PostEASD胰岛B细胞新进展李全忠教授

追本求源：胰岛的纵横探索之旅与肠促胰素的应用展望,EASD热点速递胰岛篇,李全忠河南省人民医院,49届EASD关于胰岛的内容概述,总共21个章节，215个话题,主要内容,胰岛：不仅仅是各部分的总和？,Pro. Patrik Rorsman牛津大学,第7届Albert Renold奖得主：英国Patrik Rorsman教授,人类和啮齿类动物胰岛素分泌存在明显差异双相胰岛素分泌的电生理机制GLP-1刺激胰岛素分泌机制、细胞相互调节,30年来的电生理工作总结,啮齿类胰岛素分泌与人类存在差异，啮齿类模型为人类糖尿病研究提供参考，但必须认识到局限性,小鼠和人类胰岛葡萄糖所诱导的胰岛素分泌不同,为什么人类胰岛葡萄糖诱导胰岛素分泌的阈值更低？更少的KATP通道活性，致使细胞部分去极化电压门控T型Ca2+通道和Na+通道在更多的负电压下激活或提供更大的去极化推动力，致使阈值降低,小鼠,人类,胰岛素分泌（ng/胰岛/h）,葡萄糖（mM）,葡萄糖（mM）,非空腹血糖小鼠为8mM，人类约4mM,为什么血糖刺激的胰岛素分泌是双相的？,Hosker et al. Metabolism.1986,GLP-1调控的葡萄糖刺激的胰岛素分泌,循环水平的GLP-1足够刺激细胞分泌胰岛素神经机制不是必须的去神经可能不会影响肠促胰素效应(胰腺移植后功能完整),GLP-1刺激胰岛素分泌的细胞机制,Physiol Rev. 2007; 87: 14091439,人类细胞超微结构和胰岛素分泌率,L Eliasson/A ClarkDiabetes.2003; 52:2461-74.,SG：分泌囊泡；PM：细胞膜,囊泡胰岛素含量：1.6 amol, 200 细胞/胰岛，106胰岛/胰腺,定量思考：每个细胞每天使用的总囊泡数基础状态：0.2*60*20=240进餐时：4*80=320(3餐+1点心)总量：560囊泡/细胞泊靠的囊泡池(700/细胞)足够提供全天所需胰岛素总胰岛素日需求量：5%细胞囊泡含量,细胞数量减少30-40%可能不会明显影响胰岛素供应,PM,T2DM的葡萄糖刺激的胰岛素分泌降低，细胞电活动减少,对血糖迟钝的电信号应答可以解释第1时相缺失,动作电位频率减少可以解释第2时相缺失,Bhastory M Shigeto,葡萄糖诱导的抑制胰高糖素分泌的作用并非由胰岛素所介导,胰岛素水平（ng/分钟）,经灌注的小鼠胰腺（NJ Rorsman）,胰腺细胞具有内在的葡萄糖敏感性(由KATP通道关闭介导，如同细胞)旁分泌调节可能一直存在 (但仅发生在与刺激胰岛素或生长抑素分泌相关的生理状态下),胰岛素对胰高糖素分泌的抑制作用是由生长抑素介导？,人类胰岛,胰高糖素水平（pg/胰岛/h）,生长抑素水平（fmol/胰岛/h）,葡萄糖（mM）,胰岛素（nM）,1,1,100,-,葡萄糖（mM）,胰岛素（nM）,1,1,100,-,*,*,旁分泌调节胰高糖素分泌的更新模型？,2型糖尿病特征：基础胰岛素分泌增加，引起生长抑素高分泌？从而抑制胰高糖素分泌？,50% 细胞；40%细胞；10%细胞,不同类型细胞常并列存在，从而易化了细胞之间的相互作用,主要内容,糖尿病的核心问题：细胞,Miriam.Cnop教授比利时布鲁塞尔大学 内分泌实验室,第48届Minkowski奖得主： Miriam.Cnop 教授,2型糖尿病的核心：细胞功能障碍和凋亡表观遗传学调节障碍在2型糖尿病发病中扮演重要角色游离脂肪酸诱导的内质网应激是造成细胞功能衰竭的潜在机制细胞功能障碍和死亡可能是Friedreich 共济失调患者发生糖尿病的中心机制,细胞功能评价：胰岛素分泌和胰岛素敏感性的检测,对血糖的急性胰岛素应答(AIRg),胰岛素敏感性指数(Si),处置指数=AIRgSi,衡量胰岛细胞功能,2型糖尿病直系亲属细胞功能已出现早期丢失,Cnop, et al. Diabetes Care. 2007.,对血糖的急性胰岛素应答(pM),胰岛素敏感性指数Si(10-5min-1/pM),处置指数百分比排行,50,25,5,第一次测量：进展为IGT组是维持NGT组的50%第二次测量：维持NGT受试者从45降至35，进展为IGT的患者从21降至5，下降更显著,2型糖尿病的核心问题是细胞的功能障碍和凋亡,细胞群落可能在生命早年成熟(20岁左右)，并随人体老化与啮齿类动物不同，人的细胞是长寿的几乎无证据显示，肥胖成人或2型糖尿病患者细胞的新生或增殖2型糖尿病的核心问题是细胞的功能障碍和凋亡，而不是再生障碍,脂褐素累积是成熟的人细胞超微结构标志,脂褐素阳性细胞(%),对照组1型糖尿病2型糖尿病胰岛素瘤,人类细胞脂褐素的含量,年龄(岁),Cnop, Abdulkarim, lgoillo-Esteve, Masini, Marchetti, Clark, unpublished date,胰岛的表观遗传学改变可能在T2DM发病中扮演重要角色,表观遗传学修饰在生物学和医学中扮演重要角色存在相同DNA的细胞可能具有不同功能影响基因组稳定性、细胞分化、发育、老化(如AD)、疾病(如癌症)常见的表观遗传学修饰包括DNA甲基化组蛋白修饰(乙酰化、磷酸化、甲基化)基于RNA的基因沉默(microRNAs),低甲基化,高甲基化,Volkmar et al EMBO J 2012.,有研究显示，与正常受试者相比，T2DM患者胰岛有276个CpG基因位点存在明显不同的DNA甲基化甲基化不同是T2DM胰岛的一个特征，在T2DM血细胞中和高糖暴露的非糖尿病受试者中均未发现不同,T2DM患者胰岛表观遗传学调节障碍,Volkmar et al EMBO J 2012,游离脂肪酸在T2DM发病中扮演的角色,高水平的饱和游离脂肪酸(FFA)是T2DM的预测因子高脂饮食损伤细胞对胰岛素抵抗的代偿能力体内和体外研究表明，长期FFA暴露损害胰岛素分泌能力，诱导细胞死亡脂毒性在糖尿病早期进展中扮演重要角色,Reviewed in Cnop Biochem Soc Trans 2008, Cnop et al Trends Mol Med 2012.,棕榈酸盐介导的转录修饰,功能障碍,细胞丢失,转录因子PDX1,PAX4,GATA6,GATAD1,NEUROD1,ARNT,CREBL2,MAF,MAFB,SMAD3,激素和受体IAPP，CPE，CHGB，PCSK1，PCSK4,GCG,SCG5,SSTR5,ADRA2A,IGFBP6,IGFBP7,IGF1R,ER应激ATF4,ATF3,CADD34,TRIB3,CHAC1,SEC24D,SEC23B,SEC61A1,PDIA15,PDIA6,HSPA13,DNAJB11,BiP,DNAJB11,PDIA4,EDEM1,EDEM2,ERO1LB,信号转导ADCY2,PDEs,RHOs,ARHGEFs,ADCY5,ADCYAP1,ARHGEFs,ARLs,ATP生成CS,IDH2,IDH3B,SDHC,ATP5L2,ATP5A1,钾通道KCNE4,KCNQ3,SLC12A4,KCNK16,KCNK17,KCNAB1,KCNMB2,KCNK5,KCND1,KCNJ16,细胞溶质应激HSPA6,HSPA7,HSPA9,棕榈酸盐介导的转录修饰,红色：上调基因绿色：下调基因,生长/再生GAS6,REG1B,REG3A,CNNM3,CCNG1,蛋白酶体/自体吞噬/溶酶体PSM7,PSMC4, PSMD10, PSMBB,SPBB,WIPI2,DRAM2,ATG7,SCOC,CERS2,KIAA1324,VAMP8,PTPRN2,SORT1,LAMP1,LAMP4,Cathepsin F,Cathepsin O, Cathepsin S, Cathepsin A, Cathepsin D,ATP6AP2,凋亡IER3,GRAMD4,GADD45A,BAG1,BMF,BCL2L11,CASP2,CASP10,TXNIP,TP53INP1,适应,Cnop et al unpublished data,FFA代谢ACSL1,ACSL3,CPT1A,ACADVL,ECH1,HADHA,FADS1,SCD,转录因子FOS,NR4A2,FOSL1,MYC,JUN,CEBPG,SREBF2,未知作用,炎症IL6,IL1A,IL33,IL8,CXCL1,CXCL2,IRAK1,IRAK2,CXCR4,HLA class and class细胞骨架TUBA,TUBB,TUBG,2型糖尿病细胞存在内质网应激的证据,CHOP：内质网源性转录因子ATF3：转录激活因子3,*,Marchetti et al. Diabetalogia 2007.Allagnat, Morgan, Eizirik, unpublished observations.Hartman et al Mol Cell Biol 2003.,IG：胰岛素囊泡，M：线粒体，N：细胞核，ER：内质网,脂毒性引起细胞衰竭和胰岛素抵抗的分子机制,ER应激线粒体功能障碍,ER：内质网,胰岛素抵抗,糖尿病,胰岛素分泌下降,细胞凋亡增加,ER应激反应,胰岛素合成,ATP生成代谢偶联因子,Friedreich 共济失调,Friedreich 共济失调是一种罕见的、由frataxin功能缺失而引起的神经退行性疾病Frataxin是一种小线粒体蛋白，参与铁硫簇的生物合成Frataxin缺乏可造成呼吸链功能障碍，铁超负荷，ATP生成减少和氧化应激青春期发生症状，包括进行性步态共济失调伴感觉缺失、构音困难、不稳定和肌无力Friedreich 共济失调患者存在糖尿病高发病风险(10-30%)，但机制不明,Friedreich 共济失调患者存在糖耐量减低和高胰岛素血症,Cnop M, et al. Ann Neurol.2012;72(6):971-82.,糖耐量减低,患者,对照组,时间(分钟),葡萄糖(mg/ml),*,*,*,*,胰岛素(U/ml),时间(分钟),患者,对照组,*,*,*,*,高胰岛素,Friedreich 共济失调（FRDA）患者细胞缺失,Cnop M, et al. Ann Neurol.2012;72(6):971-82.,胰岛染色对照组(A：22岁男性；B：59岁女性)FRDA患者(C: 24岁男性合并糖尿病；D：64岁女性非糖尿病),肠促胰素诱导frataxin蛋白表达,CT：对照组；GIP：肠抑胃肽；FK： Forskolin ，一种常用的腺苷酸环化酶激活剂；Ex：艾塞那肽,lgoillo-Esteve, et al. unpublished date,*,*,*,*,*,总结,胰腺细胞功能障碍和死亡是2型糖尿病发病的核心问题长寿命的人类细胞终生暴露于环境因素应激可能获得表观遗传学修饰改变2型糖尿病患者胰岛DNA甲基化的不同提示表观遗传学调节障碍饱和游离脂肪酸诱导的内质网应激可能是2型糖尿病细胞功能衰竭的可能机制之一细胞的功能障碍和死亡可能是导致Friedreich 共济失调患者发生糖尿病的中心机制，肠促胰素能保护frataxin缺失导致的B细胞凋亡，对frataxin有意想不到的诱导作用。,主要内容,GLP-1和DPP-4抑制剂有相似的人体细胞保护作用,Poster 43,GLP-1和DPP-4抑制剂可显著减少棕榈酸酯诱导的细胞死亡,*P0.05 vs 其他组#P0.05 vs 对照组,Poster 43,从14个多器官捐献者中分离人胰岛，分为两组，一组加入安慰剂，一组加入棕榈酸酯0.5mmol/L，孵育48h，加或不加GLP-1 10nmol/L或沙格列汀 50umol/L,GLP-1和DPP-4i可增加棕榈酸酯诱导的胰岛素分泌减少,*P0.05 vs 对照组P0.05 vs 棕榈酸酯、棕榈酸酯+沙格列汀#P0.05 vs 其他组,Poster 43,GLP-1和DPP-4i可改善棕榈酸酯诱导的B细胞超微结构改变,*P0.05 vs 其他组RER：粗面内质网,*P0.05 vs 其他组#P0.05 vs 对照组、棕榈酸酯,#,#,Poster 43,基因表达(2-Ct ),GLP-1和DPP-4i可减少棕榈酸酯诱导的自噬泡及自噬基因表达的增加,*P0.05 vs 其他组,*P0.05 vs 对照组,Poster 43,研究结论,长时间暴露于棕榈酸酯对体外细胞的存活和功能有不良影响，这与细胞的超微结构改变有关(胰岛素颗粒减少，线粒体和粗面内质网体积增加此外，棕榈酸酯可诱导细胞质自噬体的积累过程中自噬水平的改变，并增加某些自噬基因的表达GLP-1和沙格列汀单独或联合可抵消(至少部分抵消)棕榈酸酯的不良影响，可能是因为作