胰島B細(xì)胞去分化

1、糖尿病治療的新希望2型糖尿病胰島細(xì)胞去分化的研究進(jìn)展內(nèi)分泌科12型糖尿病發(fā)病機(jī)制新進(jìn)展2一.糖尿病發(fā)病病理生理學(xué)機(jī)制演變從“三重奏”到“八重奏”3T2DM的病理生理機(jī)制最初為 肝糖生成增加 肌肉葡萄糖攝取減少引發(fā)的胰島素抵抗 胰島細(xì)胞功能受損DeFronzo教授認(rèn)為除了這三個(gè)方面外,還有更多的組織器官參與了糖尿病的病理生理過(guò)程三重奏4不協(xié)調(diào)的四重奏脂代謝紊亂 脂肪組織也存在胰島素抵抗，使脂肪細(xì)胞的脂解作用增強(qiáng)，游離脂肪酸（ FFA）釋放入血增多，成為T(mén)2DM的第4種病理生理機(jī)制FFA增加在2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制中居于核心地位,它能夠引起： 細(xì)胞胰島素分泌缺陷 增加肝糖輸出 減少肌肉組織對(duì)葡萄糖的

2、攝取5精粹的五重奏腸促胰素（GLP-1）作用減弱腸促胰島素效應(yīng)減弱 IGT及T2DM患者餐后 GLP-1分泌減少 糖依賴性胰島素釋放肽(GIP)水平升高使得GLP-1類似物應(yīng)運(yùn)而生6六重奏 七重奏胰島細(xì)胞分泌胰高血糖素增多 2型糖尿病患者基礎(chǔ)胰高血糖素水平增高,會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)肝糖輸出增加腎小管對(duì)葡萄糖的重吸收增加 腎小管對(duì)葡萄糖的重吸收與鈉依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-2(SGLT-2)有關(guān),而2型糖尿病患者的SGLT-2增加,葡萄糖重吸收增加7八 中樞神經(jīng)遞質(zhì)功能障礙下丘腦對(duì)血糖的調(diào)控紊亂 下丘腦在調(diào)節(jié)能量攝入和飲食行為中發(fā)揮著重要作用。研究顯示,與身材較瘦的人比較,肥胖者攝入葡萄糖后下丘腦室旁核和腹正

3、中核的抑制顯著減弱,并且達(dá)到最大抑制的時(shí)間明顯延遲。 8DeFronzo教授將所有這些影響2型糖尿病高血糖形成的因素稱為糖尿病 -生理病理 “惡兆八重奏”“八重奏”進(jìn)一步揭示了2型糖尿病病理生理的復(fù)雜性,為臨床用藥帶來(lái)了新的思考9糖尿病的患病率在全球范圍內(nèi)迅速上升，預(yù)計(jì)到2035年糖尿病患者人數(shù)將增加到5.91億，其中9O為2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)。眾所周知胰島細(xì)胞功能減退是T2DM 的主要病因之一，當(dāng)確診T2DM時(shí)胰島 細(xì)胞功能大約僅為正常的5O%，Guariguata LGlobal estimates of diabetes prevale

4、nce for 2013and projections for 2035JDiabetes Res Clin Pract，2014，103(2)：137-14910既往認(rèn)為胰島 細(xì)胞衰竭是外源性胰島素需求不斷增加的病理基礎(chǔ)。有學(xué)者認(rèn)為胰島 細(xì)胞功能衰竭由于期凋亡增加，導(dǎo)致總胰島細(xì)胞數(shù)量減少。胰島 細(xì)胞的再生功能較差，因此，凋亡增加是其數(shù)量減少的主要因素。導(dǎo)致胰島 細(xì)胞凋亡的分子水平因素眾多，主要的機(jī)制包括：糖毒性、脂毒性、胰淀粉樣變等。11在自然病程中，胰島 細(xì)胞功能將進(jìn)行性下降 。之前普遍認(rèn)為糖尿病患者胰島功能降低是由于胰島 細(xì)胞的過(guò)早凋亡，但通過(guò)尸檢發(fā)現(xiàn)T2DM患者胰腺中細(xì)胞雖然數(shù)量有所減

5、少但與功能減退程度不成比例，最新研究發(fā)現(xiàn)糖尿病動(dòng)物模型胰島細(xì)胞功能衰竭的主要原因是去分化而非凋亡。Butler PC，Meier JJ，Butler AE，Bhushan AThe replicationof beta cells in normal physiology，in disease and for therapyJNat Clin Pract Endocrinol Metab，2007，3(11)：75876812二.細(xì)胞分化的基本概念在個(gè)體發(fā)育中, 細(xì)胞的后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過(guò)程稱為細(xì)胞分化(differentiation)，其本質(zhì)是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，即基因表達(dá)

6、調(diào)控的結(jié)果。 細(xì)胞分化的關(guān)鍵在于組織特異性基因在時(shí)間、空間上的選擇性表達(dá)，導(dǎo)致特異性蛋白質(zhì)的合成。細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。13受精卵有絲分裂細(xì)胞分化肌肉 細(xì)胞正常情況下，細(xì)胞的分化是不可逆的？受精卵有絲分裂細(xì)胞分化肌肉 細(xì)胞衰老、死亡14生物體的正常發(fā)育，是細(xì)胞在分化過(guò)程受到高度精巧的嚴(yán)格控制下發(fā)生的子代細(xì)胞親代細(xì)胞分裂分化組織細(xì)胞衰老、死亡15分化細(xì)胞具有以下四個(gè)特點(diǎn)：個(gè)體中所有不同種類細(xì)胞的遺傳背景完全一樣。分化細(xì)胞彼此之間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能方面的不同是由于其擁有不同的蛋白質(zhì)所致。細(xì)胞分化中最顯著的特點(diǎn)是分化狀態(tài)的穩(wěn)定性。雖然細(xì)胞分化是一種相對(duì)穩(wěn)定和持久的過(guò)程, 但是在一定的條件下

7、, 細(xì)胞分化又是可逆的。16一種類型的分化細(xì)胞轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細(xì)胞現(xiàn)象稱轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation） 轉(zhuǎn)分化經(jīng)歷去分化（dedifferentiation）和再分化（Redifferentiation）的過(guò)程。 17轉(zhuǎn)分化與再生一種類型的分化細(xì)胞轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細(xì)胞現(xiàn)象稱轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation）。 轉(zhuǎn)分化經(jīng)歷去分化（dedifferentiation）和再分化（Redifferentiation）的過(guò)程。 生物界普遍存在再生現(xiàn)象（regeneration），再生是指生物體缺失部分后重建過(guò)程，廣義的再生可包括分子水平、細(xì)胞水平、組織與器

8、官水平及整體水平的再生。 不同的細(xì)胞有機(jī)體，其再生能力有明顯的差異。包括生理性再生和修復(fù)性再生18 可逆性（能去分化和轉(zhuǎn)分化） 去分化:分化細(xì)胞失去原有的分化結(jié)構(gòu)和功能成為具有未分化細(xì)胞特性的過(guò)程。隨后可導(dǎo)致細(xì)胞再分化成另一種細(xì)胞。 轉(zhuǎn)分化:已分化細(xì)胞經(jīng)去分化后再分化成另一種細(xì)胞的變化過(guò)程。表皮細(xì)胞在過(guò)量維生素A的作用下可以轉(zhuǎn)分化為粘液細(xì)胞；眼視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞可以轉(zhuǎn)分化為神經(jīng)上皮細(xì)胞。 在一定條件下，細(xì)胞分化是可逆的。 植物細(xì)胞的去分化,低等動(dòng)物的再生現(xiàn)象（轉(zhuǎn)分化）。 19三.細(xì)胞細(xì)胞去分化胰島細(xì)胞去分化的概念最早在1999年被提出。2004年，Gershengorn等在體外培養(yǎng)的人胰島細(xì)胞

9、中觀察到胰島 細(xì)胞去分化現(xiàn)象,胰島 細(xì)胞去分化是指基因表達(dá)和結(jié)構(gòu)功能蛋白的變化使胰島 細(xì)胞的表型發(fā)生改變，使得已經(jīng)分化或部分分化成熟的正常胰島細(xì)胞反向褪去成熟細(xì)胞的特征，進(jìn)而喪失部分或全部胰島素分泌能力。Ashery Padan R，Marquardt T，Zhou X ，et a1 Pax6 activity in thelens primordium is required for lens formation and for correct placement of a single retina in the eyeJGenes Dev，2000，14 (21)：2701271l20細(xì)

10、胞分化的調(diào)控可以在不同的水平上進(jìn)行，即轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平以及蛋白質(zhì)形成后活性調(diào)節(jié)水平等。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在某基因上游特異核苷酸序列上調(diào)控其基因的轉(zhuǎn)錄。細(xì)胞包括3種必需的轉(zhuǎn)錄因子，即叉頭轉(zhuǎn)錄因子O1（FoxO1）、NK6 轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)1（NKX6.1）、肌腱膜纖維肉瘤癌基因同系物A（M AFA)）。21對(duì)叉頭轉(zhuǎn)錄因子O1（FoxO1）敲除小鼠世系追蹤法發(fā)現(xiàn)其 細(xì)胞發(fā)生去分化而不是丟失，去分化后的細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有多項(xiàng)分化潛能的內(nèi)分泌祖細(xì)胞樣細(xì)胞，失去其特異性的細(xì)胞表型和內(nèi)分泌能力，最終導(dǎo)致胰島細(xì)胞功能下降。22多種機(jī)制均可引起細(xì)胞去分化，如氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和缺氧應(yīng)激，進(jìn)而導(dǎo)致 細(xì)

11、胞功能減退，其與細(xì)胞上FoxO1活性降低直接相關(guān)。FoxO1的失活和降解，促進(jìn)了細(xì)胞的去分化，加速了T2DM 的發(fā)生發(fā)展。23NKX6.1是一個(gè)特異表達(dá)于成熟 細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子，對(duì) 細(xì)胞的發(fā)育、終末分化和功能起著重要的作用。Sander等發(fā)現(xiàn)敲除NKX6.1的轉(zhuǎn)基因小鼠其功能性 細(xì)胞減少9O%以上。Taylor BI ，Liu FF，Sander MNKX61 is essential formaintaining the functional state of pancreatic 8 cellsJCellRep，2013，4(6)：1262127524Cinti等近期研究發(fā)現(xiàn)正常對(duì)照組Fox

12、O1分布在細(xì)胞的胞漿中，NKX6.1分布在胞核內(nèi)；糖尿病組FoxO1逐漸從胞漿中消失，NKX6.1由胞核內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)移至胞漿中，兩種轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)均明顯下降，且細(xì)胞不再具有胰島素分泌功能。FoxO1的減少和NKX6.1由胞核轉(zhuǎn)至胞漿中體現(xiàn)了細(xì)胞去分化的特征。 25MAFA是一種具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子，可調(diào)控胰島素的合成、分泌和糖代謝等相關(guān)基因的表達(dá)，對(duì)維持成年胰腺結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用 ，并且MAFA是唯一能將內(nèi)分泌祖細(xì)胞分化成細(xì)胞的激活因子。Talchai等發(fā)現(xiàn)胰島 細(xì)胞發(fā)生去分化與轉(zhuǎn)錄因子MAFA的減少有一定相關(guān)性。26四.B細(xì)胞去分化與T2DM的發(fā)生胰島 細(xì)胞分泌的胰島素和a細(xì)胞

13、分泌的胰高血糖素，當(dāng)機(jī)體處于高血糖時(shí)胰高血糖素的分泌將減少，胰島素的分泌增加；反之，當(dāng)機(jī)體低血糖時(shí)，胰高血糖素分泌增加，胰島素的分泌受到抑制。a細(xì)胞和 細(xì)胞功能異常均可導(dǎo)致血糖水平的異常。正常情況下兩者處于平衡使機(jī)體血糖處于穩(wěn)態(tài)。27動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，去分化后的胰島細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為具有多項(xiàng)分化潛能的內(nèi)分泌前體細(xì)胞或分化成其他類型的胰島細(xì)胞如a、 ：及PP細(xì)胞 ，從而導(dǎo)致體內(nèi)胰島素分泌減少及胰高糖素分泌增加，最終導(dǎo)致血糖升高。28Cinti等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在T2DM 患者胰腺組織中ALDH1A3為對(duì)照組的3倍，ALDH1A3是胰島 細(xì)胞前體細(xì)胞標(biāo)志物，大量存在于人類胚胎期的胰腺中，T2DM患者胰腺組織中

14、ALDHIA3明顯增多，再次肯定了胰島 細(xì)胞發(fā)生了去分化。29 Cinti等將胰腺組織中突觸素(synaptophysin，Syn)表達(dá)陽(yáng)性，而胰島素(insulin)、胰高血糖素(glucagon，Gcg)、胰多肽(pancreaticpolypeptide，PP)、生長(zhǎng)抑素(somatostatin，Ssn)和胃饑餓素(Ghrelin)等表達(dá)陰性的細(xì)胞定義為去分化細(xì)胞。結(jié)果顯示，T2DM 患者胰島內(nèi)分泌細(xì)胞的數(shù)量與對(duì)照組沒(méi)有明顯差異，但是T2DM 組胰島素陽(yáng)性細(xì)胞減少了32% ，去分化細(xì)胞的數(shù)量增加了61%；30糖尿病患者血糖升高的原因之一是細(xì)胞發(fā)生去分化后一部分再分化為a細(xì)胞，胰高血糖素

15、陽(yáng)性細(xì)胞增加了68% 。通過(guò)線性回歸分析發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)蝹€(gè)胰島-葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌功能與去分化評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明胰島細(xì)胞去分化程度越高，胰島素分泌功能下降越明顯。31五.B細(xì)胞功能有無(wú)逆轉(zhuǎn)的可能?雖然去分化的細(xì)胞具有轉(zhuǎn)化或分化的特性，但并未有退行性改變及凋亡，因此去分化的 細(xì)胞能否逆分化并重新具有內(nèi)分泌功能成為研究熱點(diǎn)。一些學(xué)者認(rèn)為T(mén)2DM高血糖狀態(tài)是由于胰島 細(xì)胞超負(fù)荷分泌導(dǎo)致 細(xì)胞“筋疲力盡”所致，可以通過(guò)外源胰島素治療讓細(xì)胞得到充分“休息”來(lái)恢復(fù)細(xì)胞功能。在高血糖的壓力下，胰島 細(xì)胞并沒(méi)有死亡，只是短暫的失去了功能，在驅(qū)除高糖毒性后，細(xì)胞可以在很大程度上得到恢復(fù)。32由此，Wang等提出 細(xì)

16、胞去分化有可能是可逆的，其極有可能是在各種應(yīng)激作用下的一種應(yīng)對(duì)方式，在應(yīng)用胰島素治療后去分化的細(xì)胞可逆分化，并重新具有內(nèi)分泌功能。 332014年Wang等也發(fā)現(xiàn)，胰島細(xì)胞去分化是可逆的，在給予胰島素治療后，已去分化的細(xì)胞可重新分化為成熟的具有分泌功能的胰島細(xì)胞。而經(jīng)胰島素治療的K-GOF糖尿病小鼠 細(xì)胞功能可逐漸恢復(fù)，胰島素分泌量較前明顯增多。在應(yīng)用胰島素之前糖尿病小鼠胰高糖素免疫反應(yīng)陽(yáng)性區(qū)域明顯增加，血漿胰高血糖素水平升高；但經(jīng)過(guò)胰島素治療后胰高血糖素得到大幅度逆轉(zhuǎn)，分泌胰島素量增加而且磺脲類藥物的療效也明顯增強(qiáng)，在應(yīng)用胰島素之前被標(biāo)記為去分化的細(xì)胞也恢復(fù)正常。Schisler JC，Je

17、nsen PB，Taylor DG ，et a1The Nkx61 homeodomaintranscription factor suppresses glucagon expression and regulates glucosestimulated insulin secretion in islet beta cellsJPNAS，2005，102(20)：7297730234研究還發(fā)現(xiàn)通過(guò)胰島素治療逆分化的 細(xì)胞與去分化的細(xì)胞具有相同的基因，這更有力地證明了逆分化的 細(xì)胞來(lái)源于之前去分化的細(xì)胞。這也可以解釋為什么初發(fā)T2DM 通過(guò)短期胰島素強(qiáng)化治療，可以解除高糖毒性，快速恢復(fù)胰島

18、細(xì)胞功能，從而達(dá)到糖尿病緩解。35也有研究表明口服降糖藥例如瑞格列奈或瑞格列奈聯(lián)合二甲雙胍等在T2DM診斷初期可獲得與胰島素相似的強(qiáng)化降糖作用。但口服降糖藥物是否也可將去分化的細(xì)胞逆分化，使其恢復(fù)原有的內(nèi)分泌功能，還有待探究。36胰島 細(xì)胞去分化的過(guò)程可能是可逆的，這為通過(guò)延緩胰島細(xì)胞衰竭來(lái)預(yù)防和治療糖尿病提供了更多可能。已有研究表明，在大鼠模型中，胃旁路手術(shù)后（減肥手術(shù)）可改善胰島 細(xì)胞去分化程度，機(jī)制尚不明確。Qian B，Zhou X，Li B，et a1Reduction of pancreatic beta-celldedifferentiation after gastric bypass surgery in diabetic ratsJM o1 Cell Biol，2014，6：53153437六. 小 結(jié) 細(xì)胞的去分化是引起胰島細(xì)胞功能衰竭的主要原因，其與 細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控密切相關(guān)。T2DM 患者胰島細(xì)胞去分化明顯增加，且去分化程度越高胰島素分泌功能下降越明顯。38而疾病早期，解除高糖毒性后，胰島 細(xì)胞去分化過(guò)程可逆的，這也提示在治療早期應(yīng)更積極控制血糖，以幫助患者恢復(fù)部分胰島 細(xì)胞功能；提示為