您的当前位置:首页正文

2型糖尿病胰岛β细胞去分化的研究进展

2023-05-14 来源:步旅网
《临床荟萃》2017年6月5日第32卷第6期Clinical Focus,June 5,2017,Vol 32,No.6 .综述. 2型糖尿病胰岛l3细胞去分化的研究进展 于 磊,季 虹,刘宽芝 (河北医科大学第三医院内分泌一科,河北石家庄050000) 摘要:2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一种以慢性高血糖为主要特征的代谢性疾病,胰岛0细胞 功能障碍是其主要病因之一,但参与p细胞功能减退的机制目前尚不清楚。近来研究表明多种原因可促使胰岛p细 胞发生去分化,去分化的p细胞转化为具有多种分化潜能的内分泌前体细胞或分化成其他类型的胰岛细胞,从而失去 其特异的细胞表型和内分泌能力,最终导致胰岛p细胞功能下降。此发现对阻止和逆转口细胞功能进行性下降、延缓 T2DM的发生提供了新思路。 关键词:糖尿病,2型;胰岛8细胞;去分化 中图分类号:R587.1 文献标志码:A文章编号:1004—583X(2O17)06—0541—04 doi:10.3969/j.issn.1004—583X.2017.06.022 糖尿病是危害人类健康的重大疾病之一,已经 成为全球第3位威胁人类健康的慢性杀手口],其患 FoxO1是叉头转录因子家族的重要成员,哺乳 动物细胞表达4种FoxO亚型:FoxO1、FoxO3、 病率在全球范围内迅速上升,预计到2035年糖尿病 FoxO4和FoxO6,其中FoxO1在肝脏、脂肪组织和 患者人数将增加到5.91亿[2],其中9O%为2型糖尿 胰腺G细胞中含量最多_g]。FoxO1是胰岛素/胰岛 病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)。众所周知胰 素样生长因子(IGF-1)一磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)一蛋 岛J3细胞功能减退是T2DM的主要病因之一,当确 诊T2DM时胰岛I3细胞功能大约仅为正常的5O , 在自然病程中,胰岛8细胞功能将进行性下降 ]。之 白激酶B(Akt)信号路径的下游效应分子,通过调节 细胞的氧化应激、增殖及凋亡等多种生理过程,参与 机体的生长发育、代谢及肿瘤形成[】 。近期一些研 前普遍认为糖尿病患者胰岛功能降低是由于胰岛J3 究发现FoxO1在维持细胞分化上同样发挥着重要作 细胞的过早凋亡[4],但通过尸检发现T2DM患者胰 用。Talchai等[6 通过观察发现正常血糖小鼠(血糖 腺中B细胞虽然数量有所减少但与功能减退程度不 ≤150 mg/d1)胰岛G细胞中FoxO1仅局限于胞浆 成比例[5],最新研究发现糖尿病动物模型胰岛8细胞 中;当轻度高血糖时(血糖150~250 mg/d1),在G细 功能衰竭的主要原因是去分化而非凋亡[6]。本文对 糖尿病胰岛j3细胞去分化相关研究进展进行综述。 1转录因子与p细胞去分化 胞胞核中发现少量FoxO1,这与Kitamura等[11]研 究FoxO1在长期氧化应激作用下在8细胞中发生由 胞浆至胞核的转移结果相一致;随着血糖逐渐升高 (血糖≥500 mg/d1),FoxO1失去了免疫荧光活性同 时J3细胞丧失了胰岛素分泌功能。为了进一步确定 FoxO1是否参与胰腺B细胞分化过程,Talchai等 通过敲除胰岛I3细胞FoxO1基因的小鼠发现,一般 细胞分化的调控可以在不同的水平上进行:转 录水平、翻译水平以及蛋白质形成后活性调节水平 等,其中转录水平的调控对细胞分化起着重要作用。 转录水平的调控是通过转录因子结合在某基因上游 特异核苷酸序列上调控其基因的转录。在啮齿类动 物,B细胞包括3种必需的转录因子,即叉头转录因 子O1(forkhead box transcription factor O1, 情况下小鼠处于健康状态,其糖耐量及口细胞内分 泌功能均正常,然而在高龄或多次生产等8细胞高 代谢情况下糖耐量严重受损,胰岛素分泌减少,胰高 FoxO1)E63,NK6转录因子相关1(NK6 血糖素分泌增加,并且小鼠胰岛素原转换酶的表达 也明显减少;对多产次FoxO1敲除小鼠世系追踪法 发现其8细胞发生去分化而不是丢失,去分化后的 transcription factor related,locus 1,NKX6.1) 和 肌腱膜纤维肉瘤癌基因同系物A(v—maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene 细胞转化为具有多项分化潜能的内分泌祖细胞样细 胞,失去其特异性的细胞表型和内分泌能力,最终导 homologue A,MAFA)E83 通信作者:刘宽芝,Email:liu—kuanzhi@163.corn 致胰岛J3细胞功能下降。由此可见FoxO1参与了抑 制p细胞去分化,FoxO1活性降低介导的胰岛 细 《临床荟萃》2017年6月5日第32卷第6期 ical Focus,June ! !, ! : 胞去分化是胰岛8细胞功能减退的一个重要病理生 理基础。多种机制均可引起l3细胞去分化,如氧化 敲除MAFA基因后小鼠胰岛发育未受到影响,但胰 岛细胞失去分泌胰岛素的功能 。之前普遍认为 应激、内质网应激和缺氧应激,进而导致G细胞功能 减退,其与J3细胞上FoxO1活性降低直接相关口 。 在T2DM发病机制中FoxO1主要以磷酸化和乙酰 MAFA特异的存在于I3细胞中,但近期Guo等 在 a细胞中也发现了转录因子MAFA,所以MAFA是 8细胞所必需的转录因子但并不具有特异性。 2 B细胞去分化与T2DM 化发挥作用口 。长期高糖环境引起的各种应激和炎 症因子作用下,受PI3K/Akt调节的FoxO磷酸化是 FoxO磷酸化的主要方式,磷酸化的FoxO蛋白与细 胞核中的伴侣蛋白14—3—3结合,促进FoxO从细胞 核转移至细胞浆,在细胞浆中伴侣蛋白14—3—3将 FoxO核定位信号封闭,使其定位于细胞浆中, FoxO1的核定位减少,其转录活性也随之下降口 。 同样在氧化应激作用下,FoxO1通过Cbp/p300反式 激活子1乙酰化,由于乙酰化发生于DNA结合区, 使得FoxO1转录因子与DNA的结合活性和结合力 降低,进而FoxO1的转录活性降低,并且乙酰化的 FoxO1更容易发生磷酸化,容易被泛素化和降 解 引。FoxO1的失活和降解,促进了B细胞的去分 化,加速了T2DM的发生发展。 NKX6.1是一个特异表达于成熟8细胞的转录 因子,对J3细胞的发育、终末分化和功能起着重要的 作用[a6-17]。Sander等口8]发现敲除NKX6.1的转基因 小鼠其功能性B细胞减少9O 以上,而其他类型胰 岛细胞的发育未受到明显的影响。并且当NKX6.1 高表达时可显著抑制胰高糖素基因,从而有利于胰 岛素转录活性l_】 。Cinti等_2o]近期研究发现正常对 照组FoxO1分布在j3细胞的胞浆中,NKX6.1分布 在胞核内;糖尿病组FoxO1逐渐从胞浆中消失, NKX6.1由胞核内逐渐转移至胞浆中,两种转录因子 的表达均明显下降,且J3细胞不再具有胰岛素分泌 功能。FoxO1的减少和NKX6.1由胞核转至胞浆中 体现了J3细胞去分化的特征。 MAFA是一种具有亮氨酸拉链结构的转录因 子,是巨噬细胞激活因子(macrophage activating {actor,MaD家族一员,可调控胰岛素的合成、分泌和 糖代谢等相关基因的表达,对维持成年胰腺结构和 功能稳定发挥着重要作用L2 ,并且MAFA是唯一能 将内分泌祖细胞分化成8细胞的激活因子 。 Talchai等 ]发现胰岛8细胞发生去分化与转录因子 MAFA的减少有一定相关性。发生去分化的J3细胞 中神经元素3(Ngn3)、Sox一9、八聚体结合转录因子 4(Oct一4)、L—Myc等多潜能标志物的前体细胞表达 增加的同时,p细胞中MAFA等标志物表达减少。 T2DM是一种以慢性高血糖为主要特征的代谢 性疾病,胰岛8细胞分泌的胰岛素和a细胞分泌的胰 高血糖素是调节血糖的主要激素。当机体处于高血 糖时胰高血糖素的分泌将减少,胰岛素的分泌增加; 反之,当机体低血糖时,胰高血糖素分泌增加,胰岛 素的分泌受到抑制。a细胞和』3细胞功能异常均可 导致血糖水平的异常。正常情况下两者处于平衡使 机体血糖处于稳态 。之前动物研究发现,去分化 后的胰岛8细胞可转化为具有多项分化潜能的内分 泌前体细胞或分化成其他类型的胰岛细胞如a、6及 PP细胞 ],从而导致体内胰岛素分泌减少及胰高血 糖素分泌增加,最终导致血糖升高。随后Cinti等口。。 又对来自15例T2DM患者和15例非糖尿病器官捐 赠者的胰腺组织开展了相关研究,结果发现,在 T2DM患者胰腺组织中ALDH1A3为对照组的3 倍,AI DH1A3是胰岛l3细胞前体细胞标志物,大量 存在于人类胚胎期的胰腺中l_2 ,T2DM患者胰腺组 织中ALDHIA3明显增多,再次肯定了胰岛l3细胞 发生了去分化。Cinti等 。=将胰腺组织中突触素 (synaptophysin,Syn)表达阳性,而胰岛素(insulin)、 胰高血糖素(glucagon,Gcg)、胰多肽(pancreatic polypeptide,PP)、生长抑素(somatostatin,Ssn)和 胃饥饿素(Ghrelin)等表达阴性的细胞定义为去分化 细胞。结果显示,T2DM患者胰岛内分泌细胞的数 量与对照组没有明显差异,但是T2DM组胰岛素阳 性细胞减少了32 ,胰高血糖素阳性细胞增加了 68 ,Syn与胰岛素双阳性细胞的数量减少了26 , 而Syn阳性同时Gcg/Ssn/PP阳性细胞的数量增加 了36 ,总之去分化细胞的数量增加了61 。12 的胰高血糖素阳性细胞胞浆中存在J3细胞特定的转 录因子FoxO1。由此可见,糖尿病患者血糖升高的 原因之一是G细胞发生去分化后一部分再分化为a 细胞。为了验证此推论,Cinti等『2叩收集了更多的样 本数,发现T2DM组中a细胞特定的转录因子 ARXl2。 和J3细胞特定的转录因子FoxO1同时存在 于15 的胰高血糖素阳性细胞,是对照组的7倍,但 这些细胞中的FoxO1没有活性,从而可以肯定一部 《临床荟萃》2017年6月5日第32卷第6期Clinical Focus,June 5,2017,Vol 32,No.6 分t3细胞丧失了FoxO1的功能,并转化为a细胞分 的内分泌功能,还有待探究。 泌胰高血糖素,这一结果可以解释在T2DM初期会 4小结 伴有空腹或餐后胰高血糖素水平的相对或绝对升 p细胞的去分化是引起胰岛p细胞功能衰竭的 主要原因,其与J3细胞转录因子的调控密切相关。 T2DM患者胰岛J3细胞去分化明显增加,且去分化 程度越高胰岛素分泌功能下降越明显。阻止胰岛J3 细胞功能进行性下降和恢复口细胞功能是一切研究 的目的,预防p细胞去分化和逆转已经去分化的p细 高[2 。还观察到有7.5 的Ssn阳性细胞胞浆中含 有NKX6.1,从而推测一部分t3细胞转化为分泌Ssn 的细胞。通过线性回归分析发现,单个胰岛葡萄糖 诱导的胰岛素分泌功能与去分化评分呈负相关,说 明胰岛t3细胞去分化程度越高,胰岛素分泌功能下 降越明显。 3 p细胞功能有无逆转的可能? 虽然去分化的J3细胞具有转化或分化的特性, 但并未有退行性改变及凋亡,因此去分化的t3细胞 能否逆分化并重新具有内分泌功能成为研究热点。 一些学者认为T2DM高血糖状态是由于胰岛B细胞 超负荷分泌导致B细胞“筋疲力尽”所致,可以通过 外源胰岛素治疗让J3细胞得到充分“休息”来恢复 细胞功能L2。 。在高血糖的压力下,胰岛t3细胞并 没有死亡,只是短暂的失去了功能,在驱除高糖毒性 后,t3细胞可以在很大程度上得到恢复。由此Wang 等[3。。提出B细胞去分化有可能是可逆的,其极有可 能是在各种应激作用下的一种应对方式,在应用胰 岛素治疗后去分化的l3细胞可逆分化,并重新具有 内分泌功能。随后Wang等将K—GOF糖尿病小鼠 动物模型分为未治疗组和胰岛素治疗组,发现未经 治疗的K—GOF糖尿病小鼠胰腺组织中J3细胞构架 破坏明显,胰岛素分泌明显减少;而经胰岛素治疗的 K—GOF糖尿病小鼠J3细胞功能可逐渐恢复,胰岛素 分泌量较前明显增多。在应用胰岛素之前糖尿病小 鼠胰高糖素免疫反应阳性区域明显增加,血浆胰高 血糖素水平升高;但经过胰岛素治疗后胰高血糖素 得到大幅度逆转,分泌胰岛素量增加而且磺脲类药 物的疗效也明显增强,在应用胰岛素之前被标记为 去分化的细胞也恢复正常。研究还发现通过胰岛素 治疗逆分化的G细胞与去分化的8细胞具有相同的 基因,这更有力地证明了逆分化的0细胞来源于之 前去分化的B细胞,而不是胰腺导管和腺泡细胞。 这也可以解释为什么初发T2DM通过短期胰岛素强 化治疗,可以解除高糖毒性,快速恢复胰岛B细胞功 能,从而达到糖尿病缓解_3 。引。 目前也有研究表明口服降糖药例如瑞格列奈或 瑞格列奈联合二甲双胍等在T2DM诊断初期可获得 与胰岛素相似的强化降糖作用 引。但口服降糖药物 是否也可将去分化的B细胞逆分化,使其恢复原有 胞可作为治疗靶点开发新型抗糖尿病药物。 参考文献: Eli吴孟水,宁翠利,刘宽芝.i21服降糖药物:您用对了吗?[J].临 床荟萃,2016,31(8):912,918. E2]Guariguata L.Global estimates of diabetes prevalence for 2013 and projections for 2035[J].Diabetes Res Clin Pract,2014, 103(2):137-149. [3]UK Prospective Diabetes Study(UKPDS)Group.Effect of intensive blood—glucose control with metformin on complications in overweight patients with type 2 diabetes( UKPDS 3 4)[J].Lancet,1998,352(9131):854—865. [43 Rhodes CJ.Type 2 diabetes a matter of beta cell life and death [J].Science,2005,307(57O8):380—384. E5]Butler PC,Meier JJ,Butler AE,Bhushan A.The replication of beta cells in normal physiology,in disease and for therapy [J].Nat Clin Pract Endocrinol Metab,2007,3(11):758— 768. [6]Talchai C,Xuan S,Lin HV,Sussel L.Pancreatic beta cell dedifferentiation as a mechanism of diabetic beta cell failure [J].Cell,2012,150(6):1223—1234. [7]Taylor BL,Liu FF,Sander M.NKX6.1 is essential for maintaining the functional state of pancreatic 13cells[J].Cell Rep,2013,4(6):1262—1275. Es]Guo S,Dai c,Guo M,et a1.Inactivation of specific 8 cell transcription factors in type 2 diabetes[J].J Clin Invest,2013, 123(8):3305—3316. [9]Daitoku H,Sakamaki J,Fukamizu A.Regulation of FoxO transcription factors by acetylation and protein-protein interactions[J].Biochim Biophys Acta,2011,1813(11): 1954-1960. [10]Eijkelenboom A, Burgering BM. FOXOs: signalling integrators for homeostasis maintenance[J].Nat Rev Mol Ctll Biol,2013,14(2):83—97. [11]Kitamura YI,Kitamura T,Kruse jp,et a1.FoxO1 protects against pancreatic beta cell failure through NeuroD and MafA induction[J].Cell Metab,2005,2(3):153—163. [12] 徐敏,王威.FOXO1因子与8细胞功能障碍关系研究进展[J]. 中国基层医药,2015,22(12):1904—1905. [13]黄宁,李文佳,安利国.FoxO1的功能及其与人类疾病的关系 [J].生命科学,2012,24(4):334—339. [14]陈锦文,王卓飞,铁璐.转录因子Fox01在糖尿病中的作用研 ・ 544 ・ 《临床荟萃》2017年6月5日第32卷第6期niClical F ! , , !! ! ! . 究[J].生理科学进展,2014,45(1):55—6O. [15]Buteau J,Accili D.Regulation of pancreatic ̄t—cell function by the forkhead protein FoxO1_J].Diabetes Obes Meteb,2007,9 (Suppl 2):140一I46. acomantonio CA,et a1.Aldehyde [251 Marcato P,Dean CA,Gidehydrogenase:its role as a cancer stem cell marker comes downtothe specificisoform[J].Cell Cycle,20I1,10(9):1378— 1384. [16]邢小娟,效梅,丹慧国.胰岛发育相关的转录因子[J].中国细胞 生物学学报,2013,35(6):852—856. jker HS,Ravelli RB,Mommaas—Kienhuis AM,et a1. [26] SpiConversion of mature human 8一cells into glucagon—producing [17]Taylor BI ,Liu FF,Sander M.NKX6.1 is essential for maintaining the functional state of pancreatic 8 cells[J].Cell Rep,2013,4(6):1262—1275. cells[J].Diabetes,2013,62(7):247卜2480. ng BE,Foley JE.Ahren B.acell function in health and [27] Dunnidisease:influence of glucagon—like peptide.1[J].Diabetologia, 2005,48(9):l700—1713. [18]Sander M,Sussel L,Conners J,et a1.Homeobox gene NKX6.1 lies downstream of Nkx2.2 in the major pathway of beta—cell varsson M,Sundkvist G,Lager I,et a1.Effects of insulin [28] Alvs.glibenclamide in recently diagnosed patients with type 2 formation in the pancreas[J].Development,2000,127(24): 5533—5540. diabetes:a 4-year follow—up[J].Diabetes Obes Metab,2008, 10(6):421—429. [19]Doyle MJ,1 oomis ZI ,Sussel 1 .Nkx2.2-repressor activity is sufficient to specify{alpha}一cells and a small number of [29] 李玉坤.正确认识胰岛素[J].临床荟萃,2016,31(5):566 568. (beta}一cells in the pancreatic islet[J].Development,2007,134 (3):5l5-523. chols CG,et a1.Pancreatic 8~cell [3O] Wang Z,York NW,Nidedifferentiation in diabetes and re~differentiation following [2o]Cinti F,Bouchi R,Kim—Muller JY,et a1.Evidence of beta—cell dedifferentiation in human type 2 diabetes[J].J Clin Endocrinol Metab,2016,101(3):1044—1054. insulin therapy[J ̄.Cell Metab,2014,19(5):872—882. [31] IA Y,Xu W,Liao Z,et a1.Induction of long—term glyeemic control in newly diagnosed type 2 diabetic patients is associated 221]Lazo—de—la—Vega—Monroy MI , Fernandez—Mejia C. Transcription factors in the adult beta cell[J].Rev Invest Clin, 2009,61(5):428—446. with improvement of t3-cell funtion[J].Diabetes Care,2004,27 (11):2597-2602. [22]杜少斐,袁慧娟.PDX1、MafA、Ngn3及其联合作用的研究进 展[J].中国实用医刊,2014,41(11):87—88. [23] 赵勇,王道荣,汤东,等.MafA基因治疗糖尿病的研究进展 [J].中国现代普通外科进展,2009,35(6):852—856. [24]Quesada I,Tuduri E,Ripoll C,et a1.Physiology of the pancreatica—cell and glucagon secretion:role in glucose amer CK,Zjoman B,Relnakaran R.Short—term intensive [32] Krinsulin therapy in type 2 diabetes mellitus:a svstematic review and meta—analysis ̄J].Lancet Diabetes Endocrinol,2013,l(1): 28-34. [331 石勇铨.能否用口服降糖药进行强化[J].糖尿病天地(临床), 2O15,9(6):329-331. homeostasis and diabetes[J].J Endocrinol,2008,199:5-19. 收稿日期:2016—11 16编辑:张卫国 (上接第540页) [31]Salmean YA,Segal MS,Langkamp—Henken B,et a1.Foods with added fiber lower serum creatinine levels in patients with amelioration of azotemia in 5/6th nephrectomized Sprague Dawley rats.[J].Scientific World Journal,2005,24(5):652— 66O. chronic kidney disease[J].J Ren Nutr,2013,23(2):e29一 e32. [35] 贺丽娟,蒋哲峰,蒋云生,等.乳酸菌对肠粘膜通透性及中小 分子尿毒素清除的影响[J].中国血液净化,2008,7(2):78 80. randa Alatriste PV,Urbina Arronte R,Gmez Espinosa [32] MiCO,et a1.Effect of probiotics on human blood urea levels in [36] 蒋红利,魏萌,刘华,等.益生菌对尿毒症大鼠肠道紧密连接 和免疫功能调控的影响[J].临床医学研究与实践,2016,1 (2):l一4. patients with chronic renal failure[J].Nutr Hosp,2014,29 (3):582—590. [33] Ranganathan N,Ranganathan P,Friedman EA,et a1.Pilot study of probiotic dietary supplementation for promoting healthy kidney function in patients with chronic kidney disease [37] Wang IK,Lai HC,Yu CJ,et a1.Real—time PCR analysis of the intestinal microbiotas in peritoneal dialysis patients[J]. Appl Environ Microbiol,2012,78(4):1107—11l2. [J].Adv Ther,2010,27(9):634—647. [34] Ranganathan N,Patel B,Ranganathan P,et a1.Probiotic 收稿日期:2017-03—21编辑:王秋红 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容