胰腺上皮細(xì)胞可能成為胰島β細(xì)胞再生的新來源

曹書義 袁莉

胰腺上皮細(xì)胞可能成為胰島β細(xì)胞再生的新來源

曹書義 袁莉

促進(jìn)β細(xì)胞再生，維持功能性β細(xì)胞的數(shù)量，是治療糖尿病的根本。胰腺上皮細(xì)胞包括β細(xì)胞、導(dǎo)管細(xì)胞、腺泡細(xì)胞及α細(xì)胞。研究表明，與多能干細(xì)胞相比，這些成體細(xì)胞具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，可能通過不同途徑重新生成β細(xì)胞從而實(shí)現(xiàn)β細(xì)胞的再生。已分化的β細(xì)胞可以被誘導(dǎo)增殖或者退回至祖細(xì)胞狀態(tài)重新分化為β細(xì)胞。而在胰腺受損、代謝應(yīng)激、基因操作等條件下，其他胰腺上皮細(xì)胞可能直接轉(zhuǎn)分化為β細(xì)胞或者成為內(nèi)分泌兼性祖細(xì)胞再分化為β細(xì)胞。

糖尿??；胰腺上皮細(xì)胞；胰島β細(xì)胞；再生

糖尿病是一種復(fù)雜的多病因疾病，以β細(xì)胞功能異常和（或）數(shù)量不足為特征，最終導(dǎo)致機(jī)體代謝異常、多器官結(jié)構(gòu)及功能受損。因此，恢復(fù)功能性β細(xì)胞數(shù)量，有望從根本上治療糖尿病。目前研究的主要目標(biāo)是使已存在的β細(xì)胞或者生成新的β細(xì)胞。理論上擁有無限分化潛能的胚胎干細(xì)胞及誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，能夠定向分化產(chǎn)生新的β細(xì)胞。但是，應(yīng)用干細(xì)胞治療糖尿病，機(jī)體內(nèi)可能會(huì)形成腫瘤或者發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。在這種情況下，胰腺上皮細(xì)胞（導(dǎo)管上皮細(xì)胞、腺泡細(xì)胞、α細(xì)胞）成為多能干細(xì)胞的潛在替代品。一方面,它們擁有被原位利用的潛能，“引入”腫瘤疾病的風(fēng)險(xiǎn)也更低；另一方面，這些胰腺上皮細(xì)胞起源于共同的祖細(xì)胞，擁有相似的表觀遺傳學(xué)圖譜，更容易向β細(xì)胞轉(zhuǎn)化[1]。本文對(duì)胰腺本身作為β細(xì)胞再生來源的相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行探討。

1 分化的β細(xì)胞自身增殖

β細(xì)胞是一種增殖能力較低的細(xì)胞類型。人β細(xì)胞增殖主要發(fā)生在新生兒時(shí)期，兩歲以后幾乎不再增殖[2]。而近來的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)手術(shù)切除的年長(zhǎng)者胰腺內(nèi)存在（0.22±0.03）%Ki67+/insulin+細(xì)胞，表明在尸體解剖和尸體捐贈(zèng)者胰腺內(nèi)Ki67的活性可能被人為降低，意味著β細(xì)胞的更新率比普遍認(rèn)為的更高[3]。在病理或者生理狀態(tài)下如胰島素抵抗或者妊娠、肥胖，成體β細(xì)胞復(fù)制能力提高。有研究將人胰島移植入肥胖的免疫缺陷小鼠體內(nèi)，證明在肥胖條件下人胰島β細(xì)胞發(fā)生增殖[4]。

成體β細(xì)胞復(fù)制的過程尚未完全揭示，但是大量的研究證實(shí)血糖是控制β細(xì)胞復(fù)制的關(guān)鍵性系統(tǒng)因素。在接受人胰島移植的免疫缺陷小鼠體內(nèi)，高血糖可刺激人胰島β細(xì)胞的增殖[5]。而Porat等[6]認(rèn)為，高糖狀態(tài)下糖代謝活動(dòng)增強(qiáng)及β細(xì)胞反應(yīng)性胰島素分泌增加，可誘導(dǎo)β細(xì)胞的分裂及增殖。因此，β細(xì)胞的工作負(fù)荷即β細(xì)胞為了維持正常血糖水平所分泌胰島素的量，是β細(xì)胞復(fù)制的主要決定因素。增加β細(xì)胞工作負(fù)荷的化合物，如葡萄糖激酶催化劑可通過激活糖酵解途徑，明顯提高老齡小鼠β細(xì)胞的增殖能力[7]。

2 由其他胰腺上皮細(xì)胞重編為β細(xì)胞

導(dǎo)管上皮細(xì)胞、腺泡細(xì)胞、α細(xì)胞與β細(xì)胞共存于同一胰腺環(huán)境內(nèi)，且含量豐富。這些胰腺內(nèi)非β細(xì)胞若能原位轉(zhuǎn)化為β細(xì)胞,將會(huì)極大改善糖尿病的治療，因此備受研究者們關(guān)注。

2.1 導(dǎo)管上皮細(xì)胞 在胰腺發(fā)育過程中，頂部的細(xì)胞最終發(fā)育為腺泡細(xì)胞，導(dǎo)管上皮細(xì)胞則為內(nèi)分泌前體細(xì)胞提供來源，使其分層聚集形成胰島。而且有研究發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重破壞小鼠腺泡細(xì)胞及內(nèi)分泌腺組織后，導(dǎo)管上皮細(xì)胞重現(xiàn)胚胎胰腺發(fā)育程序，重編為內(nèi)分泌細(xì)胞和腺泡細(xì)胞[8]。說明在特定的環(huán)境下，胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞能夠作為兼性內(nèi)分泌前體細(xì)胞。對(duì)人胰腺的研究也發(fā)現(xiàn)，糖耐量減低者胰腺導(dǎo)管內(nèi)的胰島素陽(yáng)性細(xì)胞比例增加，表明作為對(duì)糖耐量減低的代償，胰腺內(nèi)可能出現(xiàn)來源于導(dǎo)管祖細(xì)胞的β細(xì)胞[9]。

然而，Rankin等[10]采用胰腺導(dǎo)管結(jié)扎方案，發(fā)現(xiàn)胰腺組成發(fā)生改變，導(dǎo)管上皮細(xì)胞增殖增加，誘導(dǎo)了神經(jīng)元素3的表達(dá)，但是β細(xì)胞數(shù)量并沒有增加，也未出現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)分泌祖細(xì)胞向β細(xì)胞譜系的轉(zhuǎn)化。但是這并不能否定導(dǎo)管祖細(xì)胞在β細(xì)胞再生過程中的重要作用。因?yàn)椴煌奈锓N可能演變出不同的再生機(jī)制，而且所有的部分胰腺損傷模型并不完全相同。損傷的程度和精確的類型可能依手術(shù)的細(xì)微差別而不同，從而影響了隨后發(fā)生的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

2.2 腺泡細(xì)胞 成體腺泡細(xì)胞是胰腺內(nèi)含量最多的細(xì)胞類型。近來研究表明，特定環(huán)境下腺泡細(xì)胞可能重新獲得自我更新和向?qū)Ч芗?xì)胞及內(nèi)分泌細(xì)胞分化的潛力。Pan等[11]發(fā)現(xiàn)將小鼠胰腺導(dǎo)管結(jié)扎后腺泡細(xì)胞內(nèi)多潛能性因子被重新活化，重編為胰島素陽(yáng)性細(xì)胞，最終表達(dá)成熟β細(xì)胞標(biāo)記物，而聯(lián)合鏈脲佐菌素破壞已存在的β細(xì)胞可促進(jìn)腺泡細(xì)胞向內(nèi)分泌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。對(duì)成人胰腺的研究發(fā)現(xiàn)，外分泌腺泡中普遍出現(xiàn)產(chǎn)胰島素細(xì)胞，推測(cè)外分泌腺具有產(chǎn)胰島素的潛力，這些腺泡細(xì)胞可能為β細(xì)胞的內(nèi)源性祖細(xì)胞[12]。固有的或外在的信號(hào)通路因子也能夠使腺泡細(xì)胞向β細(xì)胞轉(zhuǎn)化，成為β細(xì)胞再生的重要途徑。Baeyens等[13]發(fā)現(xiàn)，用細(xì)胞因子（表皮生長(zhǎng)因子和睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子）處理糖尿病小鼠，可刺激完全分化的腺泡細(xì)胞轉(zhuǎn)化為有功能的β細(xì)胞樣細(xì)胞，使其血糖水平恢復(fù)正常。

2.3 α細(xì)胞 相對(duì)于外分泌腺細(xì)胞，胰島各內(nèi)分泌細(xì)胞型之間具有較為密切的譜系關(guān)系，更可能發(fā)生胰島內(nèi)相互轉(zhuǎn)化。人表觀基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，許多與基因調(diào)控相關(guān)的β細(xì)胞特異性基因也被二價(jià)標(biāo)記于α細(xì)胞，說明α細(xì)胞的表觀遺傳可塑性更強(qiáng)，更容易向β細(xì)胞轉(zhuǎn)化[14]。因此，一些研究采用單基因操作誘導(dǎo)胰島α細(xì)胞向β細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。Yang等[15]證明在胚胎期神經(jīng)元素3陽(yáng)性祖細(xì)胞內(nèi)胰-十二指腸同源盒因子表達(dá)增強(qiáng)，而出生后幾乎所有表達(dá)胰-十二指腸同源盒因子的α細(xì)胞短期內(nèi)均轉(zhuǎn)化為類似正常β細(xì)胞的胰島素陽(yáng)性細(xì)胞。在α細(xì)胞內(nèi)異常表達(dá)成對(duì)盒基因4，可啟動(dòng)α細(xì)胞向β細(xì)胞樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化[16]。

環(huán)境誘因?qū)е娄录?xì)胞過度破壞，可促使成熟α細(xì)胞自發(fā)轉(zhuǎn)變。Thorel等[17]用白喉毒素將RIP-DTR小鼠的胰島β細(xì)胞幾乎全部破壞，誘發(fā)糖尿病，并應(yīng)用遺傳譜系追蹤技術(shù)監(jiān)測(cè)到新的再生β細(xì)胞包含α細(xì)胞的譜系追蹤標(biāo)記物，說明α細(xì)胞可自發(fā)轉(zhuǎn)化為β細(xì)胞。然而，這些實(shí)驗(yàn)中盡管來源于α細(xì)胞的β細(xì)胞在總β細(xì)胞中所占比例較為明顯，但是功能性β細(xì)胞的實(shí)際數(shù)量很少。因?yàn)檫^度破壞β細(xì)胞的情況下，小鼠體內(nèi)幾乎沒有β細(xì)胞殘留。而且α細(xì)胞向β細(xì)胞的自發(fā)轉(zhuǎn)化仍有待證實(shí)。有研究用鏈脲佐菌素破壞非人類靈長(zhǎng)目動(dòng)物的β細(xì)胞，并沒有激發(fā)α細(xì)胞的復(fù)制及β細(xì)胞的再生[18]。

3 去分化的β細(xì)胞重新分化

對(duì)β細(xì)胞去分化的廣義解釋為分化狀態(tài)的喪失，即基因表達(dá)及結(jié)構(gòu)、功能方面的變化。盡管β細(xì)胞去分化的具體定義尚不明確，但是其作為2型糖尿病的部分病因已引起重視。Talchai等[19]通過構(gòu)建胰島β細(xì)胞特異性敲除轉(zhuǎn)錄因子FoxO1小鼠模型，證實(shí)在應(yīng)激誘發(fā)的高血糖狀態(tài)下，β細(xì)胞可去分化為內(nèi)分泌祖細(xì)胞樣細(xì)胞。同時(shí)糖耐量減低者體內(nèi)出現(xiàn)共表達(dá)間充質(zhì)細(xì)胞與α細(xì)胞表型標(biāo)記物的胰島β細(xì)胞[20]。另一項(xiàng)研究則發(fā)現(xiàn)，高脂飲食猴子體內(nèi)β細(xì)胞數(shù)量減少，特異性轉(zhuǎn)錄因子消失，α細(xì)胞數(shù)量增多。表明代謝應(yīng)激狀態(tài)下，β細(xì)胞可能發(fā)生去分化，重編為α細(xì)胞[21]。

Weir等[22]認(rèn)為β細(xì)胞去分化可能是由高血糖引起，通過治療恢復(fù)正常血糖可以使去分化的β細(xì)胞重新獲得β細(xì)胞表型。最近，Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠β細(xì)胞去分化為神經(jīng)元素3陽(yáng)性而胰島素陰性的細(xì)胞；遺傳譜系標(biāo)記追蹤顯示，經(jīng)胰島素治療降低血糖后，去分化的β細(xì)胞重新分化為神經(jīng)元素3陰性而胰島素陽(yáng)性的細(xì)胞。通過擴(kuò)增這些祖細(xì)胞樣細(xì)胞并使其再分化，去分化的β細(xì)胞可能被用于重構(gòu)功能性β細(xì)胞團(tuán)。然而，重新利用去分化β細(xì)胞再生β細(xì)胞的方案仍存在很多問題。一方面β細(xì)胞去分化在人糖尿病中的作用有待證實(shí)，另一方面，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)再分化的途徑尚未確定。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

在適當(dāng)條件下，胰腺上皮細(xì)胞，不管是已分化細(xì)胞還是兼性祖細(xì)胞，都可能作為β細(xì)胞再生的巨大儲(chǔ)備資源。因此，在未來幾年，胰腺本身可能作為β細(xì)胞再生繼而治療糖尿病的細(xì)胞來源。然而，操縱成體胰腺上皮細(xì)胞的可塑性用于臨床治療，僅處于初步探索中。對(duì)控制β細(xì)胞命運(yùn)的分子機(jī)制及影響胰腺上皮細(xì)胞身份的因素的深入研究，將會(huì)為胰腺上皮細(xì)胞重編為β細(xì)胞提供新的線索。

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Pancreatic epithelium may be a new source of islet β cells regeneration

Cao Shuyi，Yuan Li.Department of Endocrinology，Union Hospital，Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430022，China

Yuan Li，Email：yuanli18cn@yahoo.com.cn

Promoting β cells regeneration and increasing the number offunctional β cells is crucial to treat diabetes.Pancreatic epithelial cells include β cell，duct cell acinar cell，and α cell.Compared with pluripotent stem cells，the adult cells have a clear advantage to realize the regeneration of β cells through different pathways.The differentiated β cells can be induced to proliferation or lost to dedifferentiation.Then the dedifferentiated cells may redifferentiate to β cells.Under specific conditions such as damaged pancreas，metabolic stress，genetic operation，other cells in pancreatic epithelium also exhibit the plasticity to go directly toβ cells or become endocrine facultative progenitor cells toreprogramme into β cells.

Diabetes mellitus；Pancreatic epithelial cells；Islet β cells；Regeneration

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：114-116）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.02.011

430022 武漢，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科

袁莉，Email:yuanli18cn@yahoo.com.cn

2014-10-23）