2型糖尿病胰岛β细胞去分化的研究进展

于 磊，季 虹，刘宽芝

(河北医科大学第三医院 内分泌一科，河北 石家庄 050000)

·综述·

2型糖尿病胰岛β细胞去分化的研究进展

于 磊，季 虹，刘宽芝

(河北医科大学第三医院 内分泌一科，河北 石家庄 050000)

2型糖尿病(type2diabetesmellitus，T2DM)是一种以慢性高血糖为主要特征的代谢性疾病，胰岛β细胞功能障碍是其主要病因之一，但参与β细胞功能减退的机制目前尚不清楚。近来研究表明多种原因可促使胰岛β细胞发生去分化，去分化的β细胞转化为具有多种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，从而失去其特异的细胞表型和内分泌能力，最终导致胰岛β细胞功能下降。此发现对阻止和逆转β细胞功能进行性下降、延缓T2DM的发生提供了新思路。

糖尿病，2型；胰岛β细胞；去分化

糖尿病是危害人类健康的重大疾病之一，已经成为全球第3位威胁人类健康的慢性杀手[1]，其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[2]，其中90%为2型糖尿病(type2diabetesmellitus，T2DM)。众所周知胰岛β细胞功能减退是T2DM的主要病因之一，当确诊T2DM时胰岛β细胞功能大约仅为正常的50%，在自然病程中，胰岛β细胞功能将进行性下降[3]。之前普遍认为糖尿病患者胰岛功能降低是由于胰岛β细胞的过早凋亡[4]，但通过尸检发现T2DM患者胰腺中β细胞虽然数量有所减少但与功能减退程度不成比例[5]，最新研究发现糖尿病动物模型胰岛β细胞功能衰竭的主要原因是去分化而非凋亡[6]。本文对糖尿病胰岛β细胞去分化相关研究进展进行综述。

1 转录因子与β细胞去分化

细胞分化的调控可以在不同的水平上进行：转录水平、翻译水平以及蛋白质形成后活性调节水平等，其中转录水平的调控对细胞分化起着重要作用。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。在啮齿类动物，β细胞包括3种必需的转录因子，即叉头转录因子O1(forkheadboxtranscriptionfactorO1，FoxO1)[6]，NK6转录因子相关1(NK6transcriptionfactorrelated，locus1，NKX6．1)[7]和肌腱膜纤维肉瘤癌基因同系物A(v-mafmusculoaponeuroticfibrosarcomaoncogenehomologueA，MAFA)[8]

FoxO1是叉头转录因子家族的重要成员，哺乳动物细胞表达4种FoxO亚型：FoxO1、FoxO3、FoxO4和FoxO6，其中FoxO1在肝脏、脂肪组织和胰腺β细胞中含量最多[9]。FoxO1是胰岛素/胰岛素样生长因子(IGF-1)-磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信号路径的下游效应分子，通过调节细胞的氧化应激、增殖及凋亡等多种生理过程，参与机体的生长发育、代谢及肿瘤形成[10]。近期一些研究发现FoxO1在维持细胞分化上同样发挥着重要作用。Talchai等[6]通过观察发现正常血糖小鼠(血糖≤150mg/dl)胰岛β细胞中FoxO1仅局限于胞浆中；当轻度高血糖时(血糖150～250mg/dl)，在β细胞胞核中发现少量FoxO1，这与Kitamura等[11]研究FoxO1在长期氧化应激作用下在β细胞中发生由胞浆至胞核的转移结果相一致；随着血糖逐渐升高(血糖≥500mg/dl)，FoxO1失去了免疫荧光活性同时β细胞丧失了胰岛素分泌功能。为了进一步确定FoxO1是否参与胰腺β细胞分化过程，Talchai等[6]通过敲除胰岛β细胞FoxO1基因的小鼠发现，一般情况下小鼠处于健康状态，其糖耐量及β细胞内分泌功能均正常，然而在高龄或多次生产等β细胞高代谢情况下糖耐量严重受损，胰岛素分泌减少，胰高血糖素分泌增加，并且小鼠胰岛素原转换酶的表达也明显减少；对多产次FoxO1敲除小鼠世系追踪法发现其β细胞发生去分化而不是丢失，去分化后的β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β细胞功能下降。由此可见FoxO1参与了抑制β细胞去分化，FoxO1活性降低介导的胰岛β细胞去分化是胰岛β细胞功能减退的一个重要病理生理基础。多种机制均可引起β细胞去分化，如氧化应激、内质网应激和缺氧应激，进而导致β细胞功能减退，其与β细胞上FoxO1活性降低直接相关[12]。在T2DM发病机制中FoxO1主要以磷酸化和乙酰化发挥作用[13]。长期高糖环境引起的各种应激和炎症因子作用下，受PI3K/Akt调节的FoxO磷酸化是FoxO磷酸化的主要方式，磷酸化的FoxO蛋白与细胞核中的伴侣蛋白14-3-3结合，促进FoxO从细胞核转移至细胞浆，在细胞浆中伴侣蛋白14-3-3将FoxO核定位信号封闭，使其定位于细胞浆中，FoxO1的核定位减少，其转录活性也随之下降[14]。同样在氧化应激作用下，FoxO1通过Cbp/p300反式激活子1乙酰化，由于乙酰化发生于DNA结合区，使得FoxO1转录因子与DNA的结合活性和结合力降低，进而FoxO1的转录活性降低，并且乙酰化的FoxO1更容易发生磷酸化，容易被泛素化和降解[15]。FoxO1的失活和降解，促进了β细胞的去分化，加速了T2DM的发生发展。

NKX6.1是一个特异表达于成熟β细胞的转录因子，对β细胞的发育、终末分化和功能起着重要的作用[16-17]。Sander等[18]发现敲除NKX6.1的转基因小鼠其功能性β细胞减少90%以上，而其他类型胰岛细胞的发育未受到明显的影响。并且当NKX6.1高表达时可显著抑制胰高糖素基因，从而有利于胰岛素转录活性[19]。Cinti等[20]近期研究发现正常对照组FoxO1分布在β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β细胞不再具有胰岛素分泌功能。FoxO1的减少和NKX6.1由胞核转至胞浆中体现了β细胞去分化的特征。

MAFA是一种具有亮氨酸拉链结构的转录因子，是巨噬细胞激活因子(macrophageactivatingfactor，Maf)家族一员，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[21]，并且MAFA是唯一能将内分泌祖细胞分化成β细胞的激活因子[22]。Talchai等[6]发现胰岛β细胞发生去分化与转录因子MAFA的减少有一定相关性。发生去分化的β细胞中神经元素3(Ngn3)、Sox-9、八聚体结合转录因 子4(Oct-4)、L-Myc等多潜能标志物的前体细胞表达增加的同时，β细胞中MAFA等标志物表达减少。敲除MAFA基因后小鼠胰岛发育未受到影响，但胰岛细胞失去分泌胰岛素的功能[23]。之前普遍认为MAFA特异的存在于β细胞中，但近期Guo等[8]在α细胞中也发现了转录因子MAFA，所以MAFA是β细胞所必需的转录因子但并不具有特异性。

2 β细胞去分化与T2DM

T2DM是一种以慢性高血糖为主要特征的代谢性疾病，胰岛β细胞分泌的胰岛素和α细胞分泌的胰高血糖素是调节血糖的主要激素。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。α细胞和β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[24]。之前动物研究发现，去分化后的胰岛β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α、δ及PP细胞[6]，从而导致体内胰岛素分泌减少及胰高血糖素分泌增加，最终导致血糖升高。随后Cinti等[20]又对来自15例T2DM患者和15例非糖尿病器官捐赠者的胰腺组织开展了相关研究，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β细胞前体细胞标志物，大量存在于人类胚胎期的胰腺中[25]，T2DM患者胰腺组织中ALDH1A3明显增多，再次肯定了胰岛β细胞发生了去分化。Cinti等[20]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%，胰高血糖素阳性细胞增加了68%，Syn与胰岛素双阳性细胞的数量减少了26%，而Syn阳性同时Gcg/Ssn/PP阳性细胞的数量增加了36%，总之去分化细胞的数量增加了61%。12%的胰高血糖素阳性细胞胞浆中存在β细胞特定的转录因子FoxO1。由此可见，糖尿病患者血糖升高的原因之一是β细胞发生去分化后一部分再分化为α细胞。为了验证此推论，Cinti等[20]收集了更多的样本数，发现T2DM组中α细胞特定的转录因子ARX[26]和β细胞特定的转录因子FoxO1同时存在于15%的胰高血糖素阳性细胞，是对照组的7倍，但这些细胞中的FoxO1没有活性，从而可以肯定一部分β细胞丧失了FoxO1的功能，并转化为α细胞分泌胰高血糖素，这一结果可以解释在T2DM初期会伴有空腹或餐后胰高血糖素水平的相对或绝对升高[27]。还观察到有7.5%的Ssn阳性细胞胞浆中含有NKX6.1，从而推测一部分β细胞转化为分泌Ssn的细胞。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β细胞去分化程度越高，胰岛素分泌功能下降越明显。

3 β细胞功能有无逆转的可能？

虽然去分化的β细胞具有转化或分化的特性，但并未有退行性改变及凋亡，因此去分化的β细胞能否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β细胞超负荷分泌导致β细胞“筋疲力尽”所致，可以通过外源胰岛素治疗让β细胞得到充分“休息”来恢复β细胞功能[28-29]。在高血糖的压力下，胰岛β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，β细胞可以在很大程度上得到恢复。由此Wang等[30]提出β细胞去分化有可能是可逆的，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β细胞可逆分化，并重新具有内分泌功能。随后Wang等将K-GOF糖尿病小鼠动物模型分为未治疗组和胰岛素治疗组，发现未经治疗的K-GOF糖尿病小鼠胰腺组织中β细胞构架破坏明显，胰岛素分泌明显减少；而经胰岛素治疗的K-GOF糖尿病小鼠β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也恢复正常。研究还发现通过胰岛素治疗逆分化的β细胞与去分化的β细胞具有相同的基因，这更有力地证明了逆分化的β细胞来源于之前去分化的β细胞，而不是胰腺导管和腺泡细胞。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β细胞功能，从而达到糖尿病缓解[31-32]。

目前也有研究表明口服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[33]。但口服降糖药物是否也可将去分化的β细胞逆分化，使其恢复原有的内分泌功能，还有待探究。

4 小结

β细胞的去分化是引起胰岛β细胞功能衰竭的主要原因，其与β细胞转录因子的调控密切相关。T2DM患者胰岛β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。阻止胰岛β细胞功能进行性下降和恢复β细胞功能是一切研究的目的，预防β细胞去分化和逆转已经去分化的β细胞可作为治疗靶点开发新型抗糖尿病药物。

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刘宽芝，Email:liu-kuanzhi@163.com

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1004-583X(2017)06-0541-04

10.3969/j.issn.1004-583X.2017.06.022

2016-11-16 编辑:张卫国