胰島細(xì)胞的生理和病理生理

1、胰島細(xì)胞的生理和病理生理,第七屆諾和諾德糖尿病論壇（NNDU 2008會后會）,主要內(nèi)容,β細(xì)胞的生理 β細(xì)胞的變化規(guī)律 β細(xì)胞功能的調(diào)控β細(xì)胞功能異常的機(jī)制β細(xì)胞治療脂毒性對α細(xì)胞的損傷,主要內(nèi)容,β細(xì)胞的生理 β細(xì)胞的變化規(guī)律 β細(xì)胞功能的調(diào)控β細(xì)胞功能異常的機(jī)制β細(xì)胞治療脂毒性對α細(xì)胞的損傷,,,Bonner-Weir S. Endocrinol Metab, 2000,11:375-8,新 生,

2、復(fù) 制,肥 大,凋 亡,壞 死,胰島Beta細(xì)胞群的動態(tài)平衡,凋亡-胰島Beta細(xì)胞的主要去路,,Diabetes, 2003, 52:102–110,β細(xì)胞變化規(guī)律,,主要內(nèi)容,β細(xì)胞的生理 β細(xì)胞的變化規(guī)律 β細(xì)胞功能的調(diào)控β細(xì)胞功能異常的機(jī)制β細(xì)胞治療脂毒性對α細(xì)胞的損傷,,葡萄糖,ATP,,,,K+,,,,,,Ca2+,去極化,胰島素,,,,,,線粒體,,,,,胰島微環(huán)境,,,小動脈,,,,,,

3、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,神經(jīng),小靜脈,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Halban Nature Cell Biol. 6:1021-1025 (2004),葡萄糖刺激分散的或融合的MIN6B1細(xì)胞的短期胰島素分泌,Jaques et al Endocrinology In Press,細(xì)胞與細(xì)胞間的接觸對胰島素分泌的影響,肌動蛋白改型

4、和細(xì)胞伸展的增加改善葡萄糖刺激的胰島素分泌改善細(xì)胞存活,Hammar et al, Diabetes 2004; J. Biol Chem 2005,細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)對beta細(xì)胞功能、存活和增生的影響,,,,NF-kB,,CXCL1,IL-1ß,,,,,,,ECM觸發(fā)的細(xì)胞因子環(huán)路,ECM,內(nèi)皮細(xì)胞,Beta細(xì)胞,改善胰島素分泌和存活,Ribaux et al Endocrinology 2007,內(nèi)分泌激素類對

5、?細(xì)胞功能的調(diào)控,,,GLP-1對?細(xì)胞功能的調(diào)控,主要內(nèi)容,β細(xì)胞的生理 β細(xì)胞的變化規(guī)律 β細(xì)胞功能的調(diào)控β細(xì)胞功能異常的機(jī)制β細(xì)胞治療脂毒性對α細(xì)胞的損傷,Adapted from Rhodes CJ. Science. 2005;307:380–384.,2型糖尿病胰腺胰島減少,正常,營養(yǎng)素,Beta 細(xì)胞凋亡,Donath & Halban Diabetologia. 47:581-599 (2004),

6、Beta細(xì)胞損傷的共同通路,,,,,β細(xì)胞葡萄糖毒性-胰島素基因啟動子活性(promotor activity)下降,Nuclear transcription,Insulin,,,,,,,,,,,,protein,,,PDX-1mRNA,MafA,高糖,,Extracellular,SNAREs: soluble NSF attachment receptorsV-SNARE;T-SNARE,,β細(xì)胞葡萄糖毒性-胰島素囊泡胞吐

7、受阻,INS-1E beta-cells,Dubois M. Endocrinology. 2007;148:1605,,,,Synaptotagmin,,VAMP-2,,,Syntaxin,,SNAP-25,胰島素囊泡,VAMP-2,Syntaxin,,,,高糖,,β細(xì)胞葡萄糖毒性的發(fā)生機(jī)理-細(xì)胞凋亡,,ROS,,氧化應(yīng)激,Beta-cell dysfunction,Poitout V, et al. Endocr Rev. 2007

8、 Nov 29,,,,GlycosylationGlucose autoxidationGlucosamine pathway,SuperoxideHydrogen peroxideNitric oxideHydroxyl radicals,Low capacity ofantioxidant enzyme,高糖,高糖,胰島,IL-1?,,NF-kB,,β細(xì)胞凋亡,Kathrin M, et al. J Clin Inves

9、t. 2002; 110: 851,,,,Cholesterol,FFAs,,Beta-cell dysfunction,,,β細(xì)胞脂毒性,,,β細(xì)胞脂性凋亡可能機(jī)制,線粒體氧化應(yīng)激途徑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑NF-?B－iNOS介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),樓大鈞 楊文英，中國實(shí)用內(nèi)科，2006，26（10）：1516-1518樓大鈞 楊文英，國外醫(yī)學(xué)內(nèi)科學(xué)分冊，2006，33（9）：43-46,胰腺組織氧化應(yīng)激指標(biāo)測定結(jié)果,,,注：與NC組比較,

10、 *Ｐ<0.01；與HC組比較 #Ｐ<0.01。,MDA,GSH,*,*,#,#,胰島細(xì)胞UCP2mRNA的表達(dá),*,注：與NC組比較, *Ｐ<0.01；與HC組比較 #Ｐ<0.05。,,#,22.4%,11.7%,,胰島β細(xì)胞電鏡透視(10000倍）,樓大鈞 李宏亮 楊文英，中華醫(yī)學(xué)雜志,2007,胰島細(xì)胞Caspase-12 mRNA的表達(dá),Caspase-12相對表達(dá)百分比,17.8%,,,,,,,,,

11、,,,,,,,,,,,,,,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,,NC,,HF,,HP,注：與NC組比較, *Ｐ<0.01；與HC組比較 #Ｐ<0.05。,*,#,,40.8%,,樓大鈞 李宏亮 楊文英，中華醫(yī)學(xué)雜志,2007,胰島細(xì)胞NF-κB mRNA的表達(dá),樓大鈞 李宏亮 楊文英，中華醫(yī)學(xué)雜志,2007,高脂飲食導(dǎo)致胰島β細(xì)胞凋亡增加,結(jié)果,血FFA升高: # 胰腺的MDA

12、(ROS)增高，GSH下降?！　?使β細(xì)胞自身氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng) # 線粒體解偶聯(lián)蛋白UCP2基因的表達(dá)增加, # β細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張－內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激－ Caspase-12基因表達(dá)↑　啟動凋亡程序－使β細(xì)胞凋亡↑吡格列酮降低FFA后同時改善上述異常。,樓大鈞 李宏亮 楊文英，中華醫(yī)學(xué)雜志,2007,,,,,Cholesterol,Abca1,Brunham LR, et al. Nat Med

13、. 2007;13:340,Acetyl-CoA,,膽固醇的β細(xì)胞毒性作用,,Cholesterol,,LDLR,,Glucose,GLU2,Pyruvate,Glucose,,,,Insulin,,,,,,ATP/ADP,KATP,,Ca2+,Ca2+,,,,,,,Cholesterol,Abca1,,膽固醇的β細(xì)胞毒性作用,,,LDLR,,,Insulin,,,,,Ca2+,,Hao M, et al. Diabetes. 2007

14、; 56:2328,Cholesterol,胰島β細(xì)胞內(nèi)膽固醇的增高可抑制細(xì)胞胰島素 的分泌作用位點(diǎn)可能在鈣通道的上游,主要內(nèi)容,β細(xì)胞的生理 β細(xì)胞的變化規(guī)律 β細(xì)胞功能的調(diào)控β細(xì)胞功能異常的機(jī)制β細(xì)胞治療脂毒性對α細(xì)胞的損傷,去除病因：降低血脂、血糖、脂肪組織炎癥反應(yīng)降低細(xì)胞負(fù)擔(dān)：改善胰島素抵抗,補(bǔ)充胰島素誘導(dǎo)β細(xì)胞增生：TZDs, incretin mimetics and enhancers

15、β細(xì)胞補(bǔ)充：移植、stem / progenitor cells, transdifferentiation,β細(xì)胞治療-原則,,全能的,胚胎干細(xì)胞,成體干細(xì)胞,新beta細(xì)胞,,,Beta細(xì)胞替代或再生的策略,肝臟, 胰腺, 大腦, 肌肉, 骨髓, 皮膚…..,多能性,體外:,,替代,增生分化移植,再生,,Beta細(xì)胞生長和再生的假設(shè)路徑,促進(jìn)胰島再生的措施,,原位胰島Beta細(xì)胞再生骨髓移植內(nèi)分泌激素和生長因子 轉(zhuǎn)基因

16、治療干細(xì)胞工程異位胰島Beta細(xì)胞再生,原位胰島再生,,骨髓移植-消除自身免疫反應(yīng)-NOD小鼠,Zorina TD,Stem Cells.2003:21:377–388.,同種異體基因嵌合體,C57BL/6TgN(GFP)小鼠,供 體,骨髓細(xì)胞（去除T細(xì)胞）,已發(fā)病的周齡NOD小鼠,CO60全身照射,胰島,,,腎包膜下移植,,移除移植物,,嵌合程度胰島炎癥血糖水平原位胰腺胰島狀態(tài),,受體,,骨髓移植-消除自身免疫反應(yīng),

17、Zorina TD,Stem Cells.2003:21:377–388.,胰島再生的來源-非移植的骨髓細(xì)胞,,紅色：胰島素陽性細(xì)胞綠色：移植的骨髓細(xì)胞褐色：移植的骨髓細(xì)胞,內(nèi)分泌激素和生長因子,,內(nèi)分泌激素和生長因子-臨床實(shí)用價值？,副作用明顯： HGF-增加腫瘤發(fā)生的幾率,增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞生長、浸襲和 轉(zhuǎn)移能力 GH-引起肢端肥大，胰島素抵抗 PTHr

18、P-電解質(zhì)異常等具有臨床實(shí)用性的因子： GLP-1其及類似物或DPP-IV抑制劑 促進(jìn)胰島細(xì)胞再生 增加機(jī)體的胰島素敏感性 不增加腫瘤細(xì)胞的侵襲能力,,胚胎干細(xì)胞 如鼠和人的胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞 如胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞，nestin陽性的胰島前體細(xì)胞和新生兒胰島等,干細(xì)胞工程獲得胰島素樣細(xì)

19、胞,,Problems of human ES cell derivatives,Þ Immunogenicity and graft rejection in vivo,,,Transplantation of in vitro differentiated bone marrow mesenchymal stem cells in diabetic rats,,XH Wu, Chao Liu, et al. Worl

20、d J Gastroenterol 2007;13(24):3342-3349,Problems with adult stem cells,TumorRecurrence of autoimmunityIncreased risk of mutation Genetic stability,,異位胰島再生,高血糖狀態(tài)：胰腺外器官或組織出現(xiàn)胰島素陽性細(xì)胞,該現(xiàn)象的兩種可能解釋：1）胰腺外存在著可以分化為胰島素陽性細(xì)胞的干

21、細(xì)胞或前體細(xì)胞。2）胰腺外的成體細(xì)胞可以轉(zhuǎn)分化為胰島素陽性細(xì)胞。,Kojima H,et al.PNAS, 2004, 101: 2458-2463.,,肝卵圓細(xì)胞轉(zhuǎn)分化-胰島樣細(xì)胞-體內(nèi)試驗(yàn),,經(jīng)肝卵圓細(xì)胞誘導(dǎo)劑DDC預(yù)處理后，肝臟肝卵圓細(xì)胞明顯增多DDC預(yù)處理可以抵抗STZ誘導(dǎo)的DM --肝臟胰島素產(chǎn)生顯著增多 --原位胰腺有一定胰島細(xì)胞再生，便仍明顯少于正常組,移植胰島功能保護(hù)和調(diào)控,,主要內(nèi)容,β細(xì)胞的生理

22、β細(xì)胞的變化規(guī)律 β細(xì)胞功能的調(diào)控β細(xì)胞功能異常的機(jī)制β細(xì)胞治療脂毒性對α細(xì)胞的損傷,研究背景糖尿病的發(fā)病過程中不僅有β細(xì)胞分泌胰島素功能的紊亂，而且與α細(xì)胞分泌胰升糖素（Glc）的功能異常有關(guān)。2型糖尿病甚至肥胖者血胰高糖素水平明顯升高，而且與胰島素敏感性呈負(fù)相關(guān)。正常胰島α細(xì)胞同β細(xì)胞一樣，具有IRC、IRS-1和IRS-2，強(qiáng)烈提示α細(xì)胞也存在胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。 Kaneke K在分泌胰高糖素的α細(xì)胞系IN-R

23、1-G9細(xì)胞中發(fā)現(xiàn) PI3-K與胰島素抑制α細(xì)胞胰高糖素分泌有關(guān)。,,NC,HF,HF+R,高脂飲食對胰島α細(xì)胞功能的影響,王昕、楊文英、蕭建中等,中華內(nèi)科雜志,2005,Aug;44(8):601-5,高脂飲食導(dǎo)致胰島α細(xì)胞增生,高脂飲食導(dǎo)致Glc功能改變,HF組與NC組比較p<0.05； HF+R組與NC組比較p<0.01; # HF+R組與NC組比較p<0.01,血FFA,325（85）,508（114）,40

24、6（98）,# P<0.01,胰島素敏感性：GIR,高脂飼養(yǎng)20周時各指標(biāo)變化,空腹血Glc,王昕、楊文英、蕭建中等,中華內(nèi)科雜志,2005,Aug;44(8):601-5,結(jié) 論,長期高脂喂養(yǎng)可使SD大鼠出現(xiàn)明顯的外周胰島素抵抗，同時胰島β及α細(xì)胞分泌功能紊亂。HF組空腹胰高糖素與胰島素同時升高，說明升高的胰島素不能抑制胰高糖素的分泌作用，提示存在α細(xì)胞胰島素抵抗。HF-PG能逆轉(zhuǎn)上述變化，具有逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗的作用。,F

25、FA對去β大鼠的α細(xì)胞研究,,杜瑞琴、李宏亮、楊文英,中華醫(yī)學(xué)雜志,2006年9月26日第36期,去β細(xì)胞前后胰島勻漿胰島素的變化,去B細(xì)胞前（左圖）、后（右圖）胰島Glc染色,杜瑞琴、李宏亮、楊文英《中華醫(yī)學(xué)雜志》2006年9月26日第36期杜瑞琴、李宏亮、楊文英《中華內(nèi)科雜志》2007,,34.2%,13.9%,,Glucagon,21.3%,,,12.9%,,18.3%,NF-κB,FFA對去β大鼠的α細(xì)胞研究,結(jié) 論