胰岛β细胞去分化和再分化在降糖药物治疗2型糖尿病中的动态变化及其相关机制研究

Recent studies demonstrate that pancreatic islet β cell dedifferentiation may be a new mechanism of β cell function deterioration in type 2 diabetes mellitus (T2DM) animals. However, its precise role in human T2DM needs to be clarified. It has been shown that the progenitors, generated by adult β cells dedifferentiation, have the ability to regain mature and functional β cells under conditions of cytokines supplement or signaling pathway regulation. Our previous study indicated β cell dedifferentiation in T2DM mice, and found that glucagon-like peptide-1 (GLP-1) analogue liraglutide could reverse β cell dedifferentiation and restore the specific expression of β cell markers. In additoin, our preliminary results demonstrated that GLP-1 analogues exendin-4 and liraglutide could promote stem cells to differentiate into β cells. In this study, we intend to clarify whether islet β cell dedifferentiation is present and expound the exact molecular components in human T2DM by detecting islet mass, β cell secretory granules, expression profiles of β cell markers and progenitor markers, and so on. Moreover, we plan to determine the effects of GLP-1 analogues on β cell dedifferentiation and redifferentiation in two mouse models of T2DM in vivo and cultured mouse primary islets ex vivo, and to reveal the mechanisms of GLP-1 function, including GLP-1 receptor and signaling pathways. Our project, together with the recent studies, presents an alternative scenario to explain compromised β cell function in T2DM, and contributes to islet conservation and therapy optimization for diabetes.

胰岛β细胞去分化是近两年来提出的2型糖尿病（T2DM）中β细胞功能障碍的新机制，但其在T2DM患者中的确切作用尚待进一步阐明。研究显示，通过添加细胞因子或调控信号通路，可促进去分化后形成的前体细胞恢复到成熟的功能性β细胞。我们的前期研究显示，T2DM小鼠存在β细胞去分化，应用胰高糖素样肽-1（GLP-1）类似物治疗可减少β细胞去分化，恢复胰岛特异性标志物的表达；此外，GLP-1类似物可提高干细胞向胰岛细胞的分化效率。本研究拟通过检测胰岛细胞总量、β细胞分泌颗粒、β细胞和前体细胞标志物的表达谱等指标，明确T2DM患者是否存在β细胞去分化及向其他内分泌细胞的转化。在T2DM小鼠和原代胰岛体外去分化模型中观察GLP-1类似物对β细胞去分化和（或）再分化的影响，并且探讨GLP-1受体和相关信号通路在其中的作用。本项目有助于揭示T2DM发病新机制，为优化降糖和胰岛保护策略提供理论基础和实验依据。

胰岛β细胞去分化可能是导致β细胞总量减少和功能下降的一个重要机制，但其在2型糖尿病（T2DM）患者中的确切作用缺乏报道。降糖药物是否能够影响β细胞去分化，又是如何参与这个过程亦需进一步阐明。本项目选用Pax6m/+和db/db两种T2DM小鼠和不同糖耐量水平的部分胰腺切除的患者，检测胰岛细胞总量、胰岛素阳性细胞数量及其占整个胰岛的比例、β细胞成熟标志物和胰腺前体细胞标志物等指标变化。结果显示T2DM小鼠和患者的β细胞逐渐失去自身特性，开始表达前体细胞标志物，提示T2DM的胰岛β细胞去分化。给予db/db小鼠GLP-1类似物（艾塞那肽或利拉鲁肽）、达格列净及相应对照处理后发现，这三种降糖药物均能抑制前体细胞标志物的表达，部分恢复成熟β细胞标志物的表达，提示这些药物可能具有抑制β细胞去分化和（或）促进去分化β细胞再分化的作用。分离原代小鼠胰岛，经贴壁培养建立β细胞去分化的体外模型，通过添加或不添加GLP-1类似物，检测胰岛素阳性细胞的比例、胰岛标志物的表达和胰岛素分泌等指标，进一步明确GLP-1类似物具有直接抑制β细胞去分化和（或）促进再分化的作用。机制研究方面，我们发现正常C57BL/6小鼠胰岛中FoxO1主要位于胞浆，Pdx1位于胞核，而T2DM的Pax6m/+小鼠和db/db小鼠FoxO1表达降低或位于胞核，相反胰岛关键性转录因子Pdx1和Nkx6.1等位于胞浆，提示FoxO1的异位表达或表达降低可能引起胰岛特异性标志物的异位表达，进而引起β细胞去分化。此外，在人胚胎干细胞定向分化为胰岛β细胞的体系中添加FoxO1抑制剂可促进胰岛细胞分化。这些结果提示，FoxO1确实参与了β细胞的分化和功能成熟。在原代小鼠胰岛去分化的体外模型中添加GLP-1受体拮抗剂或siRNA可部分逆转利拉鲁肽抑制去分化的作用，提示GLP-1受体可能参与了GLP-1类似物抑制β细胞去分化和（或）促进去分化β细胞再分化的这一效应。本项目有助于完善T2DM的发病机制，为优化降糖和胰岛保护策略提供理论基础和实验依据。本项目发表SCI论文8篇（负责人为第一作者或通讯作者8篇），最高影响因子10.893；发表中文核心期刊论文19篇（负责人为第一作者论文5篇）；相关成果获2016年北京市科学技术奖三等奖；协助培养研究生4名。项目组成员参加国际学术会议共10人次，进行16次国内学术会议口头发言或壁报交流。