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近日，加拿大英属哥伦比亚大学和温哥华海岸健康研究所的James D.Johnson、Jelena Kolic研究团队，与加拿大阿尔伯塔大学等单位合作，在Cell Metabolism杂志发表了一篇题为《Proteomic predictors of individualized nutrient-specific insulin secretion in health and disease》的研究论文。这篇文章对来自非糖尿病（ND）和2型糖尿病（T2D）人类胰岛在三大主要宏量营养素——碳水化合物、蛋白质和脂质影响下的胰岛素分泌动力学进行了综合分析。
研究表明，众所周知，葡萄糖能驱动胰岛素分泌，以维持能量的平衡。然而，蛋白质和脂肪是否也能调节胰岛素的释放，这个问题并未被充分研究。迄今为止，非碳水化合物营养素对胰岛素分泌的影响尚不明确，因此，揭示人体对碳水化合物、蛋白质和脂肪的胰岛素分泌反应变化和机制具有重要意义。
在2016年至2022年间，研究人员系统性地测量了来自140名供体的胰岛对不同营养素刺激的胰岛素分泌反应，包括碳水化合物（15或6 mM葡萄糖）、氨基酸（5 mM亮氨酸）和脂质（1.5 mM油酸/棕榈酸混合物）。结果证实，碳水化合物是最强的胰岛素促分泌剂，其次是氨基酸，然后是脂肪。值得注意的是，T2D患者的胰岛在葡萄糖和脂肪酸刺激下胰岛素分泌量减少，但在氨基酸刺激下未出现显著差异。
为了更深入理解ND和T2D患者胰岛的分泌反应与基因表达变化之间的关系，研究团队对这些胰岛进行了全面的转录组和蛋白质组学分析。通过RNA测序和质谱法，识别了与葡萄糖刺激的胰岛素分泌相关的关键蛋白，包括ARG2、NAT8L、HADH、PPM1K、AMACR、PFKFB2、G6PC2、ERO1B、OTULINL、ATP2A3和CASR等。这些数据揭示了不同个体的胰岛在营养素刺激下胰岛素分泌反应存在显著个体差异，尤其是一些胰岛对脂肪酸的反应甚至比葡萄糖更强烈，这一发现打破了传统观念。
研究团队利用共表达网络分析，进一步揭示了与胰岛功能紧密相关的蛋白质网络，共识别出18个关键的蛋白质模块，其中9个直接与胰岛功能相关。这些模块主要涉及细胞骨架、线粒体代谢、胰岛素加工等关键过程。在蛋白质运输和定位中起作用的模块，与KCl刺激的胰岛素分泌呈正相关，但与脂质刺激的胰岛素分泌呈负相关，这表明人类胰岛中的这些蛋白质网络模块支持对不同刺激源的差异化反应。
研究还分析了mRNA和蛋白质丰度与胰岛特征的关联，尤其关注与功能的关系。例如，胰岛供体的年龄与涉及溶酶体降解、细胞衰老、炎症等蛋白质的丰度呈正相关，而糖化血红蛋白水平相关的蛋白质则涉及癌症进展等，这可能与血糖控制不佳和多种癌症风险增加有关。
这项研究显示，脂质作为胰岛素释放的重要调节因子，确定了与总体胰岛分泌能力相关的关键蛋白质。研究团队还建立了一个在线资源，可以显示检测到的蛋白质、供体特征和胰岛功能之间的关系。
有趣的是，对于高胰岛素血症相关健康问题，这项研究确定了碳水化合物、蛋白质和脂质三种营养素的胰岛素分泌反应，并搭建了www.humanislets.com在线数据平台。研究还表明9%的供体胰岛对氨基酸有反应，8%的供体胰岛对脂肪酸反应强于其对葡萄糖的反应，这可能与β细胞的不成熟有关。这项研究为个性化的营养治疗奠定了基础。
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