。
2. 抑制FKBP5可介导自噬提高炎症损伤后β细胞的存活率
通过利用SIRNA敲除FKBP5基因，检测炎症因子和维持胰腺β细胞功能的关键蛋白的mRNA表达水平，结果发现，抑制FKBP5可保护β细胞功能免受炎症损伤。
接着，为了探究FKBP5是否在炎症应激下β细胞存活中发挥作用，研究者进一步检测了促凋亡标志物蛋白表达，并且采用7-AAD/AnnexinV染色技术和流式细胞术检测细胞自噬，最后证明了在有效自噬阻滞剂CQ存在下，炎症诱导的β细胞凋亡情况。结果发现，自噬可介导FKBP5抑制对炎症应激下β细胞存活的保护作用。
3. 抑制FKBP5可改善小鼠和人胰岛的β细胞功能
葡萄糖刺激胰岛素分泌(GSIS)和SIRNA基因敲除实验显示，敲除FKBP5可以减缓小鼠和人胰岛的细胞功能的衰退。因此，研究者利用炎性细胞因子治疗进一步探讨FKBP5敲除对胰岛素分泌的影响，通过GSIS发现炎症细胞因子处理和FKBP5敲除均未显著影响总胰岛素含量。这一结果证实，FKBP5抑制可保护β细胞功能免受炎症应激的影响。
4. 抑制FKBP5可激活β细胞中AKT/FOXO1信号通路
FOXO1不仅是β细胞中胰岛素基因的关键转录因子，还在氧化应激和缺氧等应激条件下，对β细胞存活中起着关键作用。利用SIRNA下调FKBP5表达并检测AKT和FOXO1的磷酸化水平，发现抑制FKBP5可以激活AKT/FOXO1信号通路。Western blot结果显示，促炎细胞因子处理后，磷酸化AKT和FOXO1表达水平显著降低。上述结果表明，AKT/FOXO1信号通路在炎症处理的β细胞中受到抑制。而药理拮抗剂可以消除炎症对AKT/FOXO1信号通路的抑制作用，可见AKT/FOXO1信号通路可能是介导FKBP5抑制炎症环境下β细胞的保护作用的关键。
5. 抑制FKBP5后p-FOXO1Ser256在β细胞的核中积累
FOXO1在β细胞和其他细胞类型中表达的关键差异是其亚细胞定位。研究者利用细胞免疫荧光技术探索了p-FOXO1Ser256在β细胞中的定位，并通过Western blot方法检测了细胞质和细胞核中p-FOXO1Ser256和总FOXO1的表达量变化。结果表明，p-FOXO1Ser256蛋白在β细胞中具有独特的细胞核分布，抑制FKBP5可进一步提高其表达水平。
6. 抑制FKBP5对β细胞功能的保护作用依赖于FOXO1
研究者利用SIRNA敲除技术和FKBP5拮抗剂SAFit2处理SIFOXO1细胞以及Western blot检测，证实抑制FKBP5对β-细胞功能的保护作用依赖于AKT/FOXO1信号的激活。
7. FOXO1可介导SAFit2来减少炎症诱导的β-细胞凋亡
为了进一步研究FOXO1是否在炎症应激下SAFit2介导的β细胞存活调控中不可或缺，研究者采用7-AAD/AnnexinV染色法检测了SIRNA敲低FOXO1或沉默FOXO1后模型细胞和人胰岛的凋亡水平。对凋亡标志物的蛋白水平检测显示，FOXO1在SAFit2介导的炎症应激诱导的β细胞调控中起着不可或缺的作用。
三、研究结果
本研究利用人胰腺组织和原代人胰岛，证实了FKBP5在β细胞中的显著表达，当在体外用炎症细胞因子混合处理、模拟急性炎症应激时，FKBP5表现出响应性诱导。为了探索其功能，研究者将靶向FKBP5和拮抗剂SAFit2的SIRNA应用于克隆细胞和原代人/小鼠胰岛。结果显示，FKBP5抑制可促进β细胞存活，改善胰岛素分泌，并上调胰岛β细胞转录因子在炎症应激β细胞中的表达。同时，分子研究发现，FKBP5是FOXO1丝氨酸256位点磷酸化的重要调控因子，沉默FOXO1可消除FKBP5抑制的保护作用，表明它是FKBP5在β细胞中的关键下游效应因子。
四、总结
总之，本研究发现了FKBP5在β细胞中的表达，并阐明了其功能。FKBP5抑制保护急性炎症应激中的β细胞存活，从而改善β细胞功能。FKBP5是FOXO1的重要调节因子，而FOXO1是FKBP5在β细胞中发挥作用的关键介质，FKBP5功能的探究，为其应用于临床糖尿病治疗提供了理论依据。
参考来源：
Liu N, Li R, et al.The inhibition of FKBP5 protects β-cell survival under inflammation stress viaAKT/FOXO1 signaling. Cell Death Discov. 2023 Jul 14;9(1):247.
撰写：彤彤