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胰島β細胞專題 胰島再生調(diào)節(jié)路徑新發(fā)現(xiàn)

摘要:發(fā)現(xiàn)高脂飲食導致胰島素抵抗和代償性的β細胞增生肥大,但是導致β細胞功能紊亂的機制還不明確。在高脂飲食喂養(yǎng)八周后,團隊觀察到胰島體積在穩(wěn)定增大,且Fltp譜系陽性細胞橫截面積也逐漸增大。

胰島素依賴型糖尿病是一種以β細胞減少或功能障礙為特點的、復雜的多因素疾病。胰腺β細胞的大小、對葡萄糖的反應性、胰島素的分泌能力以及前體細胞分化的潛力都有很大的異質(zhì)性,了解這些功能異質(zhì)性背后的機制有助于發(fā)現(xiàn)新的β細胞再生方法。ErikBader團隊發(fā)現(xiàn),F(xiàn)ltp(Wnt/PCP*的效應器和報告基因)可以作為一個標記基因來把內(nèi)分泌細胞分為兩個亞群,并且區(qū)分出成熟的β細胞的增殖能力。本期胰島β細胞專題,我們將為大家分享這項研究的具體結(jié)果及發(fā)現(xiàn)。

胰島細胞異質(zhì)性可能是由內(nèi)分泌細胞的終端分化和平面偏振狀態(tài)決定的

1966年,大鼠胰腺灌流方法由Sussman等學者首次建立,并先后由Assan、Giroix等進行了改進和完善,此后廣泛應用于大鼠胰島β細胞胰島素分泌動力學研究。下面是具體的操作流程:

為了在分子水平驗證組織極性的建立,ErikBader團隊建立了FltpZV敲入/敲除小鼠模型,檢測了小鼠出生后不同時間段和成年后Fltp的活性以及在成年小鼠的不同胰腺細胞中的活性。研究發(fā)現(xiàn),在新生胰島的發(fā)育過程中,胰島細胞異質(zhì)性的發(fā)生可能是由內(nèi)分泌細胞的終端分化和平面偏振狀態(tài)決定的。

FVR:Fltp啟動子驅(qū)使的組蛋白2b(H2B)-Venus報告基因,其活性僅限于在已建立PCP下的終端分化細胞中。

新生胰島β細胞成熟過程中,F(xiàn)VR+β細胞的分布數(shù)量

成年期小鼠內(nèi)分泌細胞譜系中表達FVR的數(shù)量

FVR?和FVR+β細胞會對環(huán)境刺激做出不同的反應

隨后,ErikBader團隊把注意力放在β細胞上,首先研究了在機體不同狀態(tài)下FVR?和FVR+β細胞的增殖能力,然后把FltpZV/+鼠的成熟胰島分離出來,在各亞群層面上進行全基因組mRNA表達水平的測定。他們發(fā)現(xiàn)有997個基因在FVR?和FVR+的內(nèi)分泌細胞上存在1.5倍以上的表達差異。進一步分析表明,F(xiàn)VR?的亞群中,Wnt和MAPK信號轉(zhuǎn)換相關的基因表達量更高,F(xiàn)VR+的亞群中,成熟β細胞功能相關的基因表達量更高。

FVR+和FVR-細胞亞群中Ki-67表達細胞的激光掃描共聚焦顯微鏡圖像

Ki-67表達的β細胞數(shù)量

注:Ki67是一種增殖細胞相關的核抗原,數(shù)值越高,表明增殖越活躍。

這兩個亞群細胞在基因表達上的差異可能預示著它們對環(huán)境的刺激會做出不同的反應。為了驗證這點,該團隊利用細胞譜系追蹤的實驗方法,發(fā)現(xiàn)Fltp譜系陰性細胞轉(zhuǎn)化成了陽性細胞。

該團隊還把FltpT2AiCre/+和Gt(ROSA)26mTmG的胰島細胞移植到小鼠的眼睛中,并發(fā)現(xiàn)一開始由于營養(yǎng)物質(zhì)供應缺乏,胰島的體積呈縮小趨勢;在移植的13天后,除了血管再生和胰島體積減小,還檢測到相應的Fltp譜系陰性細胞體積增大、數(shù)量增多,F(xiàn)ltp譜系陽性細胞體積減小、數(shù)量減少;在移植4周后,F(xiàn)ltp譜系陽性亞群重新恢復。

高糖飲食導致胰島體積增大,β細胞增生肥大

隨后,團隊又在高脂飲食的小鼠模型上研究各內(nèi)分泌細胞亞群的代謝情況。發(fā)現(xiàn)高脂飲食導致胰島素抵抗和代償性的β細胞增生肥大,但是導致β細胞功能紊亂的機制還不明確。在高脂飲食喂養(yǎng)八周后,團隊觀察到胰島體積在穩(wěn)定增大,且Fltp譜系陽性細胞橫截面積也逐漸增大。

團隊在分子機制上的研究發(fā)現(xiàn)3D結(jié)構和Wnt/PCP通路的活躍可以誘導β細胞的成熟,增加葡萄糖刺激的胰島素分泌。該研究開辟了探究胰島再生調(diào)節(jié)路徑的新方法,并為基于成熟β細胞的移植和再生的治療方法提供了更大的可能。

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