人源FGF-21在脂肪细胞糖代谢中的作用

近年来研究发现,成纤维细胞生长因子(FGF)-21是一种新的代谢调节因子.为了深入研究人源FGF-21（hFGF-21）的生物活性,本实验利用SUMO高效表达载体,高效表达成熟的hFGF-21,并利用小鼠3T3-L1脂肪细胞检测hFGF-21的糖代谢活性．实验结果表明,hFGF-21可促进脂肪细胞的葡萄糖吸收,且葡萄糖吸收效率呈剂量依赖性．hFGF-21作用4 h即可促进脂肪细胞糖吸收,其活性可持续24 h以上．hFGF-21与胰岛素共同作用的葡萄糖吸收效果,明显优于它们的单独作用结果,说明hFGF-21与胰岛素发挥协同作用．脂肪细胞经hFGF-21预处理后,显著增加了胰岛素促进脂肪细胞吸收葡萄糖的效率,说明hFGF-21可以增加胰岛素的敏感性．本实验为临床应用hFGF-21治疗糖尿病,增加胰岛素敏感性提供了依据．     

精氨酸修饰成纤维细胞生长因子21及修饰后蛋白体内稳定性和糖代谢调节作用的研究

成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor21,FGF21)是2000年发现的一个不依赖胰岛素调节血糖的细胞因子,有望成为治疗糖尿病的候选药物.但是,野生型FGF21由于半衰期较短,在体内不稳定,从而影响其成药性.为提高FGF21的稳定性,本实验在FGF21的C端添加了2个精氨酸(arginine,Arg),命名为FGF21-2A,用Compute pI/Mw软件计算之后,等电点(isoelectric point,pI)从5.43上升到5.84,随后进行了蛋白质的表达、分离纯化、体内稳定性及糖代谢调节作用的研究.诱导表达后菌液的SDS-PAGE图经BandScan5.0分析后显示FGF21-2A的表达量相对于野生型FGF21提高了10.6%.家兔体内半衰期检测实验结果显示FGF21-2A的半衰期显著延长.GOD-POD法检测HepG2肝癌细胞葡萄糖吸收实验、糖尿病小鼠降血糖实验和肝糖原检测实验的结果证明,FGF21-2A的降糖效果得到了增强,并且持续时间相对于野生型FGF21显著延长.Real-time PCR结果发现,长期注射FGF21-2A显著提高了糖尿病小鼠肝脏内葡萄糖转运蛋白(GLUT)1和葡萄糖激酶(GK)mRNA的表达量,降低了葡萄糖-6-磷酸酶(G6P)的mRNA表达量,表明FGF21-2A调节糖代谢的机制与野生型FGF21一致.综上所述,精氨酸修饰的FGF21其蛋白质稳定性提高,进而增加了对血糖的调控效果,有望成为新型糖尿病药物.     

聚乙二醇修饰的成纤维细胞生长因子-21的降血糖作用

成纤维细胞生长因子-21(FGF-21)是FGF家族的一员．现有大量研究表明,FGF-21是除胰岛素以外的一种新的血糖调节因子,有望成为治疗2型糖尿病的新型药物．然而,FGF-21在动物体内稳定性较差,半衰期较短,严重影响了其在临床上的应用．为解决这些问题,本实验采用分子质量为20 ku的单甲氧基聚乙二醇-丙醛(mPEG-ALD)对鼠源FGF-21(mFGF-21)进行N端定点修饰,以改善mFGF-21的性质(如提高体内半衰期、降低免疫原性等)．本文研究了反应pH、反应时间、蛋白质浓度及反应物之间的质量比对mFGF-21与聚乙二醇(PEG)合成反应的影响．采用Capto Q阴离子交换层析或Superdex 75凝胶过滤层析分离纯化聚乙二醇化mFGF-21(PEG-mFGF-21),并最终确定了mFGF-21 聚乙二醇修饰的反应条件和分离PEG-mFGF-21的纯化工艺．随后分别进行了PEG-mFGF-21的理化性质(大小、纯度和体外稳定性)、免疫原性、体内半衰期、体外葡萄糖吸收活性及体内降糖活性的研究．体外稳定性实验结果显示,mFGF-21经PEG修饰后温度稳定性和抗蛋白酶水解稳定性都显著提高．间接ELISA方法检测血清中mFGF-21抗体水平及目标蛋白含量的结果表明,PEG修饰mFGF-21可明显降低其免疫原性,延长体内半衰期．HepG2细胞的葡萄糖吸收实验结果发现,PEG-mFGF-21的细胞活性并没有下降,反而随着刺激细胞时间的延长,经PEG-mFGF-21刺激的细胞葡萄糖吸收显著高于mFGF-21刺激的细胞葡萄糖吸收．2型糖尿病db/db小鼠短期血糖调控实验结果表明,mFGF-21降糖速度快于PEG-mFGF-21,但其持续时间较PEG-mFGF-21短;长期血糖调控实验结果显示,PEG-mFGF-21长期降糖效果优于mFGF-21,作用持续时间长,并且PEG-mFGF-21在停药后控制血糖的能力也高于mFGF-21．综上所述可知,mFGF-21的PEG修饰在不影响其体外生物活性的前提下,能够提高mFGF-21的物理稳定性和抵抗蛋白酶水解的能力、降低免疫原性、增加体内稳定性、延长mFGF-21在动物体内降血糖作用的效果和时间．本实验为FGF-21化学修饰提供了重要的技术平台,对以后FGF-21的临床应用具有非常重要的意义．     

成纤维细胞生长因子21在抵抗素引发胰岛素抵抗的肝细胞模型中的糖代谢调节作用

抵抗素是2001年Steppan等发现的一种与胰岛素抵抗有密切联系的细胞因子．本研究探讨了成纤维细胞生长因子21(FGF-21)在抵抗素过表达导致胰岛素抵抗的肝细胞中的糖代谢调节作用．构建人抵抗素真核表达载体,转染HepG2细胞,利用流式细胞仪筛选出过表达抵抗素的HepG2模型细胞,分别用不同浓度的胰岛素和FGF-21刺激细胞,用GOD-POD法检测细胞的葡萄糖摄取情况,利用实时荧光定量PCR方法检测抵抗素转染后及FGF-21处理后细胞GLUT1、PPAR-γ mRNA表达的变化．PCR鉴定结果表明过表达抵抗素的HepG2模型细胞构建成功．GOD-POD法检测结果证明,模型细胞对胰岛素敏感性降低,但FGF-21仍能有效调节模型细胞的葡萄糖摄取,且呈现剂量依赖关系．实时荧光定量PCR方法检测发现,抵抗素转染后HepG2细胞GLUT1 mRNA表达增加,经FGF-21刺激后模型细胞与对照细胞相比GLUT1 mRNA的表达仍有上升趋势,PPAR-γ的变化不显著．上述结果表明,抵抗素过表达的肝细胞,对胰岛素敏感性降低,产生胰岛素抵抗,但FGF-21仍能有效调节其葡萄糖代谢．     

人FGF-21基因的克隆、表达及其调节脂肪细胞糖代谢的活性

成纤维细胞生长因子FGF-21是FGF家族的一个新成员, 最近的研究发现其具有调节血糖的作用, 有望成为治疗2型糖尿病的基因药物。文章应用RT-PCR技术, 从成人肝脏中克隆人源的FGF-21成熟蛋白基因, 并将其克隆到T载体上, 经测序鉴定后, 将其亚克隆到原核表达载体pSUMO上, 转入大肠杆菌Rosetta(DE3)中。鉴定阳性克隆后, 用IPTG诱导FGF-21表达, 并用Ni-NTA柱进行亲和层析纯化。以3T3-L1脂肪细胞的葡萄糖吸收实验来鉴定FGF-21表达产物促进糖吸收的活性。结果表明, FGF-21成熟蛋白基因大小为546 bp, 测序结果与GenBank数据库中的序列一致。SDS-PAGE与Western blotting结果表明: 人源FGF-21成熟蛋白大小19.4 kDa, 经3T3-L1脂肪细胞的葡萄糖吸收实验验证其具有促进葡萄糖吸收的生物活性, 并且GLUT1是FGF-21发挥生物学作用的终末执行单位。     

快速筛选高水平稳定表达成纤维细胞生长因子-21真核细胞新株方法的建立

成纤维细胞生长因子-21（FGF-21）是成纤维细胞生长因子家族的一名新成员,其研究已成为世界糖尿病研究的新热点,并有望成为治疗2型糖尿病的新型药物.然而,应用真核表达系统,更加快速、高效生产更接近天然状态的FGF-21蛋白并对其生物学功能进行的研究,至今尚未报道,因此建立高效稳定的FGF-21真核表达系统至关重要.本研究以FGF-21为目的基因,利用谷氨酰胺合成酶基因（GS）和绿色荧光蛋白基因（EGFP）作为筛选标记,分别构建了单基因表达载体Pee124-FGF-21-Pee64-EGFP（Peedual）、Pee124-FGF-21-IRES-EGFP（PeeIRES）和双基因的真核表达载体Pee124-FGF-21-IRES-EGFP-Pee64-FGF-21(Peedual-IRES),分别转染CHO-K1SV细胞后,通过GS加压和流式细胞术（在488 nm波长的激发光下能检测到EGFP绿色荧光）双筛选系统快速有效获得了稳定高效表达目的蛋白的细胞系.应用SDS-PAGE、Western印迹和ELISA检测细胞系目的蛋白的表达及差异,并通过HepG-2细胞糖吸收模型进行蛋白活性检测.研究结果表明：两个筛选系统结合使用,更好更快地筛选到了稳定转染并高效表达目的蛋白的细胞系,而且与单基因的载体相比,双基因载体Peedual-IRES在操作条件一致的情况下,目的蛋白表达量显著提高且均具有生物活性.本研究建立了省时、高效的真核表达平台,为FGF-21在真核水平上的高表达提供了一个新的方法.立了省时、高效的真核表达平台,为FGF-21在真核水平上的高表达提供了一个新的方法.     

高效可溶性重组蛋白表达载体的构建

本研究构建了两种高效表达可溶性重组蛋白的原核表达载体。一种载体由HisSUMO序列与pET30a(+)载体连接而成(命名为HisSUMO Express),表达的融合蛋白用Ni-NTA纯化,用SUMO蛋白酶I切割后可获得不留任何残基的重组蛋白。SUMO-蛋白酶I价格较贵,为减少表达蛋白的成本,第二种载体即在His-SUMO和目的序列之间加入羟胺切割位点(命名为HisSUMO Economic)。在HisSUMO Economic中表达的融合蛋白用Ni-NTA纯化,羟胺液切割后可获得仅留一个甘氨酸残基的重组蛋白。以在常规表达载体中难以表达的鼠源成纤维细胞生长因子-21(mFGF-21)为例,经葡萄糖消耗实验检测其活性,验证两种表达载体的效果。结果表明mFGF-21在两种载体中均获得了高效表达,融合蛋白占菌体总蛋白的40%以上,Ni-NTA纯化后的融合蛋白分别利用羟胺切割液和SUMO蛋白酶I切割,纯化的mFGF-21成熟蛋白回收量约为54mg/L,回收率约为6%。经两种载体表达后的mFGF-21蛋白均具有生物学活性,可促进脂肪细胞消耗葡萄糖,为进一步研究提供了基础。     

融合蛋白GST-Ulp1p在大肠杆菌中的高效可溶性表达及其活性鉴定

利用基因工程技术,体外重组小分子类泛素修饰蛋白酶1(Ulp1)的活性片段,获得高表达、高特异性重组蛋白酶。从酿酒酵母Saccharomyces cerevisia中提取Ulp1编码第403到621个氨基酸残基之间的DNA片段(Ulp1p),在其C端加入6×His并连接到大肠杆菌表达载体pGEX中,构建重组表达质粒pGEX-Ulp1p-his6。将重组质粒转化至大肠杆菌Rosetta(DE3)中,氨苄青霉素抗性筛选转化子。表达、纯化后,以SUMO融合蛋白检测其活性。经过优化,该蛋白可溶性表达,表达量占菌体总蛋白的40.12%。可通过谷胱甘肽琼脂糖凝胶柱或Ni-NTA凝胶亲和层析纯化得到纯度98%的蛋白。经酶切分析,比活力为1.375×104U/mg。融合蛋白GST-Ulp1p-His6无需切除谷胱甘肽S-转移酶(GST)标签,具有很高的活性,制备简易;6×His标签,有利于底物蛋白切割后纯化,减少蛋白损失。本研究为制备高活力的SUMO蛋白酶提供了一个新方法。     

成纤维细胞生长因子(FGF)-21改善胰岛素抵抗肝细胞对葡萄糖的吸收和肝糖原的合成

在体外建立胰岛素抵抗肝细胞模型,探讨在胰岛素抵抗状态下成纤维细胞生长因子(FGF)-21对模型细胞糖代谢的影响及机制．将HepG2细胞置于10^-7 mol/L 的胰岛素培养基中培养24 h,建立胰岛素抵抗细胞模型．分别用不同浓度的胰岛素和FGF-21处理模型细胞,采用葡萄糖氧化酶-过氧化物酶(GOD-POD)法检测细胞对葡萄糖的摄取情况,并检查胰岛素与FGF-21的协同作用．利用实时荧光定量PCR检测FGF-21对模型细胞葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)mRNA表达的影响,蒽酮法检测模型细胞糖原合成量,探讨FGF-21对胰岛素抵抗细胞模型葡萄糖摄取的影响及机制．结果发现,用高浓度胰岛素处理HepG2细胞24 h后,细胞对胰岛素的敏感性显著降低,说明成功建立了胰岛素抵抗细胞模型,抵抗状态可维持48 h,未发现细胞形态学变化．FGF-21能改善胰岛素抵抗模型细胞的葡萄糖摄取,参与肝糖原的合成,并与胰岛素产生协同作用．实时荧光定量PCR结果发现,FGF-21作用模型细胞后,细胞的GLUT1 mRNA表达量显著增加,说明FGF-21促进模型细胞摄取葡萄糖的作用机制与其增加GLUT1的表达有关．     

鼠源成纤维细胞生长因子-21对脂肪细胞糖代谢的作用

成纤维细胞生长因子-21(FGF-21)是FGF家族的成员之一．近年发现FGF-21是一种新的代谢调节因子．从小鼠肝脏克隆FGF-21 cDNA,经测序正确后亚克隆至具有羟胺切割位点的小泛素相关修饰物表达载体上,转化宿主菌Rosetta,得到的转化子经IPTG诱导后获得稳定、高效、可溶的表达产物．表达产物经羟胺切割、透析、复性、柱层析纯化后,在每升宿主菌中可获得4 mg纯度为95%的成熟鼠源FGF-21蛋白,利用葡萄糖氧化酶-过氧化物酶(POD-GOD)法在小鼠3T3-L1脂肪细胞中进行生物学活性检测．结果表明,鼠源FGF-21具有促进脂肪细胞吸收葡萄糖的作用,短期作用(1 h)与胰岛素相似,长期作用(8和12 h)明显优于胰岛素．这一结果为以鼠源FGF-21为模型进一步研究FGF-21的生物学活性及其在糖代谢方面的作用机理奠定了基础．