抑制叉头状转录因子O1表达可促进人胚胎干细胞向胰岛素分泌细胞分化

摘要

目的探讨叉头状转录因子O1（FoxO1）对人胚胎干细胞（hESCs）定向分化为胰岛素分泌细胞（IPCs）的调控作用。方法体外诱导hESCs定向分化为IPCs, 应用定量聚合酶链反应（PCR）和Western blotting分析FoxO1的动态表达, 采用定量PCR检测八聚体结合转录因子4（Oct4）、叉头转录因子a2（Foxa2）、胰十二指肠同源盒因子1（Pdx1）及胰岛素表达的动态变化。在分化第3阶段细胞（胰腺前体细胞）中通过慢病毒感染敲减或过表达FoxO1, 应用定量PCR检测胰腺前体细胞Foxa2、Pdx1及胰岛素的表达;利用酶联免疫吸附试验（ELISA）方法检测葡萄糖刺激的胰岛素分泌。两组数据的比较采用t检验, 多组间比较采用单因素方差分析。结果在hESCs定向分化为IPCs的五个阶段中, FoxO1 mRNA和蛋白水平可见持续稳定表达;Oct4表达水平随着分化进程呈显著进行性降低;Foxa2表达水平呈先升后降的趋势, 在分化第3阶段达到高峰;Pdx1和胰岛素表达水平随着分化进程逐渐升高。与相应的对照组相比, 敲减FoxO1可显著上调胰腺前体细胞中Foxa2（4.31±0.74比1.00±0.34, t=7.08, P＆0.01）、Pdx1（2.91±0.24比1.00±0.15, t=11.62, P＆0.01）及胰岛素mRNA（2.60±0.25比1.00±0.12, t=10.08, P＆0.01）表达水平, 过表达FoxO1可显著下调胰岛素mRNA表达（0.81±0.07比1.00±0.03, t=4.19, P＆0.05）, 而对Foxa2和Pdx1的mRNA表达未有显著影响。此外, 敲减FoxO1既可增加低糖（2 mmol/L葡萄糖）状态下的胰岛素分泌（7.53±2.02比1.00±0.05, t=3.23, P＆0.05）, 又可促进高糖（20 mmol/L葡萄糖）刺激下的胰岛素分泌（17.39±3.04比6.45±1.34, t=3.30, P＆0.05）;而过表达FoxO1对低糖状态下的胰岛素分泌无明显影响, 但可抑制高糖刺激下的胰岛素分泌（2.02±0.50比4.85±1.42, t=2.61, P＆0.05）, 从而使细胞丢失对葡萄糖的反应性。结论 FoxO1在hESCs定向分化为IPCs的过程中发挥负性调控作用, 抑制FoxO1表达可能是促进IPCs分化成熟的一种潜在策略。