MafA基因与糖尿病关系的研究进展

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2023年12月13日发(作者：)

MafA基因与糖尿病关系的研究进展

摘要：MafA基因是特异性胰腺β细胞胰岛素转录因子，在糖尿病的发生发展中起着重要作用。糖尿病时高血糖引起的氧化应激对胰岛细胞MafA基因的表达有显著抑制作用，但是这种抑制作用可被某些促进MafA表达的基因所改善。使用MafA基因和其它转录因子联合基因治疗对胰岛素分泌替代细胞的寻找有重要作用。

关键词：基因，MafA，胰腺β细胞，氧化性应激，糖尿病

糖尿病是威胁人类健康的重大疾病之一，其发病过程中都要涉及到胰腺β细胞受损和胰岛素绝对或相对分泌不足的问题。随着研究的进展，人们发现包括MafA基因在内的多个转录因子是胰腺β细胞分化、成熟，以及胰岛素的分泌不可或缺的重要因子。MafA基因表达抑制将导致胰腺β细胞功能受损。上调其表达可以作为预期的糖尿病治疗的机制之一，且该基因可调节非胰岛素分泌细胞分泌胰岛素。本文就MafA基因在上述几方面的研究进展做如下综述。

1 MafA基因简介

MafA基因全称为肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源物A基因（v-maf musculoaponeurotic

fibrosarcoma oncogene homologue A），MafA是一种具有亮氨酸拉链结构的转录因子。它属于巨噬细胞激活因子（macrophage activating factor，Maf）家族。该家族分子包括含有4个N末端的酸性转录激活区域（acidic transcription activating domain，TAD）的大Maf蛋白和3个包含bZIP的小Maf蛋白构成。MafA蛋白就属于大Maf蛋白的一种。作为一种转录因子，MafA蛋白的分布和其它转录因子有所不同，它是目前发现的唯一一种β细胞胰岛素基因活化转录因子【1】。作为除胸腺外在成年哺乳动物中唯一表达胰岛素的细胞，胰腺β细胞的成熟和功能的维持都有赖于MafA蛋白的正常表达【2】。MafA蛋白是一种特异的胰岛β细胞核因子，可结合至胰岛素基因启动子区域保守顺式调控元件RIPE3b，作为一种强烈的反式作用因子调控胰岛素的表达【3】。在胰腺发育期间，其它胰腺细胞转录因子如胰腺十二指肠同源异型框因子-1（pancreatic and duodenal homeobox factor-1，PDX-1）和NeuroD都表达于胰腺发育早期，而MafA蛋白则在胰岛素生成细胞成批发育时才有所表达【4, 5】。而且PDX-1和NeuroD在各种胰岛细胞中都有所表达，而MafA蛋白是唯一一种具有强烈胰岛素表达激活特性的胰腺β细胞特异性转录因子【2】。

2 氧化性应激是影响胰腺β细胞MafA基因表达的重要因素

目前已经证实氧化性应激（oxidative stress， OS）是二型糖尿病时胰岛素生物合成受抑制的主要因素之一，和2型糖尿病的发生有密切关系【6】。

2.1 c-Jun和MafA基因

胰岛β细胞本身对氧化性应激就很脆弱，因为和其它组织相比β细胞合成和分泌的抗氧化酶如过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶都比较低【7】。事实上，已经有报道证实，一些氧化性应激的标志物如8-羟基-2’-脱氧尿苷和4-羟基-2丙烯醛修饰的蛋白以及血红素加氧酶-1在胰岛素试验模型的胰岛中均表达增高【8】。有报道证实，慢性高血糖可显著抑制翻译后MafA的水平，且抗氧化治疗能恢复被高血糖抑制的MafA表达【9】。

氧化性应激时，活性氧能激活胰岛中的几种激酶，这其中包括：p38促有丝分裂原激活的蛋白激酶（p38）和c-JunNH2-末端激酶（JNK）【10, 11】。而活性氧还能使c-Jun的数量和活性增加【12】。而c-Jun的活性增加在某些情况下和高血糖以及糖化产物的作用有关【13】。因此，Matsuoka等为了证明氧化性应激抑制MafA基因表达的机制进行了如下实验【6】。他们首先在糖尿病db/db小鼠中使用免疫组化和Western blotting检测了MafA和c-Jun的水平，然后为了验证c-Jun对MafA表达的影响，他们在MINβ细胞和新鲜分离的胰岛细胞中进行了腺病毒介导的c-Jun过表达研究。结果发现，糖尿病db/db小鼠的MafA表达显著下降而c-Jun表达则上调，且c-Jun阳性细胞中MafA和胰岛素的表达均显著下降。而这些结果一致，腺病毒转染所致的c-Jun过表达显著的抑制了MafA的表达，且同时胰岛素的产量也显著下降。而MafA的过表达可以恢复被c-Jun抑制的胰岛素启动子的活性和蛋白水平。这些结果表明了C-Jun介导的胰岛素抑制活动是通过抑制MafA活性来实现的。

2.2 p38MAPK和MafA基因

Kondo等的结论和上述试验有所不同【14】。他们检测了可通过增加MafA基因稳定性来增加其表达的蛋白激酶。结果发现，MIN6细胞和小鼠胰岛分离细胞中的MafA稳定性受p38MAPK和糖原合成激酶3（glycogen synthase kinase 3）调控。抑制p38MAPK后MafA的稳定性增加。而且他们还发现MafA的N末端区域和p38MAPK介导的降解有关。同时，MafA的第57位和134位的苏氨酸突变为丙氨酸可防止这种降解的发生。因此，他们做出结论，氧化性应激时胰腺β细胞的受损和p38MAPK介导的MafA稳定性下降有关，这一途径可能是氧化性应激时诱导血糖改变的一个主要途径。

除了氧化性应激外，碳水化合物反应性元件结合蛋白（carbohydrate responsive element-binding

protein，ChREBP）对MafA的抑制作用目前也得到了证实【15】。ChREBP在高血糖时的胰岛β细胞中的表达和活性增高。有实验证实胰腺MIN β细胞中的ChREBP灭活后可导致细胞中MafA、PDX-1和Ins2等基因表达的增加。相反，ChREBP过表达则可以抑制MafA、PDX-1和Ins2等基因的表达，表明了ChREBP在2型糖尿病发生过程中的作用。

3 促进胰腺β细胞MafA基因表达的因素

3.1 烟酰胺及其相关化合物

有研究证实，烟酰胺具有促进MafA基因和胰岛素启动子表达的作用。烟酰胺曾经在历史上胰岛细胞保护剂，有增加胰腺β细胞分化和预防胰岛细胞受到毒性损伤的作用。用烟酰胺处理人或猪的胚胎胰岛样细胞簇、胰腺前体细胞及干细胞或者胚胎干细胞后，可增加这些细胞向β细胞分化的概率，而且这些细胞的胰岛素mRNA水平、生物合成和细胞内含量都有所增加【16】。在体内，烟酰胺可以增加移植后胰岛的β细胞复制，刺激胰腺部分切除大鼠的β细胞再生。烟酰胺还可以保护β细胞免受连脲霉素诱导的细胞损伤。因此，Yel等【17】检测了包括烟酰胺在内的多聚（ADP-核糖）聚合酶（poly(ADP-ribose) polymerase，PARP）抑制剂对β细胞的作用。结果发现，低强度PARP抑制剂如烟酰胺、3-氨基苯甲酰胺和PD128763可增加MafA基因和胰岛素基因启动子的表达，而高强度的PARP抑制剂如PJ340和INO-1001则没有。进一步的机理研究证实，低强度PARP抑制剂的作用位点为MafA基因结合位点，可增加其转录。

3.2 谷胱甘肽过氧化酶

Harmon等的研究显示，谷胱甘肽过氧化酶的过表达可保护细胞内MafA并逆转db/db小鼠的糖尿病【18】。他们建立了C257BLKS/J小鼠胰腺β细胞内源性谷胱甘肽过氧化酶-1（glutathione peroxidase-1，GPx-1）的过表达模型。GPx-1是胰腺β细胞特异性抗氧化酶。然后他们将该基因转移至糖尿病db/db小鼠的β细胞中。他们发现，转基因小鼠的MafA基因表达较非转基因小鼠显著增高，且胰岛素水平和β细胞数目均有所增加，糖尿病db/db小鼠的高血糖症得到了逆转。这一研究为新的糖尿病治疗方法的开创提供了一定的依据。

4．MafA基因调节非胰腺β细胞分泌胰岛素

目前MafA基因作为促进胰腺β细胞分泌胰岛素的转录因子已经有所明确。但是在胰岛细胞受损的情况下，如果MafA基因能够促进替代β细胞（surrogate beta-cell ）生产胰岛素，则有希望成为治疗糖尿病的新举措，有的学者就这方面进行了一些有益的尝试。

Kaneto等【19】进行了如下实验。他们给HepG2细胞转染了MafA、PDX-1和NeuroD基因，然后检测靶细胞内胰岛素基因启动子的活性。结果发现，单独转染MafA基因后，HepG2细胞的基础胰岛素启动子活性就增加超过80倍。联合上述三个转录子的转染后胰岛素启动子的活性就显著增高（1200倍）。这说明了MafA等基因可以显著增加离体肝细胞胰岛素启动子的活性。然后，他们给雄性C57BL6小鼠经颈静脉注射了可表达MafA、PDX-1和NeuroD的腺病毒载体。3天后，小鼠肝细胞内就可以检测到胰岛素1和胰岛素2基因的表达。为了进一步证实MafA、PDX-1和NeuroD基因的功能，他们又检测了各种胰腺相关基因的表达，包括β细胞相关基因如胰岛型葡萄糖激酶（islet-type glucokinase）和磺酰尿受体1等。结果发现MafA、PDX-1和NeuroD基因联合表达后，这些因子在肝脏中的表达均显著增加。他们还检测了腺病毒载体注射后肝脏内的胰岛素蛋白表达程度，结果发现，在这三种因子联合作用后，肝细胞内的胰岛素产量显著增加，并出现许多免疫染色阳性的产胰岛素细胞（insulin-producing cells），且显著改善了糖尿病小鼠模型的糖耐量情况。这一研究充分说明了MafA基因调节非胰腺β细胞分泌胰岛素的作用。

最近的一项研究也有类似结论【20】。他们认为，为了诱导多种非胰腺β细胞合成和分泌胰岛素，模拟正常胰腺发育和胰岛素分泌时的转录因子的变化是非常有用的举措，这些转录因子中最重要的就是MafA基因，它与PDX-1和NeuroD基因联合表达后可以诱导多种非胰腺β细胞合成和分泌胰岛素，因此他们认为MafA基因是调节非胰腺β细胞分泌胰岛素的有效工具。

除了和PDX-1和NeuroD基因等转录因子协同作用于非胰腺β细胞外，MafA基因对胸腺细胞分泌胰岛素及多能干细胞向胰腺β细胞的分化也有重要作用。Noso等进行了下述试验【21】。他们首先检测了非肥胖型糖尿病（nonobese diabetes，NOD）和正常对照小鼠胰岛细胞和胸腺中的转录因子包括PDX-1、NeuroD、MafA和Aire的表达。然后他们使用MafA基因敲除小鼠检测了胸腺胰岛素基因2（Ins2）和血清自身抗体的表达，同时他们还检测了小鼠和人的MafA的基因多态性。结果发现，NOD小鼠的MafA基因表达严重受损并和Ins2的表达呈相关性。MafA基因的敲除降低了胸腺Ins2的表达并促进了自身抗胰岛细胞体的产生。因此他们认为MafA的基因多态性和胸腺中的胰岛素表达减少有关，并认为这可能是NOD小鼠及人类对一型糖尿病易感的标志。Chiou等【22】给胎盘源性多能干细胞（placenta-derived multipotent stem cell，PDMSC）转染了MafA基因，结果发现MafA的过表达显著上调了胰腺发育相关基因如Sox17、Foxa2、Pdx1和Ngn3的表达。基因芯片结果显示MafA过表达的PDMSC的基因表达谱和胰腺及胰岛组织很相似。而且，MafA增加了Nkx2.2、Glut2、胰岛素、胰高血糖素和生长抑素的mRNA表达，同时有助于PDMSC细胞分化为胰岛素阳性细胞。上述试验说明MafA在多能干细胞向胰岛β细胞前体的分化方面有重要作用，使胎盘源性多能干细胞有了类似胰岛β细胞的特征，并且能分泌胰岛素，这是糖尿病治疗方面的又一次新的尝试。

5 结语

肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源物A基因（MafA）是唯一的胰岛β细胞胰岛素转录因子。在糖尿病的发病过程中起着重要作用。高血糖引起的氧化应激时，MafA的表达受到抑制，其机制可能和c-jun和/或p38等蛋白激酶有关。糖尿病时，某些物质可以促进MafA的表达，从而对疾病的发展起到控制作用。以MafA和相关转录因子为目标的基因治疗对糖尿病时胰岛素分泌替代细胞的活化有重要作用。

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本文标签： 细胞胰岛素基因表达