《Diabetologia》：Human islet amyloid polypeptide aggregation upregulates the mitochondrial cholesterol transport protein StAR and induces mitochondrial dysfunction in beta cells
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目的/假说：胰岛β细胞功能与质量的丧失是2型糖尿病发病的关键环节，在该疾病中约90%的个体存在胰岛淀粉样沉积。淀粉样沉积物由正常β细胞分泌产物人胰岛淀粉样多肽（human islet amyloid polypeptide, hIAPP）组成，其聚集对β细胞具
目的/假说：胰岛β细胞功能与质量的丧失是2型糖尿病发病的关键环节，在该疾病中约90%的个体存在胰岛淀粉样沉积。淀粉样沉积物由正常β细胞分泌产物人胰岛淀粉样多肽（human islet amyloid polypeptide, hIAPP）组成，其聚集对β细胞具有毒性。虽然其毒性机制尚不明确，但可能涉及线粒体功能障碍。研究人员此前发现，淀粉样沉积后β细胞中线粒体胆固醇转运蛋白类固醇生成急性调节蛋白（steroidogenic acute regulatory protein, StAR）表达上调。本研究旨在探讨StAR在胰岛淀粉样变性毒性中的作用。
方法：来自非糖尿病供者的人胰岛在致淀粉样条件下培养，检测StAR表达。同时检测了表达致淀粉样hIAPP的转基因小鼠或表达非致淀粉样胰岛淀粉样多肽的非转基因同窝小鼠胰岛中StAR的表达，这些胰岛在有无淀粉样抑制剂条件下培养。比较了致淀粉样条件下培养的hIAPP转基因与非转基因胰岛的总胰岛胆固醇含量、线粒体胆固醇含量、线粒体功能及细胞活力/死亡情况。此外，还检测了StAR在胰岛细胞中的定位及其细胞内定位。
结果：StAR在人胰岛中mRNA和蛋白质水平均有表达，且在体外淀粉样形成后表达显著增加。进一步研究发现，在hIAPP转基因小鼠胰岛中，StAR表达具有淀粉样依赖性。StAR主要在β细胞中表达，且淀粉样诱导的StAR蛋白增加特异性地出现在线粒体组分中。虽然致淀粉样条件下培养的非转基因与hIAPP转基因小鼠胰岛的总胆固醇和线粒体胆固醇含量无变化，但StAR表达增加与线粒体葡萄糖刺激的呼吸作用降低及细胞死亡增加相关。
结论/解释：这些发现与StAR在2型糖尿病β细胞中的病理生理作用一致，即在胰岛淀粉样沉积条件下其上调可能导致线粒体功能障碍。
本研究围绕2型糖尿病中胰岛淀粉样沉积与β细胞损伤的核心问题展开，深入探讨了线粒体胆固醇转运蛋白StAR在其中的病理生理作用。
研究背景方面，2型糖尿病的病理特征包括胰岛β细胞功能衰退和质量减少，其中约90%的患者存在胰岛淀粉样沉积。淀粉样沉积物的主要成分人胰岛淀粉样多肽（hIAPP）是β细胞的正常分泌产物，但其异常聚集对β细胞产生毒性作用。既往研究虽提示线粒体功能障碍可能介导IAPP诱导的β细胞损伤，包括氧化应激、细胞色素c释放和caspase 3激活等，但淀粉样沉积导致线粒体功能障碍的具体机制尚未完全阐明。研究人员此前通过RNA测序发现，线粒体胆固醇转运蛋白StAR是胰岛淀粉样诱导后上调最显著的基因，但其在胰岛中的功能意义不明。鉴于StAR在类固醇生成组织及多种非经典类固醇生成组织中的重要作用，研究人员推测其可能在胰岛淀粉样变性的病理过程中发挥关键作用，因此开展此项研究以明确StAR在β细胞淀粉样毒性中的角色。
为开展研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用来自非糖尿病供者的人胰岛（样本来源：整合胰岛分配计划Integrated Islet Distribution Program, IIDP）及两种hIAPP转基因小鼠模型（knockin小鼠和RIP-hIAPP小鼠）的胰岛；运用定量PCR（qPCR）和蛋白质免疫印迹（Western blotting）检测基因和蛋白表达；通过荧光激活细胞分选（FACS）分离β细胞与非β细胞；采用免疫组织化学和共聚焦显微镜进行定位分析；利用Seahorse XF96分析仪进行线粒体氧消耗率（oxygen consumption rate, OCR）测定以评估线粒体功能；使用实时细胞成像系统检测细胞活力、 caspase 3/7活性及细胞死亡；采用Amplex Red胆固醇检测试剂盒测定总胆固醇和线粒体胆固醇含量；并进行胰岛亚细胞组分分离。
研究结果部分，"StAR在人胰岛中表达并随淀粉样沉积增加"：研究人员检测了StAR在人胰岛中的表达情况。STAR mRNA在男性和女性供者的胰岛中均可检测到，且无性别差异；StAR蛋白亦有表达。STAR mRNA表达主要在β细胞中。研究人员进一步检测了StAR表达是否随淀粉样形成而增加，将人胰岛在5.5 mmol/l（正常血糖）或11.1 mmol/l（高血糖）葡萄糖条件下培养14天，后者可诱导胰岛淀粉样形成。结果显示，11.1 mmol/l葡萄糖培养后，淀粉样 prevalance和严重程度均增加，同时STAR基因和StAR蛋白表达均显著升高。
"胰岛淀粉样形成伴随StAR表达的时间依赖性增加"：为确定淀粉样沉积过程中StAR表达的时间动态，研究人员使用hIAPP转基因小鼠模型。将胰岛分别在11.1 mmol/l（非致淀粉样）和16.7 mmol/l（致淀粉样）葡萄糖条件下培养，发现hIAPP转基因小鼠胰岛在16.7 mmol/l葡萄糖中Star基因表达随时间进行性升高，与淀粉样沉积程度平行，且显著高于同条件下非转基因小鼠或11.1 mmol/l条件下的hIAPP转基因小鼠。然而，另两个主要胆固醇转运基因Stard3和Tspo的表达在高血糖条件下反而降低，提示StAR上调具有特异性。
"StAR上调发生在淀粉样形成之后"：为明确StAR增加是否依赖于淀粉样形成本身，研究人员使用淀粉样抑制剂刚果红（Congo Red）处理RIP-hIAPP转基因小鼠胰岛。刚果红处理阻止了淀粉样沉积增加，同时也抑制了StAR基因和蛋白的上调，而非转基因胰岛中StAR表达不受刚果红影响，证实StAR上调是淀粉样形成的下游事件。
"StAR主要定位于β细胞线粒体"：研究人员通过FACS分选发现，StAR基因表达在β细胞富集组分中是非β细胞组分的7.5倍。亚细胞组分分离显示，StAR蛋白仅在线粒体组分中检测到，且在16.7 mmol/l葡萄糖培养后上调超过10倍。共聚焦显微镜双免疫荧光显示StAR与线粒体外膜蛋白TOMM20高度共定位，皮尔逊相关系数（Pearson correlation coefficient, PCC）在整体胰岛为0.896，在感兴趣区域为0.839，证实StAR表达于β细胞线粒体内。
"hIAPP转基因小鼠胰岛中StAR增加与线粒体功能障碍相关"：研究人员检测了淀粉样诱导StAR表达对线粒体功能的影响。RIP-hIAPP转基因小鼠胰岛在20 mmol/l葡萄糖刺激下ATP产生较非转基因胰岛降低37%。Seahorse线粒体应激测试显示，虽然基础OCR无显著改变，但葡萄糖刺激的OCR降低46%，ATP偶联的OCR降低39%，最大OCR降低30%（p=0.0931），表明线粒体功能障碍。
"hIAPP转基因小鼠胰岛中淀粉样诱导的StAR表达与细胞活力降低及细胞死亡增加相关"：研究人员检测了胆固醇含量变化，发现淀粉样形成未改变总胰岛或线粒体胆固醇含量。但细胞活力检测显示，hIAPP转基因胰岛细胞活力较非转基因降低22%。实时成像分析显示，caspase 3/7激活增加18%，Sytox Green荧光（标记细胞死亡）增加53%，表明细胞凋亡和死亡增加。
讨论部分，研究人员系统总结了本研究的核心发现及其意义。首先，研究证实了StAR在胰腺中的存在，并进一步阐明其在人胰岛β细胞中的表达特征。与既往hIAPP转基因小鼠的研究一致，人胰岛在淀粉样沉积条件下StAR表达上调，且该效应具有细胞特异性（β细胞）和亚细胞定位特异性（线粒体）。值得注意的是，这种上调是淀粉样依赖性的，可被刚果红抑制，且不同于Stard3和Tspo的表达变化模式。
研究人员深入探讨了StAR上调的功能后果：淀粉样诱导的StAR增加与线粒体功能障碍密切相关，表现为葡萄糖刺激呼吸和ATP偶联呼吸降低，同时伴随细胞活力下降和死亡增加。这与研究人员此前在INS-1细胞中过表达StAR导致线粒体功能障碍的发现相吻合。基于此，研究人员提出，2型糖尿病 lifetime 中持续的胰岛淀粉样沉积可能慢性上调β细胞StAR表达，进而导致线粒体功能障碍、β细胞功能衰退和死亡。
研究人员还讨论了StAR在非类固醇生成组织中的潜在生理作用。文献报道StAR在肝脏、脑、心脏等组织中可能具有保护性或调节性作用，如改善胰岛素敏感性、神经保护、抗凋亡等。胰岛中StAR的生理角色尚需通过StAR缺失模型进一步研究。此外，虽然既往研究提示胰岛胆固醇增加与β细胞线粒体功能障碍相关，但本研究中并未观察到胆固醇含量的变化，提示StAR可能通过非胆固醇依赖的机制发挥作用，如影响线粒体膜完整性、干扰谷胱甘肽转运等，最终导致活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生增加和细胞凋亡。
研究结论如下：研究人员证明了在淀粉样形成条件下，胆固醇转运蛋白StAR在胰岛特别是β细胞线粒体中上调。StAR表达增加导致线粒体功能降低和细胞活力下降。由于胰岛淀粉样沉积是人2型糖尿病的普遍特征，且研究人员证实IAPP聚集可增加分离人胰岛中StAR表达，这些观察为深入理解胰岛StAR在人类健康和2型糖尿病中的作用提供了重要依据，并激励进一步研究。
