打开

“横空出世”,成熟胰岛β细胞新生或有新机制

subtitle
BioArt 2021-09-15 17:11

打开网易新闻 查看更多图片

撰文 | 咸姐
责编 | 兮

胰腺是控制能量消耗和代谢的中心,由两种形态和功能上不同的组成部分组成:外分泌胰腺(腺泡细胞和导管细胞)和内分泌胰腺(朗格汉斯胰岛)。外分泌腺泡细胞产生一系列消化酶,包括脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶,这些酶被分泌到胰管并流入小肠,分解脂肪、蛋白质和碳水化合物以供吸收。而葡萄糖稳态则是由内分泌胰岛控制的,其虽然只占胰腺总体积的5%不到,但在人体中却有超过10亿个细胞。胰岛细胞有五种主要类型,每一种都合成并分泌一种主要激素——胰岛素(INS,β-细胞)、胰高血糖素(α-细胞)、生长抑素(SST,δ-细胞)、胰腺多肽(PP细胞)和胃饥饿素(ε-细胞),其中胰岛素和胰高血糖素通过密集的胰岛内血管网络直接释放到血液循环中,在调节血糖水平方面发挥重要作用【1】

每11个人中就有1人罹患糖尿病,而β-细胞的缺失与1型和晚期2型糖尿病密切相关【2】。由此可见,了解成熟β-细胞的维持方式非常重要,也可以为新的治疗方法提供指导。β-细胞群一度被认为主要通过增殖来维持,然而,陆续有证据表明,在受损的成年小鼠胰腺中存在非β-细胞来源的β-细胞新生【3,4】。不过目前对于内分泌祖细胞在成熟胰腺内环境稳定中的存在和意义仍有争议。

有研究发现,发育中胰腺的内分泌祖细胞中表达的关键转录因子Ngn3与成熟β-细胞的新生密切相关。导管细胞被认为是成熟Ngn3+细胞的来源。然而,对于导管细胞在稳态和损伤模式下生成β-细胞的能力,谱系追踪研究产生了相互矛盾的证据。例如,利用R26-LacZ示踪剂的碳酸酐酶II(CAII)-CreERT研究表明,在胰腺导管结扎(PDL)损伤模型下,内分泌细胞可以从导管细胞衍生而来。相反的,另外一些研究发现使用诸如Krt19、粘蛋白1、Sox9、Hes1和Hnf1b等启动子并未显示出导管对β-细胞再生的贡献。对于这些相互矛盾结果的出现,不容忽视的原因之一在于技术。用于驱动导管细胞Cre表达的启动子的表达差异以及所用示踪剂的重组效率均会导致标记效率的巨大差异。此外,追踪标记细胞的持续时间变化很大。因此,尽管有一些证据表明成熟导管衍生的内分泌分化,但是其作用和意义尚不清楚。

基于以上,2021年9月2日,来自英国弗朗西斯·克里克研究所的Axel Behrens团队在Cell Stem Cell上在线发表题为 Ductal Ngn3-expressing progenitors contribute to adult β cell neogenesis in the pancreas 的短文,利用谱系追踪、3D成像和单细胞RNA测序(scRNA-seq),发现了一类驻留在导管中的生长抑素阳性内分泌祖细胞群是内稳态和糖尿病中β-细胞新生的来源,揭示了除β-细胞增殖外维持成熟胰岛β-细胞群的新机制。

为了能随着时间的推移追踪INS+细胞,本文研究人员首先将Ins1-CreERT系与敏感型谱系示踪R26-CAG- TdTomato小鼠杂交,在他莫昔芬给药后1个月和6个月对成年小鼠进行分析,并通过抗体染色、扫描和自动定量分析胰腺,以确定追踪的胰岛β细胞的百分比。结果观察到随着时间的推移,胰岛β细胞的稀释,并且在胰岛外(导管内)发现示踪的INS+/UCN3-细胞(UCN3是成熟β细胞的标志物),提示这些导管驻留INS+细胞是不成熟的,随着时间的推移,可能有助于β细胞群的形成。

随后,在规避了早期研究中低谱系追踪效率所致的潜在问题后,研究人员利用Hnf1b-CreERT; R26-CAG-TdTomato杂交小鼠,在他莫昔芬给药后观察到94%的导管细胞被标记以及δ细胞(SST+)。在他莫昔芬治疗后1周、5周和12周对胰岛进行分析发现,从第5周到第12周,示踪的β(INS+)细胞百分比显著增加,而示踪的δ细胞急剧减少,而且在12周内,每周增加的示踪的β细胞速率与上述Ins1-CreERT; R26-CAG-TdTomato杂交小鼠实验中的稀释速率非常相似,由此进一步表明,随着时间的推移,Hnf1b示踪的细胞会大量进入胰岛,从而有助于维持β细胞群。进一步地,研究人员利用Ngn3-CreERT; R26-CAG-tdTomato杂交小鼠进行谱系追踪发现,一部分导管细胞表达Ngn3和内分泌标记物(主要是SST,偶尔还同时表达INS),且这些细胞具有离开导管上皮的迁移能力,可存在于成熟胰腺中。

考虑到上述示踪β细胞稀释度较小,或许与增殖相比,导管Ngn3+细胞对维持β细胞内稳态的贡献可能较小,因此,研究人员利用了AKITA糖尿病小鼠模型进行深入研究。结果发现,在糖尿病背景下,驻留在导管中的Ngn3+细胞数增加,而在AKITA背景下使ngn3的一个等位基因失活即可加重糖尿病表型。由此表明糖尿病背景下,Ngn3+导管细胞的内分泌新生作用更强,这可能是对β细胞丢失的再生反应。

最后,研究人员对他莫昔芬处理10天(这是在胰岛中观察到示踪细胞并可能发生新生的时间点)后从Ngn3-CreERT; R26-CAG-tdTomato杂交小鼠分离的胰岛进行了scRNA-seq,分析结果与谱系追踪研究一致,导管来源的生长抑素表达的细胞(其中一些保留了导管标志物的表达)可以产生β细胞,并分析得到Ngn3+细胞转变为SST+细胞、SST+细胞又转变为INS+β细胞的轨迹。

综上所述,本研究发现在成熟胰腺中,会发生由Ngn3示踪导管细胞来源的β细胞新生。石蜡切片的免疫荧光分析和胰腺3D FLASH成像分析,以及含有从Ngn3+细胞追踪到的胰岛细胞的scRNA-seq的补充均证实Ngn3+细胞可以通过SST+状态变成INS+细胞,并且这种来源的β细胞在β细胞缺乏的糖尿病背景下更多,由此提出了β细胞新生的第二个重要生理机制。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.08.003

参考文献

1. Qiao Zhou, Douglas A Melton. Pancreas regeneration.(2018). Nature. 557(7705):351-358.

2. Kharroubi, A.T., and Darwish, H.M. (2015). Diabetes mellitus: The epidemic of the century. World J. Diabetes 6, 850–867.

3. Thorel, F., Ne´pote, V., Avril, I., et al. (2010). Conversion of adult pancreatic alpha-cells to beta-cells after extreme beta-cell loss. Nature 464, 1149–1154.

4. Chera, S., Baronnier, D., Ghila, L., et al. (2014). Diabetes recovery by age-dependent conversion of pancreaticd-cells into insulin producers. Nature 514, 503–507.

注:本文来自BioArt微信公众号,更多生物领域前沿信息等你来发现!

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章,欢迎个人转发分享,未经允许禁止转载,所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利,违者必究。

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
24赞
大家都在看打开应用 查看全部
网易热搜每30分钟更新
打开应用 查看全部
打开