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β细胞内源性增殖新途径

  β细胞内源性增殖新途径:α细胞转化为β细胞的机制及GLP-1的调控作用

  

  [背景]糖尿病患者数逐年增加,已经成为危害公共健康的重大难题,其发病的中心环节是胰岛β细胞数目减少和功能受损。

  

  目前糖尿病的主要治疗方式为药物治疗和胰腺移植。

  

  由于环境等因素的影响,移植后的外源性胰腺并不能很好地发挥调节血糖的作用,因此胰岛β细胞的内源性增殖成为人们关注的焦点。

  

  目前有研究发现胰腺外分泌细胞(胰腺导管细胞和胰腺腺泡细胞)以及胰腺外细胞(肝脏细胞)可以转化成为胰岛β细胞。

  

  在一些β细胞极端受损的糖尿病动物模型中,研究者观察到α细胞转化成为β细胞的现象,为糖尿病的治疗带来了新的思路。

  

  既往研究认为GLP-1有促进β细胞增生并抑制其凋亡的作用,但其具体机制尚不明确。

  

  有研究表明GLP-1作用于细胞表面的GLP-1受体,通过PI3K/Akt/FOX01信号通路增强PDX-1的反应性,PDX-1在维持β细胞形态功能中起到重要作用,并能促进非β细胞向β细胞转化。

  

  由此我们推测GLP-1通过细胞表面GLP-1受体激活细胞内PI3K/Akt/FOXO1信号通路,调节PDX-1、MafA、MafB等转录因子的表达,继而促进α细胞跨谱系转化为β细胞。

  

  [目的]本课题拟建立单次大剂量STZ诱导重度β细胞损伤的糖尿病大鼠模型,通过观察GLP-1干预后大鼠胰岛中内分泌细胞数目的变化,探讨GLP-1能否促进大鼠胰岛β细胞原位再生及其可能的机制。

  

  应用GLP-1受体抑制剂和PI3K酶抑制剂对糖尿病大鼠干预后,检测PI3K/Akt/FOXO1信号通路相关信号因子转录水平和蛋白表达水平,探讨GLP-1能否通过PI3K/Akt/FOX01信号通路促进α细胞转化成为β细胞。

  

  [内容]内容分为以下三大部分:第一部分GLP-1促进STZ诱导的糖尿病大鼠胰岛β细胞原位再生目的探讨GLP-1能否促进胰岛β细胞的原位再生。

  

  方法单次大剂量注射STZ建立糖尿病大鼠模型,将空腹血糖值大于28mmol/L的SD大鼠纳入研究,并将其分为五组:正常对照组、糖尿病模型组、GLP-150μg/kg干预组、GLP-1100μg/kg干预组、GLP-12000μg/kg干预组。

  

  每周监测各组大鼠血糖、体重变化;ELISA法检测C肽、胰岛素水平;大鼠胰腺切片insulin/gucagon双重免疫染色观察内分泌细胞数目变化。

  

  统计学方法为one-way ANOVA,P<0.05差异具有统计学意义。

  

  结果与糖尿病模型组相比,GLP-1干预后糖尿病大鼠的血糖水平减低、体重下降;C肽、胰岛素水平上升;胰岛素分泌细胞数目呈GLP-1剂量依赖型增加,差异均具有统计学意义(P<0.05)。

  

  结论GLP-1能够促进β细胞原位再生。

  

  第二部分GLP-1通过驱动胰岛内α细胞转分化为β细胞促进胰岛的原位再生及功能重建目的探讨GLP-1促进β细胞原位再生的可能机制。

  

  方法分组同第一部分,对大鼠胰腺冰冻切片行insulin/glucagon、insulin/amylase、insulin/Pan-CK双重免疫荧光染色,对大鼠胰腺石蜡切片行PCNA免疫组化染色。

  

  统计学方法为one-way ANOVA,P<0.05差异具有统计学意义。

  

  结果GLP-1干预后,糖尿病大鼠胰岛中出现insulin/glucagon双阳性细胞,数目随GLP-1干预剂量增加而增加,差异具有统计学意义(P<0.05)。

  

  大鼠胰腺切片中未观察到insulin/amylase、insulin/pan-ck双阳性细胞;PCNA免疫组化结果无明显差异(P>0.05),且染色区域均位于α细胞分布区域。

  

  结论GLP-1促进β细胞的原位再生来自于α细胞的转化,无胰腺腺泡细胞或导管细胞的转化,也无α细胞的自我复制。

  

  第三部分GLP-1及其受体经PI3K/Akt/FOXO1通路上调PDX-1表达促进α细胞转分化为β细胞目的探讨GLP-1通过其受体经PI3K/Akt/FOXO1通路增强转录因子PDX-1、MafB的表达,下调MafA的表达,继而促进α细胞转分化为β细胞。

  

  方法建立糖尿病大鼠模型后,将SD大鼠分为7组:正常对照组、糖尿病模型组、GLP-1 50μμg/kg 干预组、GLP-1 100μg/kg 干预组、GLP-1 200μg/kg 干预组、GLP-1与GLP-1受体拮抗剂exendin(9-39)共同干预组、GLP-1与PI3K酶抑制剂 LY294002 共同干预组。

  

  RT-PCR 检测 GLP-1R、AKT、PDX-1、MafA、MafB、Foxol的mRNA表达结果;Western blot检测大鼠胰岛中GLP-1R、PDX-1、MafA、MafB、Akt的蛋白表达结果。

  

  结果PCR结果显示:糖尿病模型组的GLP-1R、Akt、PDX-1、FOXO1、MafA、MafB的表达较正常组明显下降。

  

  GLP-1干预后,GLP-1R、Akt、PDX-1、FOXOl MafA的mRNA表达量明显上升,MafBmRNA表达量下降,呈剂量依赖型。

  

  exendin(9-39)抑制 GLP-1 受体后,GLP-1R、Akt、PDX-1、Foxol、MafA 的mRNA表达量较GLP-1 100μg/kg干预组下降,而MafB表达量上升。

  

  LY294002抑制 PI3K 酶后,GLP-1R、Akt、PDX-1、Foxol、MafA 的 mRNA 表达量较GLP-1100μg/kg干预下降,而MafB表达量上升。

  

  Western blot结果与PCR结果相似,差异均具有统计学意义(P<0.05)。

  

  结论GLP-1通过GLP-1受体及其下游的PI3K/Akt/FOXO1通路增强转录因子PDX-1、MafA的表达,下调MafB的表达,进而促进α细胞向β细胞转化。


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