胰島細胞的生理和病理生理

1、胰島細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細胞的生理 β細胞的變化規(guī)律 β細胞功能的調(diào)控β細胞功能異常的機制β細胞治療脂毒性對α細胞的損傷,主要內(nèi)容,β細胞的生理 β細胞的變化規(guī)律 β細胞功能的調(diào)控β細胞功能異常的機制β細胞治療脂毒性對α細胞的損傷,,,Bonner-Weir S. Endocrinol Metab, 2000,11:375-8,新 生,

2、復 制,肥 大,凋 亡,壞 死,胰島Beta細胞群的動態(tài)平衡,凋亡-胰島Beta細胞的主要去路,,Diabetes, 2003, 52:102–110,β細胞變化規(guī)律,,主要內(nèi)容,β細胞的生理 β細胞的變化規(guī)律 β細胞功能的調(diào)控β細胞功能異常的機制β細胞治療脂毒性對α細胞的損傷,,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細胞的短期胰島素分泌,Jaques et al Endocrinology In Press,細胞與細胞間的接觸對胰島素分泌的影響,肌動蛋白改型

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

5、?細胞功能的調(diào)控,,,GLP-1對?細胞功能的調(diào)控,主要內(nèi)容,β細胞的生理 β細胞的變化規(guī)律 β細胞功能的調(diào)控β細胞功能異常的機制β細胞治療脂毒性對α細胞的損傷,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 細胞凋亡,Donath & Halban Diabetologia. 47:581-599 (2004),

6、Beta細胞損傷的共同通路,,,,,β細胞葡萄糖毒性-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細胞葡萄糖毒性的發(fā)生機理-細胞凋亡,,ROS,,氧化應激,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細胞凋亡,Kathrin M, et al. J Clin Inves

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

10、 *Ｐ<0.01；與HC組比較 #Ｐ<0.01。,MDA,GSH,*,*,#,#,胰島細胞UCP2mRNA的表達,*,注：與NC組比較, *Ｐ<0.01；與HC組比較 #Ｐ<0.05。,,#,22.4%,11.7%,,胰島β細胞電鏡透視(10000倍）,樓大鈞 李宏亮 楊文英，中華醫(yī)學雜志,2007,胰島細胞Caspase-12 mRNA的表達,Caspase-12相對表達百分比,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)學雜志,2007,胰島細胞NF-κB mRNA的表達,樓大鈞 李宏亮 楊文英，中華醫(yī)學雜志,2007,高脂飲食導致胰島β細胞凋亡增加,結(jié)果,血FFA升高: # 胰腺的MDA

12、(ROS)增高，GSH下降?！　?使β細胞自身氧化應激反應增強 # 線粒體解偶聯(lián)蛋白UCP2基因的表達增加, # β細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張－內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激－ Caspase-12基因表達↑　啟動凋亡程序－使β細胞凋亡↑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)學雜志,2007,,,,,Cholesterol,Abca1,Brunham LR, et al. Nat Med

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

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

15、β細胞補充：移植、stem / progenitor cells, transdifferentiation,β細胞治療-原則,,全能的,胚胎干細胞,成體干細胞,新beta細胞,,,Beta細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細胞生長和再生的假設路徑,促進胰島再生的措施,,原位胰島Beta細胞再生骨髓移植內(nèi)分泌激素和生長因子 轉(zhuǎn)基因

16、治療干細胞工程異位胰島Beta細胞再生,原位胰島再生,,骨髓移植-消除自身免疫反應-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,骨髓細胞（去除T細胞）,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,

17、Zorina TD,Stem Cells.2003:21:377–388.,胰島再生的來源-非移植的骨髓細胞,,紅色：胰島素陽性細胞綠色：移植的骨髓細胞褐色：移植的骨髓細胞,內(nèi)分泌激素和生長因子,,內(nèi)分泌激素和生長因子-臨床實用價值？,副作用明顯： HGF-增加腫瘤發(fā)生的幾率,增強腫瘤細胞生長、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)異常等具有臨床實用性的因子： GLP-1其及類似物或DPP-IV抑制劑 促進胰島細胞再生 增加機體的胰島素敏感性 不增加腫瘤細胞的侵襲能力,,胚胎干細胞 如鼠和人的胚胎干細胞成體干細胞 如胰腺導管上皮細胞，nestin陽性的胰島前體細胞和新生兒胰島等,干細胞工程獲得胰島素樣細

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胞的干

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

22、β細胞的變化規(guī)律 β細胞功能的調(diào)控β細胞功能異常的機制β細胞治療脂毒性對α細胞的損傷,研究背景糖尿病的發(fā)病過程中不僅有β細胞分泌胰島素功能的紊亂，而且與α細胞分泌胰升糖素（Glc）的功能異常有關。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相關。正常胰島α細胞同β細胞一樣，具有IRC、IRS-1和IRS-2，強烈提示α細胞也存在胰島素信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)。 Kaneke K在分泌胰高糖素的α細胞系IN-R

23、1-G9細胞中發(fā)現(xiàn) PI3-K與胰島素抑制α細胞胰高糖素分泌有關。,,NC,HF,HF+R,高脂飲食對胰島α細胞功能的影響,王昕、楊文英、蕭建中等,中華內(nèi)科雜志,2005,Aug;44(8):601-5,高脂飲食導致胰島α細胞增生,高脂飲食導致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細胞研究,,杜瑞琴、李宏亮、楊文英,中華醫(yī)學雜志,2006年9月26日第36期,去β細胞前后胰島勻漿胰島素的變化,去B細胞前（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細胞研究,結(jié) 論