Post EASD-胰岛B细胞新进展-李全忠教授

1、CV-1310-BY-0036 追本求源：胰岛的纵横探索之旅与肠促胰素的应用展望EASD热点速递胰岛篇李李全全忠忠河南省人民河南省人民医院医院CV-1310-BY-0036 49届EASD关于胰岛的内容概述u总共21个章节，215个话题细胞12个章节121个话题细胞16个话题胰岛9个章节78个话题CV-1310-BY-0036 主要内容胰岛：不仅仅是各部分的总和？Albert Renold奖糖尿病的核心问题：细胞（Minkowski 奖）肠促胰素对胰岛影响的新进展CV-1310-BY-0036 胰岛：不仅仅是各部分的总和？Pro. Patrik Rorsman牛津大学第7届Albert Ren

2、old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CV-1310-BY-0036 30年来的电生理工作总结电压（mV）5秒1电压门控Ca2+（和Na + ）通道2电压门控Ca2+通道（Na +通道失活）3延迟K +通道（Kv）的修正4Ca2+通道的失活5Kv通道的循环关闭和Ca2+通道的再活化6Kslow通道（SK通道和KATP通道）的激活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CV-1310-BY-0036 小鼠和人类胰岛葡萄糖所诱导的胰岛素

3、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？1.更少的KATP通道活性，致使细胞部分去极化2.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4mMCV-1310-BY-0036 为什么血糖刺激的胰岛素分泌是双相的？Hosker et al. Metabolism.1986静脉注射葡萄糖后的时间（min）血浆胰岛素（mU/ml）早期T2DM第1时相第2时相非糖尿病高糖钳夹RRP:预释放囊泡池；RP：储备池RPRRP移动时间(min)每个细胞的胰岛

4、素释放血糖可能一：胰岛素囊泡池不同释放模式15 mM 血糖胰岛素分泌膜电位(mV)时间(分钟)可能二：由于动作电位振幅减少CV-1310-BY-0036 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: 140914390501001506 mM葡萄糖*GLP-1(7-36) (pM)胰岛素水平（pg/胰岛/h）-1胰岛素分泌（t=1.0）1 pM GLP-16 mM 葡萄糖添加GLP-1后的时间（分钟）分离的人类胰

5、岛经灌注的小鼠胰腺GSIS，葡萄糖刺激的胰岛素分泌CV-1310-BY-0036 人类细胞超微结构和胰岛素分泌率人类细胞超微结构 10,000个SG/细胞 700个泊靠的SGL Eliasson/A ClarkDiabetes.2003; 52:2461-74.SG：分泌囊泡；PM：细胞膜0.2囊泡/min1囊泡/min4囊泡/细胞/min时间(min)胰岛素分泌率(pmol/min)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

6、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PMCV-1310-BY-0036 T2DM的葡萄糖刺激的胰岛素分泌降低，细胞电活动减少静脉注射葡萄糖后的时间（min）血浆胰岛素（mU/ml）早期T2DM第1时相第2时相非糖尿病高糖钳夹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时相缺失非糖尿病T2DM膜电位(mV)膜电位(mV)Bhastory M ShigetoCV-1310-BY-0036 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）葡萄糖

7、（mM）胰高糖素的分泌（pg/分钟）时间（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)CV-1310-BY-0036 胰岛素对胰高糖素分泌的抑制作用是由生长抑素介导？02.557.51012.51500.4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）11100-葡萄糖（mM）胰岛素（nM）11100-*CV-1310-BY-0036 旁分泌调节胰高糖素分泌的更新模型？-细胞-

8、细胞-细胞外源性胰岛素+内源性胰岛素？生长抑素胰高糖素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CV-1310-BY-0036 主要内容胰岛：不仅仅是各部分的总和？Albert Renold奖糖尿病的核心问题：细胞（Minkowski 奖）肠促胰素对胰岛影响的新进展CV-1310-BY-0036 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

9、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CV-1310-BY-0036 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CV-1310-BY-0036 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50255维

10、持NGT（10例）进展为IGT（6例）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CV-1310-BY-0036 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, Abdulk

11、arim, lgoillo-Esteve, Masini, Marchetti, Clark, unpublished date CV-1310-BY-0036 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

12、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CV-1310-BY-0036 T2DM患者胰岛表观遗传学调节障碍Volkmar et al EMBO J 2012T2DM胰岛不同的甲基化基因1.功能障碍和细胞死亡2.适应3. 作用不明DNA损伤/氧化应激(ALDH3B1,MPG,TRPM2,GSTP1,)内质网(ER)应激(PPP2R4,NIBAN,CHAC1,FBXO44,)凋亡(CASP10,NR4A1/NUR77,PCP4,BCL2,PK1,MADD,SH3PX3,)信号转导(GUCA2A,GPR152,G

13、UCY1B2,RASIP1,MAPK1,ARHGEF19,)激素，生长因子(EGF,FGF1,IGF2AS,GRB10,NTRS2,)转录因子(MIST-1,NFKBIB,FOXA2,SOX6,PAX4,SIRT6,)代谢(CKTM2,FBP2,SLC2SAS,HK1,CDO1,)炎症(CMTM8,FCN2,UNQ473,SAA2,LCN1,DEFA1,RETNLB,)离子通道(SLC39A5,CA3,GABRB3,KCNJ1,)细胞骨架(TPM3,POSTN,WAS,ITGA2B,LDB3,)CV-1310-BY-0036 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)

14、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.CV-1310-BY-0036 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,ADR

15、A2A,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,KC

16、ND1,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,GADD4

17、5A,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, CV-1310-BY-0036 2型糖尿病细胞存在内质网应激的证据

18、ATF3对照组T2DMCHOPCHOP：内质网源性转录因子ATF3：转录激活因子3内质网(ER)扩张密度(ml%)0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 对照组T2DM*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CV-1310-BY-0036 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

19、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CV-1310-BY-0036 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CV-1310-BY-0036 Friedreich 共济失调患者存在糖耐量减低和高胰岛素血症Cnop

20、 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CV-1310-BY-0036 Friedreich 共济失调（FRDA）患者细胞缺失Cnop M, et al. Ann Neurol. 2012;72(6):971-82.对照组FRDA患者细胞面积(%)*P0.05, vs.对照组箭头所指为3例FRDA合并糖尿病患者胰岛染色 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)CV-1310-BY-0

21、036 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 CTGIPFKExFrataxin-TubulinCTGIPFKExendinCTFKExendinGIPFrataxin/-TubulinFrataxin/-TubulinFriedreich共济失调患者的多功能干细胞(iPSC)来源的神经元*CV-1310-BY-0036 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

22、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。CV-1310-BY-0036 主要内容胰岛：不仅仅是各部分的总和？Albert Renold奖糖尿病的核心问题：细胞（Minkowski 奖）肠促胰素对胰岛影响的新进展GLP-1和DPP-4抑制剂有相似的人体细胞保护作用Poster 430246对照棕榈酸酯棕榈酸酯

23、+GLP-1棕榈酸酯+沙格列汀棕榈酸酯+联合%细胞死亡*#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/L050100150200250对照棕榈酸酯棕榈酸酯+GLP-1棕榈酸酯+沙格列汀棕榈酸酯+联合相比对照组的百分比(%)胰岛素分泌(刺激指数)*#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 43GLP-1和DPP-4i可改善棕榈酸酯诱导的B细胞超微结构改变0246对照棕榈酸酯棕榈酸酯+GLP-1棕榈酸酯+沙格列汀棕榈酸酯+联合ml%RER(体积密度)*P0.05 vs 其他组RER：粗面内质网 024681012对照棕榈酸酯棕榈酸酯+GLP-1棕榈酸酯+沙格列汀棕榈酸酯+联合ml%胰岛素囊泡(体积密度)#*P0.05 vs 其他组#P0.05 vs 对照组、棕榈酸酯#Poster 43*基因表达(2-Ct )0.0 0.5 1.