胰岛α细胞增殖调控的研究进展_谢静.pdf

中国糖尿病杂志2023年1月第31卷第1期Chin J Diabetes，January 2023，Vol.31，No.1 文献综述 胰岛细胞增殖调控的研究进展谢静冯文利丁云川吴胜亮孙津红【提要】胰高血糖素（GCG）作为胰岛素拮抗调节激素，在 DM 发生发展中起重要作用。目前部分阻断 GCG 受体药物已完成 T2DM 患者期临床试验，降糖效果良好。动物研究中阻断 GCG 信号通路后胰岛 细胞异常增殖，靶向 GCG 信号通路疗效仍存争议。本文对胰岛 细胞增殖调控的研究进展进行综述。【关键词】胰岛 细胞；胰高血糖素；细胞增殖；糖尿病；药物治疗doi：10.3969/j.issn.1006-6187.2023.01.014Research progress in the regulation of islet cell proliferation XIE Jing，FENG Wenli，DING Yunchuan，et al.Department of Endocrinology，Tianjin Medical University Baodi Clinical College，Tianjin 301800，ChinaCorresponding author：FENG Wenli，Email：【Summary】Glucagon（GCG）is an antagonistic regulatory hormone of insulin，which plays an importantrole in the development of diabetes.At present，drugs that partially block the GCG receptor have completedphase II clinical trials in patients with type 2 diabetes mellitus，and all of which have been confirmed to havegood hypoglycemic effect.However，after blocking the GCG signaling pathway in animal studies，abnormalproliferation of islet alpha cells was found，and the therapeutic effect of targeting the GCG signaling pathwayremains controversial.This article reviews the factors affecting islet alpha cell proliferation.【Key words】Islet alpha cells；Glucagon；Cell proliferation；Diabetes Mellitus；Drug therapyT2DM 是以 IR、胰岛素分泌受损和胰高血糖素（GCG）水平升高导致血糖升高为特征的代谢性疾病。临床关注胰岛 细胞、细胞及其分泌的 GCG1。GCG 通过作用于肝脏胰高血糖素受体（GCGR）增加肝糖原分解和糖异生来升高血糖。与野生型小鼠相比，GCGR-/-GCGR 基因敲除（GCGR-/-）小鼠血糖降低，葡萄糖耐量改善2。STZ 破坏小鼠胰岛 细胞模型中，GCGR-/-小鼠未发生致死性 DKA，无高血糖、IGT 或肝糖原耗竭3，揭示了 GCG 在葡萄糖稳态调节中有重要作用。目前已启动阻断 GCGR 临床试验，如使用小分子胰高血糖素受体拮抗剂（GRA），部分已完成T2DM 患者期临床试验显示降糖效果良好4。动物实验中基因敲除、反义寡核苷酸、抗体、拮抗剂等证实，阻断 GCGR信号通路可降低血糖，葡萄糖耐量改善，IS 增强，胰岛 细胞增殖。人体 GCGR 基因失活突变个体也发现胰岛 细胞增殖。GCGR 突变或缺失引起的反应性胰岛 细胞增殖是一种癌前病变，可引起发展缓慢的胰腺神经内分泌肿瘤5。本文对胰岛 细胞增殖调控的研究进展进行综述。一、胰岛 细胞在胰岛内的结构正常胰岛显微解剖结构在种属间存在明显差异6。啮齿类动物胰岛 细胞占胰岛细胞 61%81%，位于胰岛中心，周围由、细胞构成，占比分别为 9%31%和 1%13%。成人胰岛缺乏核心-外套膜结构，大多、及 细胞沿血管分布，无序混杂在胰岛中心和外周，其中 细胞占胰岛内分泌细胞的 28%75%，细胞和 细胞占比分别为 10%65%和 1.2%22%，胰岛核心的 细胞与 细胞比值高于外周，随胰岛直径增加而降低。尽管人胰岛细胞分布较啮齿类动物变异性更广，但二者 细胞在胰腺体内和尾部的含量均高于胰头部7。在 DM 患者或动物模型中，随着病程发展，胰岛 细胞减少，细胞增加，呈现由边缘向中心扩增的趋势，破坏了正常生理条件下的排列顺序，啮齿类动物尤为明显。因此，在正常及 DM 病理情况下研究胰岛 细胞排列，可进一步了解 细胞增殖及胰岛的可塑性。二、年龄因素人胰岛类 细胞寿命与 细胞相似8。正常生理情况基金项目：国家自然科学基金（81900720）；天津市科技计划项目（18JCYBJC93900）作者单位：301800 天津医科大学宝坻临床学院内分泌科（谢静、丁云川、吴胜亮）；天津医科大学总医院内分泌代谢科（冯文利、孙津红）通信作者：冯文利，Email： 67中国糖尿病杂志2023年1月第31卷第1期Chin J Diabetes，January 2023，Vol.31，No.1下胰岛 细胞增殖随年龄增加而降低，婴儿期最高（GCG占比约为 8.93%），青年至成年时期仍有一定增殖能力（GCG 占 比 约 为 3.4%），老 年 期 最 低（GCG 占 比 约 为0%0.42%）9。在青少年和年轻成人 T1DM 患者胰腺样本中发现，部分胰岛内存在一群增殖活跃的 样细胞，基本不表达 GCG，但始终表达成熟 细胞的关键标志物，如转录因子 Aristaless 相关同源异型盒基因（Arx1）、突触素、嗜铬粒蛋白 A 及性别决定区发育转录因子 Y-box 99。胰岛 细胞再生能力受高龄限制，可能与改变成熟 细胞进入和退出细胞周期相似，胰岛 细胞通过细胞增殖自我更新，并不完全依赖于祖细胞群10。为评估衰老对胰岛 细胞适应性增殖的影响，年轻和老年小鼠分别予相同剂量新型GRA，结果显示，与对照组相比，年轻小鼠胰岛 细胞增殖增加 2.5 倍，老年小鼠胰岛 细胞增殖较年轻小鼠低60%10。因此，GRAs 将中老年 T2DM 患者作为目标人群，耐受良好。三、胰岛 细胞及其分泌因子胰岛 细胞通过细胞间黏附分子、表面受体和旁分泌因子与 细胞联系。胰岛 细胞合成并分泌胰岛素和 氨基丁酸（GABA）。胰岛素可结合胰岛 细胞表面胰岛素受体、胰岛素受体底物 2，通过 PI3K-AKT 信号通路激活 细胞中雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路，从而调节胰岛 细胞增殖11。A 型 GABA 受体（GABAARs）是氯离子通道，在胰岛、细胞中均有表达。正常情况下胰岛素结合 细 胞 胰 岛 素 受 体，激 活 PI3K-AKT 信 号 通 路，维 持GABAARs 质膜表达，GABA 通过 GABAARs 诱导膜超极化，经电压门控钙离子通道限制钙离子（Ca2+）进入，降低mTOR 活性并抑制 细胞增殖。新发 T1DM 胰岛 细胞缺失导致胰岛中 GABA 和胰岛素减少，进而导致 细胞增殖12。胰岛 细胞 ephrinA 配体可结合 细胞 Eph 受体A4/7，降低 GCG 分泌水平，对适当调节 GCG 释放至关重要13。Eph-ephrin 还在细胞分化、增殖和凋亡起重要作用，广泛用于肿瘤发生发展和神经损伤再生领域14。推测胰岛、细胞间 Eph/ephrinA 信号通路可能在胰岛 细胞增殖中发挥一定作用。四、三大营养物质及其他因子在 GCGR 基因敲除和 GCGR 单克隆抗体等多个 Gcg信号阻断的小鼠模型中，通过转录组学分析发现，一些与氨基酸分解代谢和转运相关的基因表达发生变化，包括谷氨酰胺（Gls2 和 Slc1a4）、丝氨酸（Sds 和 Sdsl）和精氨酸（Ass1、Asl、Arg1 和 Slc7a2），血清检测氨基酸含量增加 36 倍。体外用不同氨基酸培养基培养小鼠胰岛发现，L-谷氨酰胺可显著刺激胰岛 细胞增殖，且高度增殖的 细胞高表达谷氨酰胺转运蛋白 SLC38A515-16，表明机体存在内分泌反馈系统，即肝 细胞轴17。谷氨酰胺刺激胰岛 细胞增殖与其膜电位和电活动程度、Ca2+内流和 GCG 分泌无关18，可能通过 mTOR/FoxP 控制 细胞增殖来调节 GCG 水平16。TG 代谢调节因子分泌蛋白血管生成素样 4（Angptl-4），过表达导致高甘油三酯血症，表达缺失导致 TG 降低。采用重组 Angptl-4 蛋白处理小鼠可刺激胰岛 细胞增殖，Angptl-4基因敲除可减轻 GCGR-/-小鼠 细胞增殖19。GCGR 单克隆抗体治疗 Angptl-4 基因敲除小鼠显示，胰岛 细胞异常增殖20。与胰岛 细胞相比，细胞对葡萄糖有抵抗性，参与抗氧化防御相关基因（Gpx1、Sod1、Sod2 和 Cat）表达升高21。胰岛、细胞的相反反应可能与叉头/翼状螺旋盒基因 O-1 组（FoxO1）抗氧化信号通路和 PI3K-AKT 通路变化方向不同有关22。活性氧簇可诱导细胞增殖，激活 PI3K-AKT 信号通路23。在胰岛 细胞中，高血糖激活 FoxO1 转录因子，增加抗氧化酶。在胰岛 细胞中，高血糖激活 PI3K-AKT 信号通路，诱导 细胞增殖。某些细胞因子改变对胰岛 细胞增殖产生影响。miR-132-3p 是 细胞增殖正性调节剂24。IL-6 受体在胰岛 细胞中高表达，IL-6 可刺激 细胞增殖，阻止细胞凋亡25。FoxP1、FoxP2 和 FoxP4 通过影响细胞周期激活剂（Ccna2、Ccnb1 和 Ccnd2）和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 Cdkn1a 表达来影响胰岛 细胞增殖26。五、GCGR 是 DM 治疗新靶点T1DM 患者胰岛 细胞数量和功能周期性降低，胰岛 细胞再生可被特定生长因子刺激27。20%新形成的胰岛 细胞可能来源于胰岛 细胞前体28。在胚胎发育过程中，胰岛细胞分化为 Pdx-1 前体细胞后开始合成 GluT2 和神经元生成素 3。Arx1 和对盒基因 4（Pax4）差异表达决定了胰岛、细胞，而 细胞中 Pax4 过表达或 Arx 缺失29均导致 细胞向 细胞转化。阻断 GCG 信号发现 GluT2 在胰岛 细胞质中表达，Pdx-1 在 细胞细胞核和细胞质中表达，GluT2 常存在于胰岛 细胞膜中。GCGR-/-小鼠胰岛 细胞参与胰岛素调控分子，如 Pdx-1、Glut2 和肌腱膜纤维肉瘤癌基因同系物 A 表达水平较低。阻断 GCG 信号可能影响胰岛前体细胞分化的初始阶段，抑制胰岛 细胞成熟，改变 细胞分子特征30。在诱导胰岛 细胞衰竭或 IR 小鼠模型中，GCGR 阻断剂治疗可引起 细胞增殖，增加胰岛素和GCG 双阳性细胞比例，还增加 细胞数量31-32。T2DM 患者 GRA 期临床试验中 HbA1c 降低约 1%33。六、小结GRA 可改善人类血糖，引起胰岛 细胞反应性增殖甚至恶变。今后需进一步验证胰岛 细胞增殖机制，减少临床药物治疗不良反应，减轻靶向 GCG 信号导致的胰岛 细胞增殖。参考文献1 Capozzi ME，DiMarchi RD，Tschop MH，et al.Targeting theincretin/glucagon system with triagonists to treat diabetes.68中国糖尿病杂志2023年1月第31卷第1期Chin J Diabetes，January 2023，Vol.31，No.1Endocr Rev，2018，39：719-738.2 Conarello SL，Jiang G，Mu J，et al.Glucagon receptor knockout miceare resistant to diet-induced obesity and streptozotocin-mediatedbeta cell loss and hyperglycaemia.Diabetologia，2007，50：142-150.3 Lee Y，Berglund ED，Wang MY，et al.Metabolic manifestationsof insulin deficiency do not occur without glucagon action.ProcNatl Acad Sci USA，2012，109：14972-14976.4 Cheng C，Jabri S，Taoka BM，et al.Small molecule glucagonreceptor antagonists：an updated patent review（2015-2019）.Expert Opin Ther Pat，2020，30：509-526.5 Smith DK，Kates L，Durinck S，et al.Elevated serum aminoacids induce a subpopulation of alpha cells to initiate pancreaticneuroendocrine tumor formation.Cell Rep Med，2020，1：100058.6 Lammert E，Thorn P.The Role of the islet niche on beta cellstructure and function.J Mol Biol，2020，432：1407-1418.7 Felix-Martinez GJ，Godinez-Fernandez JR.Comparative analysisof reconstructed architectures from mice and human islets.Islets，2022，14：23-35.8 Cnop M，Igoillo EM，Hughes SJ，et al.Longevity of humanislet alpha-and beta-cells.Diabetes Obes Metab，2011，13：39-46.9 Lam CJ，Cox AR，Jacobson DR，et al.Highly proliferativealpha-cell-relatedisletendocrinecellsinhumanpancreata.Diabetes，2018，67：674-686.10Lam CJ，Rankin MM，King KB，et al.Glucagon receptor antag-onist-stimulated alpha-cell proliferation is severely restricted withadvanced age.Diabetes，2019，68：963-974.11Liu Z，Kim W，Chen Z，et al.Insulin and glucagon regulatepancreatic alpha-cell proliferation.PLoS One，2011，6：e16096.12Feng AL，Xiang YY，Gui L，et al.Paracrine GABA and insulinregulate pancreatic alpha cell proliferation in a mouse model oftype 1 diabetes.Diabetologia，2017，60：1033-1042.13Hutchens T，Piston DW.EphA4 receptor forward signalinginhibits glucagon secretion from alpha-cells.Diabetes，2015，64：3839-3851.14Boyd AW，Bartlett PF，Lackmann M.Therapeutic targeting ofEPH receptors and their ligands.Nat Rev Drug Discov，2014，13：39-62.15Solloway MJ，Madjidi A，Gu C，et al.Glucagon couples hepaticamino acid catabolism to mTOR-dependent regulation of alpha-cellmass.Cell Rep，2015，12：495-510.16Dean ED，Li M，Prasad N，et al.Interrupted glucagon signalingreveals hepatic alpha cell axis and role for L-glutamine in alphacell proliferation.Cell Metab，2017，25：1362-1373.17Dean ED.A primary role for alpha-cells as amino acid sensors.Diabetes，2020，69：542-549.18Kim J，Okamoto H，Huang Z，et al.Amino acid transporterSlc38a5 controls glucagon receptor inhibition-induced pancreaticalpha cell hyperplasia in mice.Cell Metab，2017，25：1348-1361.19Ben-Zvi D，Barrandon O，Hadley S，et al.Angptl4 links alpha-cellproliferation following glucagon receptor inhibition with adiposetissue triglyceride metabolism.Proc Natl Acad Sci USA，2015，112：15498-15503.20Okamoto H，Cavino K，Na E，et al.Angptl4 does not controlhyperglucagonemia or alpha-cell hyperplasia following glucagonreceptor inhibition.Proc Natl Acad Sci USA，2017，114：2747-2752.21Vasu S，Moffett RC，Clenaghan NH，et al.Differential molecularand cellular responses of GLP-1 secreting l-cells and pancreaticalpha cells to glucotoxicity and lipotoxicity.Exp Cell Res，2015，336：100-108.22Kim MK，Shin HM，Jung H，et al.Comparison of pancreaticbeta cells and alpha cells under hyperglycemia：inverse couplingin pAkt-FoxO1.Diabetes Res Clin Pract，2017，131：1-11.23Kops GJ，Dansen TB，Polderman PE，et al.Forkhead transcriptionfactor FOXO3a protects quiescent cells from oxidative stress.Nature，2002，419：316-321.24Dusaulcy R，Handgraaf S，Visentin F，et al.miR-132-3p is apositive regulator of alpha-cell mass and is downregulated inobese hyperglycemic mice.Mol Metab，2019，22：84-95.25Herder C，Haastert B，Muller-Scholze S，et al.Association ofsystemic chemokine concentrations with impaired glucose toleranceand type 2 diabetes：results from the cooperative health researchin the region of augsburg survey S4（KORA S4）.Diabetes，2005，54：S11-S17.26Spaeth JM，Hunter CS，Bonatakis L，et al.The FOXP1，FOXP2 and FOXP4 transcription factors are required for isletalpha cell proliferation and function in mice.Diabetologia，2015，58：1836-1844.27Ding L，Gysemans C，Mathieu C.Beta-cell differentiation andregeneration in type 1 diabetes.Diabetes Obes Metab，2013，15：98-104.28Dean ED，Unger RH，Holland WL.Glucagon antagonism in isletcell proliferation.Proc Natl Acad Sci USA，2017，114：3006-3008.29Chakravarthy H，Gu X，Enge M，et al.Converting adult pancreaticislet alpha cells into beta cells by targeting both Dnmt1 and Arx.Cell Metab，2017，25：622-634.30Vuguin PM，Charron MJ.Novel insight into glucagon receptoraction：lessons from knockout and transgenic mouse models.Diabetes Obes Metab，2011，13：144-150.31Damond N，Thorel F，Moyers JS，et al.Blockade of glucagonsignaling prevents or reverses diabetes onset only if residualbeta-cells persist.Elife，2016，5：e13828.32Okamoto H，Cavino K，Na E，et al.Glucagon receptor inhibitionnormalizes blood glucose in severe insulin-resistant mice.ProcNatl Acad Sci USA，2017，114：2753-2758.33Kazda CM，Ding Y，Kelly RP，et al.Evaluation of efficacy andsafety of the glucagon receptor antagonist LY2409021 in patientswith type 2 diabetes：12-and 24-week phase 2 studies.DiabetesCare，2016，39：1241-1249.（收稿日期：2021-12-17）（本文编辑：董民）69