人类和糖尿病的斗争由来已久，虽说奇点糕很希望有朝一日把这个大魔王一棍子打死，但在尚未彻底阐明发病机制前，想要根治糖尿病还是无法实现的。
9月21日，《细胞》上发表了来自加州大学圣迭戈分校最新的研究成果，让挑战糖尿病的勇者们又获得了新情报。本文的第一作者是华人科学家Wei Ying，中科院药物研究所的李平平研究员也参与了研究。中美两国研究人员发现，脂肪内巨噬细胞分泌的含有微小RNA（miRNA）的外泌体会促进骨骼肌细胞、肝细胞和脂肪细胞的胰岛素抵抗形成，这为2型糖尿病发病机制和治疗手段的研究提出了全新的思路[1]！
论文第一作者Wei Ying（左）和中科院李平平研究员（右）
胰岛素抵抗早已被确定是2型糖尿病发病的两大主要环节之一，虽然形成机制复杂，但肥胖一直被视为最常见的原因[2]，糖尿病的发病率也随着全球肥胖人群比例的不断上升同步走高[3]。那么肥胖是怎样导致胰岛素抵抗的呢？近年来不断有研究显示，脂肪组织内比例可达40%的巨噬细胞参与的炎症反应，可能是导致胰岛素抵抗的重要机理[4]，对具体的信号机制也已有不少研究[5-6]，但仍然只是管中窥豹，未见全貌。
此前有研究显示，巨噬细胞的外泌囊泡会损害脂肪细胞对胰岛素的敏感性[7]。本次研究正是基于这一现象作出了假设：会不会有一种miRNA藏在脂肪组织巨噬细胞（ATM）外泌体中暗度陈仓，长途奔袭到体内胰岛素的靶器官，影响人体对胰岛素的敏感性呢？
为什么要把目标锁定在miRNA身上呢？尽管研究历史相对短暂，但miRNA的调控功效已在对众多疾病的研究中得到证明，这些“磨人的小妖精”可以通过与特定位点的结合，导致基因转录中的关键一环——信使RNA失活，从而使相关蛋白质的合成被阻断，miRNA就起到了调节作用。不过，如果巨噬细胞产生的miRNA想要发挥作用，就必须设法前往胰岛素直接作用的靶细胞发挥功效，外泌体就成为了这些小分子所搭的顺风车。
miRNA的作用示意
利用荧光染色技术和免疫印迹法，研究人员证实ATM的确存在分泌含miRNA外泌体的能力，这些外泌体也会有效被脂肪细胞所摄取。确认了这一机制的理论可行性后，研究人员随即在小鼠模型上进行了试验，对胰岛素敏感性正常的小鼠注射来自肥胖小鼠的ATM外泌体一星期后，小鼠进行葡萄糖耐量试验和胰岛素耐受试验的结果均有明显改变，提示胰岛素敏感性受到影响。进一步的试验显示，小鼠骨骼肌细胞、肝细胞等多种胰岛素主要的作用对象都在外泌体的影响下发生了改变，对胰岛素的敏感性下降。
注入肥胖小鼠ATM外泌体影响了小鼠的胰岛素敏感性
基于活体模型的试验结果，研究人员进一步探索了ATM外泌体在细胞内具体的作用，发现ATM外泌体会显著降低胰岛素促进脂肪细胞和肌细胞摄取葡萄糖的能力，同时PPAPγ、GLUT-4等与胰岛素作用关系密切的分子表达都受ATM外泌体的影响而下降，ATM外泌体损害胰岛素敏感性的结论已经可以作出了。
使用小干扰RNA（siRNA）阻断巨噬细胞产生miRNA的能力后后，外泌体就无法兴风作浪，这也意味着对miRNA的实锤。不过外泌体和miRNA也可以“投诚”，利用与此前几乎相同的实验设计和检测手段，研究人员发现，将较瘦小鼠的ATM外泌体注射到肥胖小鼠体内，可缓解肥胖导致的胰岛素抵抗。
同是ATM外泌体，效果为何一正一反？研究显示，与正常组织相比，脂肪组织中的炎症微环境会出现明显改变，不同分型巨噬细胞的占比与正常组织有着明显区别，其中M1型巨噬细胞的比例会明显上升[7]。而会损害人体脂肪细胞对胰岛素的敏感性的外泌囊泡，也正是M1型巨噬细胞分泌的[8]，本次研究中的ATM外泌体同样来自M1型巨噬细胞，其作用也与此前的研究结果吻合。
肥胖小鼠和较瘦小鼠的外泌体作用恰好相反
巨噬细胞→含miRNA的外泌体→靶器官的证据链条已经形成，接下来就是排查嫌疑对象了。研究人员进行的测序显示，ATM外泌体内有超过500种miRNA，其中有20种在较瘦小鼠和肥胖小鼠中存在明显的表达水平差异。到底谁才是真凶呢？
在这20种miRNA中，此前就被证实与帕金森病、肿瘤等疾病有关[9]的miR-155引起了研究人员的注意。有研究显示，脂肪细胞会在炎症反应时出现miR-155的高表达[10]。而本次的测序中研究人员发现，miR-155不仅在肥胖小鼠的ATM中出现了明显的高表达，摄取ATM外泌体的脂肪、肌、肝细胞中表达水平也同样升高。对相关细胞进行miRNA清除处理后，再加入外泌体，仍然出现了miR-155的高表达。看来凶手已经被锁定了。
miR-155在肥胖小鼠巨噬细胞和外泌体内表达都会明显升高
那么miR-155真的存在单独诱导胰岛素抵抗的能力吗？进一步的试验显示，miR-155可直接作用于胰岛素调控血糖的关键分子PPARγ，使其表达水平下降，从而影响相关信号通路，显著影响胰岛素的作用。而敲除miR-155的表达后，对小鼠进行高脂饮食的诱导，出现的胰岛素抵抗程度也较对照组弱，于是miR-155促进胰岛素抵抗形成的作用也得到了证实。
论文的通讯作者Jerrold Olefsky教授表示：“在确定了外泌体内是哪些微小RNA导致了胰岛素抵抗后，就找到了糖尿病药物的靶点。而且利用液体活检技术，可以收集血液中的外泌体，进行对微小RNA的测序，这样就不需要用组织活检确定体内肝细胞、脂肪细胞的代谢状况了。”[11]
本次研究的重要性还不止于此。发现外泌体的代谢作用，推开的可能是一扇更加巨大的门，因为肝细胞、心肌细胞等细胞也可分泌外泌体。Olefsky教授表示，外泌体对代谢的调节作用可能远不止于胰岛素抵抗，也许还是导致肥胖其他并发疾病的原因。
在此前关于断食与肠道微生物的文章《细胞》子刊：湖南师大科学家新发现！间歇性断食减重、降脂、护肝，还是要靠肠道微生物 | 科学大发现 留言里，曾有读者回复说，“是不是胖子只要吃断食瘦子的细菌，就可以实现减肥了？”本次研究中使用瘦小鼠的ATM外泌体缓解肥胖小鼠的胰岛素抵抗也有着相似的思路。虽然外泌体治疗方兴未艾，但奇点糕很愿意去畅想一下类似的治疗脑洞，没有梦想的话，不就成了咸糕嘛。
参考资料：
1.http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30993-5
2.Johnson A M F, Olefsky J M. The origins and drivers of insulin resistance[J]. Cell, 2013, 152(4): 673-684.
3.Ogden C L, Carroll M D, Lawman H G, et al. Trends in obesity prevalence among children and adolescents in the United States, 1988-1994 through 2013-2014[J]. Jama, 2016, 315(21): 2292-2299.
4.Lumeng C N, DelProposto J B, Westcott D J, et al. Phenotypic switching of adipose tissue macrophages with obesity is generated by spatiotemporal differences in macrophage subtypes[J]. Diabetes, 2008, 57(12): 3239-3246.
5.Li P, Bandyopadhyay G, Lagakos W S, et al. LTB4 promotes insulin resistance in obese mice by acting on macrophages, hepatocytes and myocytes[J]. Nature medicine, 2015, 21(3): 239-247.
6.Li P, Liu S, Lu M, et al. Hematopoietic-derived galectin-3 causes cellular and systemic insulin resistance[J]. Cell, 2016, 167(4): 973-984. e12.
7.Zhang Y, Shi L, Mei H, et al. Inflamed macrophage microvesicles induce insulin resistance in human adipocytes[J]. Nutrition & metabolism, 2015, 12(1): 21.
8.Apostolopoulos V, Courten M P J, Stojanovska L, et al. The complex immunological and inflammatory network of adipose tissue in obesity[J]. Molecular nutrition & food research, 2016, 60(1): 43-57.
9.https://www.uab.edu/news/innovation/item/7019-regulation-of-parkinson-s-disease-inflammatory-responses-by-a-microrna
10.Ortega F J, Moreno M, Mercader J M, et al. Inflammation triggers specific microRNA profiles in human adipocytes and macrophages and in their supernatants[J]. Clinical epigenetics, 2015, 7(1): 49.
11.https://health.ucsd.edu/news/releases/Pages/2017-09-21-exosomes-are-missing-link-to-insulin-resistance-in-diabetes.aspx
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