Pdx-1/Ngn3基因转录信号在胰岛β细胞再生中的表达及作用

发布时间:2021-11-23 11:09:07 论文编辑:vicky

本文是一篇医学论文,笔者经过研究,得出如下结论:Pdx-1/Ngn3 转录基因信号在胰管结扎后胰损伤中表达上调,Pdx-1/Ngn3 转录基因信号在胰岛再生及 β 细胞分化中具有重要的调控作用,胰损伤后间质内出现的细胞群可能为胰干细胞,部分能向胰岛 β 细胞分化,其在胰岛再生的研究中具有重要意义。


前言


1 糖尿病与糖尿病发病机制

糖尿病(diabetes mellitus, DM) 是由多种因素和致病因子(包括遗传、免疫功能紊乱、微生物感染及毒素、细胞代谢自由基毒素以及精神因素)等作用于机体,导致人体胰岛 β 细胞功能减退或细胞利用胰岛素(insulin)出现抵抗等,从而引发体内糖、水和电解质、蛋白质、脂肪等出现紊乱的一系列代谢紊乱综合征,其主要临床表现是以血糖升高为主,并出现机体内多种器官、多种代谢功能的异常。

近年来,糖尿病的发病率快速上升,已经成为全球公认的人类发病率最高的代谢性疾病。全球糖尿病患病率预计将从 4.15 亿(2015 年)增长到 6.42 亿(2040年)[1]。据统计,截止到 2019 年,全球糖尿病患病率大约 4.93 亿人,约占全球人口总数的 9.3%[2]。由于糖尿病的高患病率以及长期高血糖所带来的并发症和死亡率,该疾病已成为世界普遍关注的健康问题。糖尿病导致的长期高血糖会引起肾功能衰竭、周围神经及血管病变,而且也是中风和冠状动脉疾病的高危因素。根据美国糖尿病协会(American diabetes association, ADA)分类,糖尿病分为四种类型:I 型糖尿病(T1DM)、II 型糖尿病(T2DM)、III 型即其它形式糖尿病和 IV型妊娠糖尿病[3],但临床上糖尿病的两种主要形式是 T1DM 和 T2DM。T1DM 是一种自身免疫性疾病,患者出现由免疫介导致胰岛 β 细胞选择性破坏,导致 β 细胞数量不足或者功能减退,从而不能够正常分泌相应的胰岛素,其特征是胰岛 β细胞大量破坏,当 β 细胞数量由于自身免疫作用而降低至 20%及以下时,胰岛素分泌水平降低,胰岛素缺乏而出现高血糖症,若未经治疗可引起死亡。目前用于T1DM 的最广泛使用的治疗方法是胰岛素注射,但这种治疗方式并不能避免许多常见的糖尿病并发症的发生。T2DM 是胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)和进行性胰岛功能不全的综合结果[4],是人体在高血糖和高游离脂肪酸(free fatty acids,FFA)的刺激下,自由基大量生成,进而启动氧化应激反应,其特征是第一阶段胰岛素分泌的丢失和第二阶段胰岛素分泌的减少[5]。目前 T2DM 治疗的方法包括饮食限制,体重控制和药物干预。由于糖尿病疾病的复杂性和治疗效果的不稳定性,严重影响了糖尿病患者的生活质量和健康水平。

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2 胰岛 β 细胞再生与糖尿病细胞治疗

无论何种原因,大量的 β 细胞丢失,将导致内源性的永久性胰岛素缺乏和不可逆的体内高血糖。随着对糖尿病发病机制和胰干细胞的深入研究,通过胰干细胞增殖并向 β 细胞分化,来实现 β 细胞替代治疗,对于 T1DM 治疗而言,将是一种充满希望的治疗方法。而对于 T2DM,深入研究内源性胰岛再生、尤其是 β 细胞再生的机制,如何通过刺激胰干细胞向 β 细胞分化、增殖和功能成熟来促进胰岛形成,实现胰岛素内源性自给自足,从而优化血糖控制,已成为糖尿病临床治疗的重点研究方向。研究证实,通过不同类型细胞的转化(转分化)或干细胞分化(新生),以及增强现有 β 细胞的复制和在不表达胰岛素的细胞中形成新的 β细胞,这两种途径表明 β 细胞再生具有可能性,并且临床治疗应用前景光明,再生或分化的 β 细胞通过细胞增殖和迁移,都可能实现胰岛的再生,但机制一直不清[6]。与外源性胰岛素注射替代治疗相比,通过内源性 β 细胞再生、恢复胰岛素分泌,具有有效性、安全性和多功能性。因此,如何认识内源性 β 细胞再生的生物学调控机制,为功能性 β 细胞衰竭后,通过干细胞重新实现内源性 β 细胞再生、恢复胰岛素分泌,是胰岛再生调控机制研究的努力方向。

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实验材料


1 实验动物

雌、雄均有的 SD 大鼠 35 只,体质量 300±10 g(SPF 级),均购买于大理大学动物实验中心,实验动物合格证号:SYXK(滇)K2015-0002。实验研究过程所涉及的实验动物及有关材料,遵守并执行大理大学医学伦理委员会制定的动物保护条例。饲养前清洁动物房,并用消毒紫外灯照射 2 h,在 45% 湿度,25℃ 室温下常规饲养,所用的饲料需干燥,可在阳光暴晒 8 h 以上。每 3-5 d 换一次垫料,保证室内空气流通。饲养期间不限制其饮食和饮水。实验过程中所有关于实验动物的处理方法均参照大理大学动物保护原则来执行。

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2 实验试剂

本实验需要和使用的主要试剂,见表 1。

表 1 实验需要和使用试剂

表 1 实验需要和使用试剂

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实验方法.......................................... 10

1 实验动物分组................................................. 10

2 实验动物模型的建立...................................... 10

2.1 建模前的准备工作..................................... 10

2.2 建模方法................................................ 10

实验结果............................................... 19

1 大鼠 PDL 模型建立.............................................. 19

2 H-E 染色............................................. 19

3 免疫组织化学染色........................................... 20

结 论................................ 40


讨论


1 大鼠 PDL 模型的建立

胰岛 β 细胞的数量减少与功能减退是糖尿病发病的主要原因,理论上胰岛 β细胞分泌胰岛素的功能,可以通过 β 细胞的再生得以恢复,然而从研究结果来看,β 细胞的再生较为困难,其中一个主要的原因就是我们并不清楚内源性胰岛 β 细胞再生的分子调控机制。所以,研究 β 细胞的再生及再生规律的认识,对于糖尿病的防治具有重要意义。胰损伤后胰岛再生模型的建立方法有:使用 β 细胞毒性药物破坏胰岛 β 细胞,胰部分切除术(partial pancreatectomy, PPx)以及胰管结扎(PDL)术等。与其它再生模型相比,部分胰管结扎术模型不需要减少 β 细胞或切除胰组织,模型在研究参与 β 细胞分化和胰岛形成的信号通路方面具有重要价值[27]。PDL 通过外科手术结扎大鼠引流胰体尾部胰液的主要胰管,导致胰体尾部腺泡分泌的胰液引流障碍,组织自溶并伴有结扎远端的炎症和腺泡萎缩,可造成成年大鼠胰岛的 β 细胞损伤,随后出现的胰组织再生重塑,将诱导胰岛再生。在先前的研究中,证实了大鼠 PDL 模型中,PDL 术能诱导胰导管上皮细胞中 β 细胞特异性 II 型葡萄糖转运蛋白(GLUT-2)的表达,导管上皮呈增生状态,表明胰管结扎可诱导胰外分泌部导管上皮细胞的增殖和分化,出现新生的 β 细胞,表明该模型存在着胰 β 细胞的再生。PDL 诱导的损伤会导致胰大量的腺泡坏死和导管上皮增生,但不会改变 β 细胞的质量和胰岛素含量。研究还发现,通过 PDL 引起的胰损伤,可诱导组织内短暂的 Ngn3 +内源性干细胞的活化和 β 细胞的增殖,因在研究成体胰组织中 β 细胞动力学和内分泌干细胞特性所需的信号调控研究方面,PDL 提供了较好的模型基础[27,28]。研究表明,在正常成年大鼠中,胰岛细胞新生可以通过刺激和激活胰管细胞而实现,在胰管结扎胰损伤后的第 1 周,胰管被阻断的胰组织内会出现明显的 β 细胞增生[13]。也有研究发现,在胰管结扎胰损伤后 3 天内,在成年小鼠胰管结扎组织中会观察到 Ngn3 异常的强烈表达,Ngn3的激活促使位于胰管上皮中 Pdx1 阳性细胞的增殖和分化,显示内源性的再生,这种再生包括内源性的胰干细胞向 β 细胞的分化[27]。因此,PDL 模型在研究胰岛再生中 β 细胞的分化及信号调控方面,不失为较好的模型选择。

表 3 实验器材及用品

表 3 实验器材及用品

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结论

Pdx-1/Ngn3 转录基因信号在胰管结扎后胰损伤中表达上调,Pdx-1/Ngn3 转录基因信号在胰岛再生及 β 细胞分化中具有重要的调控作用,胰损伤后间质内出现的细胞群可能为胰干细胞,部分能向胰岛 β 细胞分化,其在胰岛再生的研究中具有重要意义。

参考文献(略)

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