于 磊，季 虹，劉寬芝

(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院 內(nèi)分泌一科，河北 石家莊 050000)

·綜述·

2型糖尿病胰島β細胞去分化的研究進展

于 磊，季 虹，劉寬芝

(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院 內(nèi)分泌一科，河北 石家莊 050000)

2型糖尿病(type2diabetesmellitus，T2DM)是一種以慢性高血糖為主要特征的代謝性疾病，胰島β細胞功能障礙是其主要病因之一，但參與β細胞功能減退的機制目前尚不清楚。近來研究表明多種原因可促使胰島β細胞發(fā)生去分化，去分化的β細胞轉(zhuǎn)化為具有多種分化潛能的內(nèi)分泌前體細胞或分化成其他類型的胰島細胞，從而失去其特異的細胞表型和內(nèi)分泌能力，最終導(dǎo)致胰島β細胞功能下降。此發(fā)現(xiàn)對阻止和逆轉(zhuǎn)β細胞功能進行性下降、延緩T2DM的發(fā)生提供了新思路。

糖尿病，2型；胰島β細胞；去分化

糖尿病是危害人類健康的重大疾病之一，已經(jīng)成為全球第3位威脅人類健康的慢性殺手[1]，其患病率在全球范圍內(nèi)迅速上升，預(yù)計到2035年糖尿病患者人數(shù)將增加到5.91億[2]，其中90%為2型糖尿病(type2diabetesmellitus，T2DM)。眾所周知胰島β細胞功能減退是T2DM的主要病因之一，當確診T2DM時胰島β細胞功能大約僅為正常的50%，在自然病程中，胰島β細胞功能將進行性下降[3]。之前普遍認為糖尿病患者胰島功能降低是由于胰島β細胞的過早凋亡[4]，但通過尸檢發(fā)現(xiàn)T2DM患者胰腺中β細胞雖然數(shù)量有所減少但與功能減退程度不成比例[5]，最新研究發(fā)現(xiàn)糖尿病動物模型胰島β細胞功能衰竭的主要原因是去分化而非凋亡[6]。本文對糖尿病胰島β細胞去分化相關(guān)研究進展進行綜述。

1 轉(zhuǎn)錄因子與β細胞去分化

細胞分化的調(diào)控可以在不同的水平上進行：轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平以及蛋白質(zhì)形成后活性調(diào)節(jié)水平等，其中轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控對細胞分化起著重要作用。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是通過轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在某基因上游特異核苷酸序列上調(diào)控其基因的轉(zhuǎn)錄。在嚙齒類動物，β細胞包括3種必需的轉(zhuǎn)錄因子，即叉頭轉(zhuǎn)錄因子O1(forkheadboxtranscriptionfactorO1，F(xiàn)oxO1)[6]，NK6轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)1(NK6transcriptionfactorrelated，locus1，NKX6．1)[7]和肌腱膜纖維肉瘤癌基因同系物A(v-mafmusculoaponeuroticfibrosarcomaoncogenehomologueA，MAFA)[8]

FoxO1是叉頭轉(zhuǎn)錄因子家族的重要成員，哺乳動物細胞表達4種FoxO亞型：FoxO1、FoxO3、FoxO4和FoxO6，其中FoxO1在肝臟、脂肪組織和胰腺β細胞中含量最多[9]。FoxO1是胰島素/胰島素樣生長因子(IGF-1)-磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信號路徑的下游效應(yīng)分子，通過調(diào)節(jié)細胞的氧化應(yīng)激、增殖及凋亡等多種生理過程，參與機體的生長發(fā)育、代謝及腫瘤形成[10]。近期一些研究發(fā)現(xiàn)FoxO1在維持細胞分化上同樣發(fā)揮著重要作用。Talchai等[6]通過觀察發(fā)現(xiàn)正常血糖小鼠(血糖≤150mg/dl)胰島β細胞中FoxO1僅局限于胞漿中；當輕度高血糖時(血糖150～250mg/dl)，在β細胞胞核中發(fā)現(xiàn)少量FoxO1，這與Kitamura等[11]研究FoxO1在長期氧化應(yīng)激作用下在β細胞中發(fā)生由胞漿至胞核的轉(zhuǎn)移結(jié)果相一致；隨著血糖逐漸升高(血糖≥500mg/dl)，F(xiàn)oxO1失去了免疫熒光活性同時β細胞喪失了胰島素分泌功能。為了進一步確定FoxO1是否參與胰腺β細胞分化過程，Talchai等[6]通過敲除胰島β細胞FoxO1基因的小鼠發(fā)現(xiàn)，一般情況下小鼠處于健康狀態(tài)，其糖耐量及β細胞內(nèi)分泌功能均正常，然而在高齡或多次生產(chǎn)等β細胞高代謝情況下糖耐量嚴重受損，胰島素分泌減少，胰高血糖素分泌增加，并且小鼠胰島素原轉(zhuǎn)換酶的表達也明顯減少；對多產(chǎn)次FoxO1敲除小鼠世系追蹤法發(fā)現(xiàn)其β細胞發(fā)生去分化而不是丟失，去分化后的β細胞轉(zhuǎn)化為具有多項分化潛能的內(nèi)分泌祖細胞樣細胞，失去其特異性的細胞表型和內(nèi)分泌能力，最終導(dǎo)致胰島β細胞功能下降。由此可見FoxO1參與了抑制β細胞去分化，F(xiàn)oxO1活性降低介導(dǎo)的胰島β細胞去分化是胰島β細胞功能減退的一個重要病理生理基礎(chǔ)。多種機制均可引起β細胞去分化，如氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和缺氧應(yīng)激，進而導(dǎo)致β細胞功能減退，其與β細胞上FoxO1活性降低直接相關(guān)[12]。在T2DM發(fā)病機制中FoxO1主要以磷酸化和乙?；l(fā)揮作用[13]。長期高糖環(huán)境引起的各種應(yīng)激和炎癥因子作用下，受PI3K/Akt調(diào)節(jié)的FoxO磷酸化是FoxO磷酸化的主要方式，磷酸化的FoxO蛋白與細胞核中的伴侶蛋白14-3-3結(jié)合，促進FoxO從細胞核轉(zhuǎn)移至細胞漿，在細胞漿中伴侶蛋白14-3-3將FoxO核定位信號封閉，使其定位于細胞漿中，F(xiàn)oxO1的核定位減少，其轉(zhuǎn)錄活性也隨之下降[14]。同樣在氧化應(yīng)激作用下，F(xiàn)oxO1通過Cbp/p300反式激活子1乙?；?，由于乙酰化發(fā)生于DNA結(jié)合區(qū)，使得FoxO1轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合活性和結(jié)合力降低，進而FoxO1的轉(zhuǎn)錄活性降低，并且乙?；腇oxO1更容易發(fā)生磷酸化，容易被泛素化和降解[15]。FoxO1的失活和降解，促進了β細胞的去分化，加速了T2DM的發(fā)生發(fā)展。

NKX6.1是一個特異表達于成熟β細胞的轉(zhuǎn)錄因子，對β細胞的發(fā)育、終末分化和功能起著重要的作用[16-17]。Sander等[18]發(fā)現(xiàn)敲除NKX6.1的轉(zhuǎn)基因小鼠其功能性β細胞減少90%以上，而其他類型胰島細胞的發(fā)育未受到明顯的影響。并且當NKX6.1高表達時可顯著抑制胰高糖素基因，從而有利于胰島素轉(zhuǎn)錄活性[19]。Cinti等[20]近期研究發(fā)現(xiàn)正常對照組FoxO1分布在β細胞的胞漿中，NKX6.1分布在胞核內(nèi)；糖尿病組FoxO1逐漸從胞漿中消失，NKX6.1由胞核內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)移至胞漿中，兩種轉(zhuǎn)錄因子的表達均明顯下降，且β細胞不再具有胰島素分泌功能。FoxO1的減少和NKX6.1由胞核轉(zhuǎn)至胞漿中體現(xiàn)了β細胞去分化的特征。

MAFA是一種具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子，是巨噬細胞激活因子(macrophageactivatingfactor，Maf)家族一員，可調(diào)控胰島素的合成、分泌和糖代謝等相關(guān)基因的表達，對維持成年胰腺結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用[21]，并且MAFA是唯一能將內(nèi)分泌祖細胞分化成β細胞的激活因子[22]。Talchai等[6]發(fā)現(xiàn)胰島β細胞發(fā)生去分化與轉(zhuǎn)錄因子MAFA的減少有一定相關(guān)性。發(fā)生去分化的β細胞中神經(jīng)元素3(Ngn3)、Sox-9、八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因 子4(Oct-4)、L-Myc等多潛能標志物的前體細胞表達增加的同時，β細胞中MAFA等標志物表達減少。敲除MAFA基因后小鼠胰島發(fā)育未受到影響，但胰島細胞失去分泌胰島素的功能[23]。之前普遍認為MAFA特異的存在于β細胞中，但近期Guo等[8]在α細胞中也發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄因子MAFA，所以MAFA是β細胞所必需的轉(zhuǎn)錄因子但并不具有特異性。

2 β細胞去分化與T2DM

T2DM是一種以慢性高血糖為主要特征的代謝性疾病，胰島β細胞分泌的胰島素和α細胞分泌的胰高血糖素是調(diào)節(jié)血糖的主要激素。當機體處于高血糖時胰高血糖素的分泌將減少，胰島素的分泌增加；反之，當機體低血糖時，胰高血糖素分泌增加，胰島素的分泌受到抑制。α細胞和β細胞功能異常均可導(dǎo)致血糖水平的異常。正常情況下兩者處于平衡使機體血糖處于穩(wěn)態(tài)[24]。之前動物研究發(fā)現(xiàn)，去分化后的胰島β細胞可轉(zhuǎn)化為具有多項分化潛能的內(nèi)分泌前體細胞或分化成其他類型的胰島細胞如α、δ及PP細胞[6]，從而導(dǎo)致體內(nèi)胰島素分泌減少及胰高血糖素分泌增加，最終導(dǎo)致血糖升高。隨后Cinti等[20]又對來自15例T2DM患者和15例非糖尿病器官捐贈者的胰腺組織開展了相關(guān)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在T2DM患者胰腺組織中ALDH1A3為對照組的3倍，ALDH1A3是胰島β細胞前體細胞標志物，大量存在于人類胚胎期的胰腺中[25]，T2DM患者胰腺組織中ALDH1A3明顯增多，再次肯定了胰島β細胞發(fā)生了去分化。Cinti等[20]將胰腺組織中突觸素(synaptophysin，Syn)表達陽性，而胰島素(insulin)、胰高血糖素(glucagon，Gcg)、胰多肽(pancreaticpolypeptide，PP)、生長抑素(somatostatin，Ssn)和胃饑餓素(Ghrelin)等表達陰性的細胞定義為去分化細胞。結(jié)果顯示，T2DM患者胰島內(nèi)分泌細胞的數(shù)量與對照組沒有明顯差異，但是T2DM組胰島素陽性細胞減少了32%，胰高血糖素陽性細胞增加了68%，Syn與胰島素雙陽性細胞的數(shù)量減少了26%，而Syn陽性同時Gcg/Ssn/PP陽性細胞的數(shù)量增加了36%，總之去分化細胞的數(shù)量增加了61%。12%的胰高血糖素陽性細胞胞漿中存在β細胞特定的轉(zhuǎn)錄因子FoxO1。由此可見，糖尿病患者血糖升高的原因之一是β細胞發(fā)生去分化后一部分再分化為α細胞。為了驗證此推論，Cinti等[20]收集了更多的樣本數(shù)，發(fā)現(xiàn)T2DM組中α細胞特定的轉(zhuǎn)錄因子ARX[26]和β細胞特定的轉(zhuǎn)錄因子FoxO1同時存在于15%的胰高血糖素陽性細胞，是對照組的7倍，但這些細胞中的FoxO1沒有活性，從而可以肯定一部分β細胞喪失了FoxO1的功能，并轉(zhuǎn)化為α細胞分泌胰高血糖素，這一結(jié)果可以解釋在T2DM初期會伴有空腹或餐后胰高血糖素水平的相對或絕對升高[27]。還觀察到有7.5%的Ssn陽性細胞胞漿中含有NKX6.1，從而推測一部分β細胞轉(zhuǎn)化為分泌Ssn的細胞。通過線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，單個胰島葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌功能與去分化評分呈負相關(guān)，說明胰島β細胞去分化程度越高，胰島素分泌功能下降越明顯。

3 β細胞功能有無逆轉(zhuǎn)的可能？

雖然去分化的β細胞具有轉(zhuǎn)化或分化的特性，但并未有退行性改變及凋亡，因此去分化的β細胞能否逆分化并重新具有內(nèi)分泌功能成為研究熱點。一些學(xué)者認為T2DM高血糖狀態(tài)是由于胰島β細胞超負荷分泌導(dǎo)致β細胞“筋疲力盡”所致，可以通過外源胰島素治療讓β細胞得到充分“休息”來恢復(fù)β細胞功能[28-29]。在高血糖的壓力下，胰島β細胞并沒有死亡，只是短暫的失去了功能，在驅(qū)除高糖毒性后，β細胞可以在很大程度上得到恢復(fù)。由此Wang等[30]提出β細胞去分化有可能是可逆的，其極有可能是在各種應(yīng)激作用下的一種應(yīng)對方式，在應(yīng)用胰島素治療后去分化的β細胞可逆分化，并重新具有內(nèi)分泌功能。隨后Wang等將K-GOF糖尿病小鼠動物模型分為未治療組和胰島素治療組，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)治療的K-GOF糖尿病小鼠胰腺組織中β細胞構(gòu)架破壞明顯，胰島素分泌明顯減少；而經(jīng)胰島素治療的K-GOF糖尿病小鼠β細胞功能可逐漸恢復(fù)，胰島素分泌量較前明顯增多。在應(yīng)用胰島素之前糖尿病小鼠胰高糖素免疫反應(yīng)陽性區(qū)域明顯增加，血漿胰高血糖素水平升高；但經(jīng)過胰島素治療后胰高血糖素得到大幅度逆轉(zhuǎn)，分泌胰島素量增加而且磺脲類藥物的療效也明顯增強，在應(yīng)用胰島素之前被標記為去分化的細胞也恢復(fù)正常。研究還發(fā)現(xiàn)通過胰島素治療逆分化的β細胞與去分化的β細胞具有相同的基因，這更有力地證明了逆分化的β細胞來源于之前去分化的β細胞，而不是胰腺導(dǎo)管和腺泡細胞。這也可以解釋為什么初發(fā)T2DM通過短期胰島素強化治療，可以解除高糖毒性，快速恢復(fù)胰島β細胞功能，從而達到糖尿病緩解[31-32]。

目前也有研究表明口服降糖藥例如瑞格列奈或瑞格列奈聯(lián)合二甲雙胍等在T2DM診斷初期可獲得與胰島素相似的強化降糖作用[33]。但口服降糖藥物是否也可將去分化的β細胞逆分化，使其恢復(fù)原有的內(nèi)分泌功能，還有待探究。

4 小結(jié)

β細胞的去分化是引起胰島β細胞功能衰竭的主要原因，其與β細胞轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控密切相關(guān)。T2DM患者胰島β細胞去分化明顯增加，且去分化程度越高胰島素分泌功能下降越明顯。阻止胰島β細胞功能進行性下降和恢復(fù)β細胞功能是一切研究的目的，預(yù)防β細胞去分化和逆轉(zhuǎn)已經(jīng)去分化的β細胞可作為治療靶點開發(fā)新型抗糖尿病藥物。

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劉寬芝，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 編輯:張衛(wèi)國