Pancreatic beta cells produce and release insulin, a hormone that regulates blood glucose levels, and their dysfunction contributes to the development of diabetes mellitus. Zinc deficiency and inorganic arsenic exposure both independently associate with the development of diabetes, although the effects of their combination on pancreatic beta cell health and function remain unknown. We hypothesized zinc deficiency increases the toxicity associated with arsenic exposure, causing an increased susceptibility to DNA damage and disruption of insulin production. Zinc deficiency decreased cell proliferation by 30% in pancreatic INS-1 rat insulinoma cells. Arsenic exposure (0, 50 or 500 ppb exposures) significantly decreased cell proliferation, and increased mRNA levels of genes involved in stress response (Mt1, Mt2, Hmox1) and DNA damage (p53, Ogg1). When co-exposed to both zinc deficiency and arsenic, zinc deficiency attenuated this response to arsenic, decreasing the expression of Mt1, Hmox1, and Ogg1, and significantly increasing DNA double-strand breaks 2.9-fold. Arsenic exposure decreased insulin expression, but co-exposure did not decrease insulin levels beyond the arsenic alone condition, but did result in a further 33% decline in cell proliferation at the 500 ppb arsenic dose, and a significant increase in beta cell apoptosis. These results suggest zinc deficiency and arsenic, both independently and in combination, adversely affect pancreatic beta cell health and both factors should be considered in the evaluation of health outcomes for susceptible populations.

中文翻译：

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锌缺乏会改变胰腺β细胞（INS-1）对砷暴露的敏感性。

胰岛β细胞产生并释放胰岛素，胰岛素是一种调节血糖水平的激素，其功能障碍有助于糖尿病的发展。锌缺乏和无机砷暴露都独立地与糖尿病的发展有关，尽管它们的组合对胰腺β细胞健康和功能的影响尚不清楚。我们假设锌缺乏会增加与砷暴露相关的毒性，从而导致对DNA损伤和胰岛素生产中断的敏感性增加。锌缺乏会使胰腺INS-1大鼠胰岛素瘤细胞的细胞增殖降低30％。砷暴露（0、50或500 ppb暴露）显着降低了细胞增殖，并增加了与应激反应（Mt1，Mt2，Hmox1）和DNA损伤（p53，Ogg1）有关的基因的mRNA水平。当同时暴露于锌缺乏和砷中时，锌缺乏会减弱对砷的这种反应，从而降低Mt1，Hmox1和Ogg1的表达，并显着增加DNA双链断裂2.9倍。砷暴露降低了胰岛素的表达，但同时暴露并未使胰岛素水平降低至超出单独的砷条件，但确实导致了在500 ppb砷剂量下细胞增殖进一步下降33％，以及β细胞凋亡显着增加。这些结果表明锌缺乏和砷，无论是单独还是结合使用，都会对胰腺β细胞的健康产生不利影响，在评估易感人群的健康结局时应考虑这两个因素。降低Mt1，Hmox1和Ogg1的表达，并显着增加DNA双链断裂2.9倍。砷暴露降低了胰岛素的表达，但同时暴露并未使胰岛素水平降低至超出单独的砷条件，但确实导致了在500 ppb砷剂量下细胞增殖进一步下降33％，以及β细胞凋亡显着增加。这些结果表明锌缺乏和砷，无论是单独还是结合使用，都会对胰腺β细胞的健康产生不利影响，在评估易感人群的健康结局时应考虑这两个因素。降低Mt1，Hmox1和Ogg1的表达，并显着增加DNA双链断裂2.9倍。砷暴露降低了胰岛素的表达，但同时暴露并未使胰岛素水平降低至超出单独的砷条件，但确实导致了在500 ppb砷剂量下细胞增殖进一步下降33％，以及β细胞凋亡显着增加。这些结果表明锌缺乏和砷，无论是单独还是结合使用，都会对胰腺β细胞的健康产生不利影响，在评估易感人群的健康结局时应考虑这两个因素。但确实导致砷浓度为500 ppb时，细胞增殖进一步下降了33％，β细胞凋亡也显着增加。这些结果表明锌缺乏和砷，无论是单独还是结合使用，都会对胰腺β细胞的健康产生不利影响，在评估易感人群的健康结局时应考虑这两个因素。但确实导致砷浓度为500 ppb时，细胞增殖进一步下降了33％，β细胞凋亡也显着增加。这些结果表明锌缺乏和砷，无论是单独还是结合使用，都会对胰腺β细胞的健康产生不利影响，在评估易感人群的健康结局时应考虑这两个因素。