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胰岛素是参与机体血糖稳态调节的重要激素之一，它能促进肌肉、脂肪组织摄取和利用葡萄糖，抑制肝脏的葡萄糖异生，是机体具有降血糖作用的主要激素。胰岛素由胰岛β细胞合成和分泌，β细胞数目减少或其胰岛素分泌障碍均可导致体内胰岛素的分泌不足，严重时引发糖尿病。但是对于β细胞功能及其调控的生理、病理机制目前仍不十分清楚。果糖1,6-二磷酸酶（FBPase）是葡萄糖异生作用重要的限速酶之一，在机体内源性葡萄糖的合成、输出及调控中发挥重要作用。FBPase分1、2两个亚型，分别主要表达于肝脏和肌肉。作为葡萄糖异生中的重要受控环节，FBPase与葡萄糖在细胞内的代谢状态关系密切，它与糖酵解中的限速酶—6-磷酸果糖激酶（PFK）协同，决定了细胞内6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖间的动态转化，以及葡萄糖在酵解与异生间的动态平衡。胰岛素分泌作为一种“代谢—分泌耦联”的生物学过程，也与β细胞内葡萄糖的代谢调控紧密联系，但是FBPase在其中的作用却一直被人们所忽视。因此本课题的第一部分，我们首先对FBPase在β细胞内的生理功能进行了研究。结果显示，生理状态下小鼠β细胞内主要表达的是1型FBPase（FBP1）；利用RNA干扰技术降低小鼠β细胞系MIN6细胞中FBP1的表达可以促进其葡萄糖刺激的胰岛素分泌，过表达FBP1则抑制其分泌；使用FBPase特异性抑制剂MB05032抑制其活性，可以增加小鼠胰岛β细胞的葡萄糖利用率，葡萄糖刺激的ATP产生，以及葡萄糖刺激的胰岛素分泌；给予小鼠MB05032的前体药物MB06322同样可以增强其体内葡萄糖刺激的胰岛素分泌能力，并改善其葡萄糖耐受性。上述结果表明FBP1在β细胞内有重要的生物学功能，是其生理状态下葡萄糖刺激胰岛素分泌的一个重要负调节因子。我们前期的研究发现，一种含有BTB结构域的新型锌指蛋白ZBTB20在血糖调控中发挥了重要的作用，ZBTB20全身基因敲除的小鼠表现出严重的糖代谢紊乱。利用本实验室自制的ZBTB20单克隆抗体，对小鼠胰腺组织进行免疫组织化学染色，发现ZBTB20在胰岛β细胞中高表达。考虑到β细胞胰岛素分泌在血糖调节中的重要性，在本课题的第二、三部分，我们建立了ZBTB20的β细胞特异性基因敲除小鼠模型，并以此为主要平台，着重对ZBTB20在β细胞内的功能及其调控进行了研究。结果显示，敲除小鼠β细胞的分化发育正常，但有高空腹血糖、低空腹血胰岛素、葡萄糖耐量受损、葡萄糖刺激胰岛素分泌不足的表现；分离小鼠胰岛进行体外实验显示，敲除小鼠胰岛葡萄糖利用率、葡萄糖刺激的ATP生成及胰岛素分泌低下，但在高钾刺激下的胰岛素分泌正常。上述结果显示敲除小鼠存在葡萄糖代谢异常，葡萄糖刺激的胰岛分泌障碍，原因与敲除小鼠β细胞内葡萄糖利用障碍有关。为了阐明ZBTB20基因缺陷导致β细胞胰岛素分泌障碍的机制，我们对敲除小鼠及对照小鼠β细胞内差异表达的基因进行了分析。结合生物化学与分子生物学、细胞生物学及组织学等实验手段，从体内和体外水平，我们发现葡萄糖异生的重要限速酶—FBP1在ZBTB20特异性敲除小鼠β细胞中的表达显著升高。结合第一部分的实验结果，我们推测ZBTB20基因缺陷导致β细胞胰岛素分泌障碍的原因与FBP1的表达异常增高有关。而使用FBPase特异性抑制MB05032可以很好地改善敲除小鼠胰岛葡萄糖利用、ATP生成及胰岛素分泌障碍，进一步验证了这一推断。随后的染色质免疫共沉淀实验及报告基因分析显示，ZBTB20能够结合到fbp1基因的启动子区域，且ZBTB20能够抑制FBP1启动子报告基因的活性，说明ZBTB20对FBP1基因的表达有调节作用。综合上述结果，我们发现：1.FBP1是生理状态下，调节β细胞葡萄糖代谢及胰岛素分泌重要负调控因子；2.锌指蛋白ZBTB20对β细胞胰岛素分泌也有重要的调节作用；3.ZBTB20主要通过调控FBP1基因的表达调节胰岛素的分泌，并且这种表达调控的方式是转录抑制。