胰岛B细胞去分化.ppt

糖尿病治疗的新希望2型糖尿病胰岛细胞去分化的研究进展第三军医大学西南医院内分泌科2型糖尿病发病机制新进展型糖尿病发病机制新进展一一.糖尿病发病糖尿病发病病理生理学机制演变病理生理学机制演变从从“三重奏三重奏”到到“八重奏八重奏”T2DM的病理生理机制最初为 肝糖生成增加肝糖生成增加 肌肉葡萄糖摄取减少引发的胰岛素抵抗肌肉葡萄糖摄取减少引发的胰岛素抵抗 胰岛胰岛细胞功能受损细胞功能受损DeFronzo教授认为除了这三个方面外,还有更多的组织器官参与了糖尿病的病理生理过程三三重重奏奏不协调的四重奏脂代谢紊乱 脂肪组织也存在胰岛素抵抗，使脂肪细胞的脂解作用增强，游离脂肪酸（游离脂肪酸（FFAFFA）释放入血增多）释放入血增多，成为T2DM的第第4 4种种病理生理机制FFA增加在2型糖尿病的发病机制中居于核心地位,它能够引起：细胞胰岛素分泌缺陷细胞胰岛素分泌缺陷 增加肝糖输出增加肝糖输出 减少肌肉组织对葡萄糖的摄取减少肌肉组织对葡萄糖的摄取精粹的五重奏肠促胰素（GLP-1）作用减弱肠促胰岛素效应减弱肠促胰岛素效应减弱 IGT及T2DM患者餐后 GLP-1GLP-1分泌减少分泌减少 糖依赖性胰岛素释放肽(GIP)水平升高使得GLP-1类似物应运而生六重奏六重奏 七重奏七重奏胰岛胰岛细胞细胞分泌分泌胰高血糖素增多胰高血糖素增多 2型糖尿病患者基础胰高血糖素水平增高,会导致基础肝糖输出增加肾小管对葡萄糖的肾小管对葡萄糖的重吸收增加重吸收增加 肾小管对葡萄糖的重吸收与钠依赖性葡萄糖转运蛋白-2(SGLT-2)有关,而2型糖尿病患者的SGLT-2增加,葡萄糖重吸收增加八 中枢神经递质功能障碍下丘脑对血糖的调控紊乱下丘脑对血糖的调控紊乱 下丘脑在调节能量摄入和饮食行为中发挥着重要作用。研究显示,与身材较瘦的人比较,肥胖者肥胖者摄入葡萄糖后下丘脑室旁核和腹正中核的抑制显著减弱抑制显著减弱,并且达到最大抑制的时间明显延迟。DeFronzo教授将所有这些影响2型糖尿病高血糖形成的因素称为糖尿病 -生理病理“恶兆八重奏恶兆八重奏”“八重奏”进一步揭示了2型糖尿病病理生理的复杂性复杂性,为临床用药带来了新的思考糖尿病的患病率在全球范围内迅速上升，预计到2035年糖尿病患者人数将增加到5.91亿，其中9O9O为为2 2型糖尿病型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)。众所周知胰岛细胞功能减退是T2DM 的主要病因之一，当确诊T2DM时胰岛 细胞功能大约仅为正常的5O%，Guariguata LGlobal estimates of diabetes prevalence for 2013and projections for 2035JDiabetes Res Clin Pract，2014，103(2)：137-149既往认为既往认为胰岛 细胞衰竭是外源性胰岛素需求不断增加的病理基础。有学者认为胰岛 细胞功能衰竭由于期凋亡增加，导致总胰岛细胞数量减少。胰岛 细胞的再生功能较差再生功能较差，因此，凋亡增加是其数量减少的主要因素。导致胰岛 细胞凋亡的分子水平因素众多，主要的机制包括：糖毒性、脂毒性、胰淀粉样变糖毒性、脂毒性、胰淀粉样变等。在自然病程中，胰岛 细胞功能将进行性下降。之前普遍认为糖尿病患者胰岛功能降低是由于胰岛 细胞的过早凋亡，但通过尸检发现T2DM患者胰腺中细胞虽然数量有所减少但与功能减退程度不成比例，最新研究发现最新研究发现糖尿病动物模型胰岛细胞功能衰竭的主要原因是去分化去分化而非凋亡。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)：758768二.细胞分化的基本概念在个体发育中,细胞的后代在形态、结构形态、结构和功能上和功能上发生差异的过程差异的过程称为细胞分化(differentiation)，其本质是基因选择性表达的结果，即基因表达调控的结果。细胞分化的关键在于组织特异性基因在时间、空间上的选择性表达，导致特异性蛋白质的合成。细胞分化是基因选择性表达的结果细胞分化是基因选择性表达的结果。受精卵受精卵有丝有丝分裂分裂细胞细胞分化分化肌肉肌肉 细胞细胞正常情况下，细胞的分化是不可逆的正常情况下，细胞的分化是不可逆的受精卵受精卵有丝有丝分裂分裂细胞细胞分化分化肌肉肌肉 细胞细胞衰老、死亡衰老、死亡生物体的正常发育，是细胞在分化过程受到生物体的正常发育，是细胞在分化过程受到高度精巧的严格控制下高度精巧的严格控制下发生的发生的子代细胞子代细胞亲代细胞亲代细胞分裂分裂分化分化组织细胞组织细胞衰老、死亡衰老、死亡分化细胞具有以下四个特点：个体中所有不同种类细胞的遗传背景完全一样。分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面的不同是由于其拥有不同的蛋白质所致。细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定性。虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程,但是在一定的条件下,细胞分化又是可逆的可逆的。一种类型的分化细胞转变成另另一种类型的分化细胞现象称转分化转分化（transdifferentiation）转分化经历去分化（dedifferentiation）和再再分化分化（Redifferentiation）的过程。18转分化与再生转分化与再生一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化（transdifferentiation）。转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化（Redifferentiation）的过程。生物界普遍存在再生现象再生现象（regeneration），再生是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。包括生理性再生生理性再生和和修复性再生修复性再生 可逆性（可逆性（能能去分化和转分化）去分化和转分化）去分化去分化:分化细胞分化细胞失去原有的分化结构和功能失去原有的分化结构和功能成为成为具有未分化细胞特性的过程。随后可导致细胞再分化成具有未分化细胞特性的过程。随后可导致细胞再分化成另一种细胞。另一种细胞。转分化转分化:已分化细胞已分化细胞经去分化后经去分化后再分化成另一种细再分化成另一种细胞的变化过程。表皮细胞在过量维生素胞的变化过程。表皮细胞在过量维生素A A的作用下可以的作用下可以转分化为粘液细胞；眼视网膜色素上皮细胞可以转分化转分化为粘液细胞；眼视网膜色素上皮细胞可以转分化为神经上皮细胞。为神经上皮细胞。在一定条件下，细胞分化是可逆的。在一定条件下，细胞分化是可逆的。植物细胞的植物细胞的去分化去分化,低等动物的再生现象（转分化）。低等动物的再生现象（转分化）。三.细胞细胞去分化细胞细胞去分化胰岛胰岛细胞细胞去分化的概念最早在1999年被提出。2004年，Gershengorn等在体外培养的人胰岛细胞中观察到胰岛 细胞去分化现象,胰岛 细胞去分化是指基因表达和结构功能蛋白的变化使胰岛 细胞的表型发生改变，使得已经分化或部分分化成熟的正常胰岛细胞反向褪去反向褪去成熟细胞的特征成熟细胞的特征，进而丧失部分或全部胰岛素分泌能力。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)：2701271l细胞分化的调控可以在不同的水平上进行，即转录水平、翻译水平以及蛋白质形成后活性调节水平等。转录水平的调控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。细胞包括3种必需的转录因子，即叉头转录因子O1（FoxO1）、NK6 转录因子相关1（NKX6.1）、肌腱膜纤维肉瘤癌基因同系物A（M AFA)）。对叉头转录因子叉头转录因子O1O1（FoxO1FoxO1）敲除小鼠世系追踪法发现其 细胞发生去分化而不是丢失，去分化后的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，最终导致胰岛细胞功能下降。多种机制多种机制均可引起细胞去分化，如氧化应激、内质网应激和缺氧应激，进而导致 细胞功能减退，其与细胞上FoxO1活性降低直接相关。FoxO1的失活和降解，促进了细胞的去分化，加速了T2DM 的发生发展。NKX6.1NKX6.1是一个特异表达于成熟 细胞的转录因子，对 细胞的发育、终末分化和功能起着重要的作用。Sander等发现敲除NKX6.1的转基因小鼠其功能性 细胞减少9O%以上。Taylor BI，Liu FF，Sander MNKX61 is essential formaintaining the functional state of pancreatic 8 cellsJCellRep，2013，4(6)：12621275Cinti等近期研究发现正常对照组FoxO1分布在细胞的胞浆中，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，且细胞不再具有胰岛素分泌功能。FoxO1FoxO1的减少和的减少和NKX6.1NKX6.1由胞由胞核转至胞浆中核转至胞浆中体现了细胞去分化的特征。MAFAMAFA是一种具有亮氨酸拉链结构的转录因子，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，并且MAFA是唯一能将内分泌祖细胞分化成细胞的激活因子。Talchai等发现胰岛 细胞发生去分化与转录因子MAFA的减少有一定相关性。四.B细胞去分化与T2DM的发生胰岛 细胞分泌的胰岛素和a细胞分泌的胰高血糖素，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 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。动物研究发现，去分化后的胰岛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、：及PP细胞，从而导致体内胰岛素分泌减少及胰高糖素分泌增加，最终导致血糖升高。Cinti等研究结果发现，在T2DM 患者胰腺组织中ALDH1A3为对照组的3倍，ALDH1A3是胰岛 细胞前体细胞标志物，大量存在于人类胚胎期的胰腺中，T2DM患者胰腺组织中ALDHIA3明显增多，再次肯定了胰岛 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(pancreaticpolypeptide，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去分化细胞细胞。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%，去分化细胞的数量增加了61%；糖尿病患者血糖升高的原因之一是细胞发生去分化后一部分再分化为a细胞，胰高血糖素阳性细胞增加了68%。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，说明胰岛细胞去分化程度越高，胰岛素分泌功能下降越明显。五.B细胞功能有无逆转的可能?虽然去分化的细胞具有转化或分化的特性，但并未有退行性改变及凋亡退行性改变及凋亡，因此去分化的 细胞能否逆分化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 细胞超负荷分泌导致 细胞“筋疲力尽”所致，可以通过外源胰岛素治疗让细胞得到充分“休息”来恢复细胞功能。在高血糖的压力下，胰岛 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，细胞可以在很大程度上得到恢复。由此，Wang等提出 细胞去分化有可能去分化有可能是可逆的是可逆的，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细胞可逆分化，并重新具有内分泌功能。2014年Wang等也发现，胰岛细胞去分化是可逆的，在给予胰岛素治疗后，已去分化的细胞可重新分化为成熟的具有分泌功能的胰岛细胞。而经胰岛素治疗的K-GOF糖尿病小鼠 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去分化的细胞也恢复正常。Schisler JC，Jensen PB，Taylor DG，et a1The Nkx61 homeodomaintranscription factor suppresses glucagon expression and regulates glucosestimulated insulin secretion in islet beta cellsJPNAS，2005，102(20)：72977302研究还发现通过胰岛素治疗逆分化的 细胞与去分化的细胞具有相同的基因，这更有力地证明了逆分化的逆分化的 细胞细胞来源于之前来源于之前去分去分化的化的细胞细胞。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 细胞功能，从而达到糖尿病缓解。也有研究表明口服降糖药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。但口服降糖药物是否也可将去分化的细胞逆分化，使其恢复原有的内分泌功能，还有待探究。胰岛 细胞去分化的过程可能是可逆的，这为通过延缓胰岛细胞衰竭来预防和治疗糖尿病提供了更多可能。已有研究表明，在大鼠模型中，胃旁路手术后（减肥手术减肥手术）可改善胰岛 细胞去分化程度，机制尚不明确。Qian B，Zhou X，Li B，et a1Reduction of pancreatic beta-celldedifferentiation after gastric bypass surgery in diabetic ratsJM o1 Cell Biol，2014，6：531534六.小 结 细胞的去分化是引起胰岛细胞功能衰竭的主要原因，其与 细胞转录因子的调控密切相关。T2DM 患者胰岛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。而疾病早期，解除高糖毒性后，胰岛 细胞去分化过程可逆的，这也提示在治疗早期应更积极控制血糖，以帮助患者恢复部分胰岛 细胞功能；提示为预防细胞去分化和逆转已经去分化的细胞,必须早期诊断糖尿病，并积极药物治疗。预防细胞去分化和(或)促进去分化细胞再分化为细胞是T2DM治疗的新靶点，针对 细胞去分化的机制开发新药新药也可能是未来新的发展方向。a向细胞转分化不仅仅是重新获取细胞的方法，同时也减少了a细胞的量，因此能重新取得胰岛素和胰高血糖素的平衡，这对糖尿病有重大意义。目前需要找到能作用于转分化通路的细胞分子，使其促进a向 细胞方向转分化的同时防止细胞的转分化和去分化，最终达到增加和维持细胞量寻找这样的分子和使它们进入胰腺的途径，从而建立胰岛转分化治疗，对于取代基于基因干预基因干预的方法来治疗糖尿病具有重要意义。谢 谢！