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【胰岛β细胞专题】胰岛再生调节路径新发现

 

编者按:胰岛素依赖型糖尿病是一种以β细胞减少或功能障碍为特点的、复杂的多因素疾病。胰腺β细胞的大小、对葡萄糖的反应性、胰岛素的分泌能力以及前体细胞分化的潜力都有很大的异质性,了解这些功能异质性背后的机制有助于发现新的β细胞再生方法。Erik Bader 团队发现,Fltp(Wnt/PCP*的效应器和报告基因)可以作为一个标记基因来把内分泌细胞分为两个亚群,并且区分出成熟的β细胞的增殖能力。本期胰岛β细胞专题,我们将为大家分享这项研究的具体结果及发现。

*注:Wnt,一种分泌型糖蛋白,通过自分泌或旁分泌发挥作用;PCP,平面细胞极性

l  胰岛细胞异质性可能是由内分泌细胞的终端分化和平面偏振状态决定的

1966 年,大鼠胰腺灌流方法由 Sussman 等学者首次建立,并先后由 Assan、Giroix 等进行了改进和完善,此后广泛应用于大鼠胰岛β细胞胰岛素分泌动力学研究。下面是具体的操作流程:

为了在分子水平验证组织极性的建立,Erik Bader 团队建立了 FltpZV  敲入/敲除小鼠模型,检测了小鼠出生后不同时间段和成年后 Fltp 的活性以及在成年小鼠的不同胰腺细胞中的活性。研究发现,在新生胰岛的发育过程中,胰岛细胞异质性的发生可能是由内分泌细胞的终端分化和平面偏振状态决定的。

FVR:Fltp 启动子驱使的组蛋白 2b(H2B)-Venus 报告基因,其活性仅限于在已建立 PCP 下的终端分化细胞中。

新生胰岛β细胞成熟过程中,FVR+β细胞的分布数量

成年期小鼠内分泌细胞谱系中表达 FVR 的数量

l  FVR−和 FVR+β细胞会对环境刺激做出不同的反应

随后,Erik Bader 团队把注意力放在β细胞上,首先研究了在机体不同状态下 FVR−和 FVR+β细胞的增殖能力,然后把 FltpZV/+  鼠的成熟胰岛分离出来,在各亚群层面上进行全基因组 mRNA 表达水平的测定。他们发现有 997 个基因在 FVR−和 FVR+的内分泌细胞上存在 1.5 倍以上的表达差异。进一步分析表明,FVR−的亚群中,Wnt 和 MAPK 信号转换相关的基因表达量更高,FVR+的亚群中,成熟β细胞功能相关的基因表达量更高。

FVR+和 FVR-细胞亚群中 Ki-67 表达细胞的激光扫描共聚焦显微镜图像

Ki-67 表达的β细胞数量

注:Ki67 是一种增殖细胞相关的核抗原,数值越高,表明增殖越活跃。

这两个亚群细胞在基因表达上的差异可能预示着它们对环境的刺激会做出不同的反应。为了验证这点,该团队利用细胞谱系追踪的实验方法,发现 Fltp 谱系阴性细胞转化成了阳性细胞。

该团队还把 FltpT2AiCre/+和 Gt(ROSA)26mTmG  的胰岛细胞移植到小鼠的眼睛中,并发现一开始由于营养物质供应缺乏,胰岛的体积呈缩小趋势;在移植的 13 天后,除了血管再生和胰岛体积减小,还检测到相应的 Fltp 谱系阴性细胞体积增大、数量增多,Fltp 谱系阳性细胞体积减小、数量减少;在移植 4 周后,Fltp 谱系阳性亚群重新恢复。

l  高糖饮食导致胰岛体积增大,β细胞增生肥大

随后,团队又在高脂饮食的小鼠模型上研究各内分泌细胞亚群的代谢情况。发现高脂饮食导致胰岛素抵抗和代偿性的β细胞增生肥大,但是导致β细胞功能紊乱的机制还不明确。在高脂饮食喂养八周后,团队观察到胰岛体积在稳定增大,且 Fltp 谱系阳性细胞横截面积也逐渐增大。

团队在分子机制上的研究发现 3D 结构和 Wnt/PCP 通路的活跃可以诱导β细胞的成熟,增加葡萄糖刺激的胰岛素分泌。该研究开辟了探究胰岛再生调节路径的新方法,并为基于成熟β细胞的移植和再生的治疗方法提供了更大的可能。

Bader E, Migliorini A, Gegg M, et al. Nature 2016,535(7612):430-434

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