最新成果 | 黄荷凤院士团队揭示FSH调节胰岛素分泌和糖稳态新机制

2023年11月1日，复旦大学附属妇产科医院和生殖与发育研究院黄荷凤院士团队在Nature Communications杂志上发表题为Follicle-stimulating Hormone Orchestrates Glucose-stimulated Insulin Secretion of Pancreatic Islets的研究论文，首次揭示了卵泡刺激素（Follicle-stimulating hormone, FSH）对胰岛素分泌的调控新机制，以及FSH升高是围绝经女性糖尿病易感性的重要诱因。

FSH是由垂体前叶分泌的一种促性腺激素，在生殖活动中发挥重要作用，调节生殖细胞生长和性激素合成。FSH结合并激活FSH受体（FSHR）发挥生物学效应，FSHR属于7跨膜G蛋白偶联受体（GPCR）家族，敲除小鼠FSH β亚基或FSHR基因导致显著的生殖障碍。传统观念认为，FSH仅是一种重要的生殖激素。近10年对FSH及其受体深入研究发现，FSHR在性腺外组织如破骨细胞、脂肪细胞和神经细胞均表达，FSH通过FSHR起到调节骨量、脂质代谢和调控认知功能等。

值得关注的是，大量流行病学研究表明，围绝经期和绝经后女性发生糖尿病、代谢综合征的风险显著增加。女性围绝经期卵巢功能衰竭，雌激素水平下降，血清FSH急剧升高，以往认为雌激素水平降低是导致绝经后女性糖尿病发生的主要原因，但临床证据表明绝经期女性激素替代治疗后仍然存在糖耐量异常风险。这一现象提示，围绝经女性糖尿病易感性可能存在其他因素。黄荷凤教授团队多年来关注FSH在围绝经期疾病中的作用，在本研究中以FSH和FSHR为切入点，从糖代谢主要靶器官胰腺入手，解析了FSH调控胰岛素分泌的机制，以及在绝经期女性糖尿病发病中的作用。

研究人员从mRNA和蛋白水平多层面首次证实了在人和小鼠的胰岛β细胞中表达FSHR。根据女性不同生理阶段血清FSH水平，设定从0~100 IU/L不同的FSH浓度进行胰岛体外实验，发现FSH刺激并不直接影响胰岛素的分泌，但FSH可协同葡萄糖刺激胰岛素分泌。这种协同效应呈现钟型曲线效应：低浓度FSH（0-10 IU/L）以剂量依赖性的方式促进葡萄糖刺激胰岛素分泌（Glucose-stimulated insulin secretion, GSIS），高浓度（＞10 IU/L）FSH以剂量依赖性的方式降低GSIS。敲除小鼠胰岛或敲降MIN6细胞上的FSHR时，FSH对于GSIS的调节作用消失。研究人员进一步利用FSHR敲除和胰岛特异性FSHR敲除小鼠进行体内功能研究，发现阻断FSH/FSHR信号会诱导小鼠发生因胰岛素分泌不足所导致的糖耐量异常。研究数据显示FSH通过FSHR实现对GSIS的调节作用，而这种调节功能因FSH水平呈现“钟型曲线”效应。

FSHR是经典的G蛋白偶联受体（GPCR），该类受体在胰岛β细胞中通过cAMP-PKA依赖性信号调控胰岛素颗粒出胞。为了进一步探究FSH对于GSIS调节机制，研究人员检测了在高糖条件下，不同浓度FSH刺激下MIN6细胞内cAMP含量及其下游PKA蛋白的活性，结果显示低浓度FSH（0-10 IU/L）以剂量依赖性的方式增加胞内cAMP含量及PKA蛋白的活性，高浓度FSH （＞10 IU/L）以剂量依赖性的方式降低胞内cAMP含量和PKA蛋白的活性。PKA特异性抑制剂可以阻断FSH对于GSIS的调节作用。此外，在高糖条件下，10 IU/L FSH处理组的MIN6细胞胰岛素分泌水平以及细胞内钙离子水平显著高于0 IU/L FSH组和100 IU/L FSH组，而使用细胞膜钙离子通道抑制剂verapamil后，细胞内钙离子水平均无差异。这些结果说明FSH调控GSIS的机制可能与cAMP/PKA信号通路以及胞内钙离子信号有关。

既往生殖细胞的研究发现，FSHR可通过偶联Gαs或者Gαi蛋白进行信号传递。研究人员进一步使用Gαs蛋白特异性抑制剂NF449预处理MIN6细胞，发现10 IU/L FSH组和100 IU/L FSH组细胞中cAMP含量、GSIS能力显著性降低，提示FSHR可能与Gαs蛋白偶联。使用Gαi蛋白特异性抑制剂PTX预处理MIN6细胞，发现仅100 IU/L FSH组细胞中cAMP含量和GSIS能力显著性升高，而0 IU/L FSH组和10 IU/L FSH组细胞中cAMP含量和GSIS能力无明显变化。通常情况下，GPCR通过偶联单一类型G蛋白的经典途径传递信号。而上述结果提示，胰岛β细胞FSHR可能同时与Gαs和Gαi蛋白偶联通过非经典信号途径调控GSIS，在低浓度FSH刺激下激活Gαs促进GSIS，高浓度的FSH同时激活Gαi减弱对GSIS的促进作用。

通过上述FSH对GSIS的调控模式，可以发现低浓度FSH（< 10 IU/L）对促进GSIS和糖稳态具有重要作用，而过高的FSH水平不利于糖稳态。在临床上，围绝经和绝经女性FSH水平急剧升高，甚至可达10倍以上。研究人员又进一步利用卵巢摘除小鼠模型模拟绝经状态，并通过雌激素补充的方法排除雌激素干扰，发现高水平的FSH诱导小鼠胰岛素分泌不足和糖耐量异常。这些结果均提示FSH对于维持机体糖代谢稳态具有重要作用，绝经期女性糖尿病发生风险增加很可能与体内急剧升高的FSH水平有关。这一发现为深入了解围绝经期女性糖尿病发病的分子机制和寻求潜在的药物靶点提供重要的科学依据。

综上，该研究首次报到了在人和小鼠胰岛β细胞中表达FSHR，FSH结合FSHR，通过cAMP-PKA和胞内钙信号，调控葡萄糖刺激胰岛素分泌。因不同浓度FSH结合FSHR后，偶联激活的G蛋白亚基不同（Gαs和Gαi）， 使FSH对胰岛素分泌的调控呈“钟型曲线”改变。该研究提出的FSH/FSHR-Gαs/Gαi-cAMP-PKA和胞内钙信号这一功能轴不仅阐明了FSH调控GSIS的分子机制，也为绝经后糖尿病临床研究和治疗策略提供了新视角和途径。

复旦大学附属妇产科医院和生殖与发育研究院、教育部生殖遗传重点实验室黄荷凤院士和丁国莲教授、浙江大学医学院附属第四医院盛建中教授为该论文的共同通讯作者，复旦大学附属妇产科医院和生殖与发育研究院程旖博士后和朱虹博士为该文的共同第一作者。