胰島β細(xì)胞去分化與2型糖尿病*

張茂森， 張 海， 章衛(wèi)平

（海軍軍醫(yī)大學(xué)病理生理學(xué)教研室，上海 200433）

最新的流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，截止2018 年，我國(guó)糖尿病患病率已上升至12.4%，在非傳染性疾病中僅次于心血管疾病和腫瘤，是嚴(yán)重威脅我國(guó)人民健康的常見病、多發(fā)病［1］，其中絕大多數(shù)為2 型糖尿病（type 2 diabetes， T2D）。胰島β 細(xì)胞數(shù)量減少與胰島素分泌功能障礙是T2D 的病理生理學(xué)基礎(chǔ)之一。以往認(rèn)為，β 細(xì)胞減少與細(xì)胞凋亡相關(guān)，近十年的研究發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞去分化是T2D 進(jìn)程中β 細(xì)胞衰竭的主要原因。本文就β 細(xì)胞去分化的特征、原因和機(jī)制等最新研究進(jìn)展做一綜述，為更深入地了解T2D 的發(fā)病機(jī)制和干預(yù)方法提供參考。

1 β細(xì)胞分化發(fā)育與去分化

1.1 β細(xì)胞分化發(fā)育的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 胰島存在多種內(nèi)分泌細(xì)胞，包括α 細(xì)胞、β 細(xì)胞、δ 細(xì)胞和PP 細(xì)胞等，它們分別產(chǎn)生和分泌胰高血糖素、胰島素、生長(zhǎng)抑素和胰多肽等，共同調(diào)節(jié)機(jī)體的血糖穩(wěn)態(tài)［2］。目前對(duì)β細(xì)胞分化發(fā)育的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自于嚙齒類動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)研究。研究表明在一系列轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控下，內(nèi)分泌祖細(xì)胞分化發(fā)育成為內(nèi)分泌前體細(xì)胞，最終發(fā)育為成熟的β細(xì)胞［3］。

在內(nèi)分泌祖細(xì)胞分化發(fā)育階段，胰十二指腸同源盒基因（pancreatic and duodenal homeobox 1，Pdx1）、胰腺特異轉(zhuǎn)錄因子1a（pancreas-specific tran‐scription factor 1a， Ptf1a）和性別決定區(qū)Y 框蛋白9（sex determining region Y-box 9， Sox9）等轉(zhuǎn)錄因子開始表達(dá)并發(fā)揮了重要的調(diào)控作用［3］。其中Pdx1 可促進(jìn)胰腺的早期發(fā)育，且可促進(jìn)祖細(xì)胞向內(nèi)分泌前體細(xì)胞分化，β 細(xì)胞敲除Pdx1可造成小鼠胚胎腺泡和β 細(xì)胞的分化障礙，導(dǎo)致胰腺發(fā)育不全［4］。同樣的，Sox9 也參與胰腺早期內(nèi)分泌祖細(xì)胞的增殖與分化，是胰腺內(nèi)分泌發(fā)育過(guò)程調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的多潛能因子。敲除小鼠β 細(xì)胞Sox9基因發(fā)現(xiàn)胰腺早期發(fā)育障礙［5］。Ptf1a的表達(dá)在Pdx1和Sox9之后，且Ptf1a的正常表達(dá)受Pdx1 和Sox9 的協(xié)同調(diào)控。Ptf1a基因敲除后可導(dǎo)致小鼠胰腺發(fā)育不全，且分化方向由胰腺祖細(xì)胞向十二指腸譜系發(fā)育［6］。

在內(nèi)分泌前體細(xì)胞分化階段，主要以Pdx1、神經(jīng)元 素3（neurogenin 3， Ngn3）、配對(duì)盒轉(zhuǎn)錄因子4（paired box 4， Pax4）和叉頭盒蛋白O1（forkhead box O1， FoxO1）等轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮了重要的作用，此階段內(nèi)分泌前體細(xì)胞具有分化為各類內(nèi)分泌細(xì)胞的潛能［3］。其中Ngn3是胰腺祖細(xì)胞向內(nèi)分泌前體細(xì)胞轉(zhuǎn)化所必需的激活因子，胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞的發(fā)育均需要Ngn3 的調(diào)控［7］。而Pax4 是β 細(xì)胞和δ 細(xì)胞的發(fā)育及胰島素產(chǎn)生所必需的轉(zhuǎn)錄因子。缺乏Pax4的小鼠胚胎胰腺不能分化出β 細(xì)胞［8］。FoxO1 可以與Notch 信號(hào)相互作用調(diào)控分化關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Ngn3 的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞的分化［9］。

在最后發(fā)育成熟階段，β 細(xì)胞主要以Pdx1、MafA（musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog A）、Nkx6.1（NK6 homeobox 1）、NeuroD（neurogenic dif‐ferentiation）和Ins等基因的表達(dá)為特征［3］。研究表明，MafA 不僅是胰島素生物合成和葡萄糖刺激的胰島素分泌（glucose-stimulated insulin secretion， GSIS）的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，而且對(duì)于維持β 細(xì)胞的成熟表型也是必不可少，MafA缺失的小鼠胰腺中β 細(xì)胞關(guān)鍵的特征性基因（如Ins1、Pdx1和NeuroD等）表達(dá)下調(diào)，小鼠胰島素合成障礙、糖耐量受損且胰島形態(tài)異常［10］。在Nkx6.1 的調(diào)控下Pdx1 與Ngn3 雙陽(yáng)性的前體細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為胰島β 細(xì)胞。Nkx6.1基因敲除小鼠胰腺中未發(fā)現(xiàn)成熟的β 細(xì)胞［11］。NeuroD 是參與內(nèi)分泌細(xì)胞譜系發(fā)育的堿性環(huán)-螺旋（basic loop-helix）轉(zhuǎn)錄因子，并可以啟動(dòng)Ins基因的表達(dá)，在小鼠β 細(xì)胞敲除NeuroD后，小鼠出現(xiàn)胰島素合成障礙和糖耐量受損［12］。

綜上，Pdx1、Sox9、Ptf1a、Ngn3、Nkx6.1、MafA、NeuroD 等轉(zhuǎn)錄因子不僅在β 細(xì)胞的發(fā)育、分化成熟方面發(fā)揮作用，而且在維持β 細(xì)胞的特征和功能上也發(fā)揮重要作用（圖1）。有研究表明，嚙齒類動(dòng)物和人類的內(nèi)分泌細(xì)胞發(fā)育過(guò)程大體一致，個(gè)別發(fā)育階段轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)僅有小部分不同。如在嚙齒動(dòng)物中，β 細(xì)胞分化成熟過(guò)程中，有MafB 到MafA 表達(dá)的變化，而在人類成熟的β細(xì)胞中保持MafB表達(dá)［13］。

Figure 1. Schematic diagram of islet β cell diffetentiation and development. Pdx1： pancreatic and duodenal homeobox 1； Ptf1a：pancreas-specific transcription factor 1a； Sox9： sex determining region Y-box 9； Ngn3： neurogenin 3； Pax4： paired box 4； FoxO1： forkhead box O1； MafA： musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog A； Nkx6.1： NK6 homeobox 1；NeuroD： neurogenic differentiation.圖1 胰島β細(xì)胞分化發(fā)育示意圖

1.2 β 細(xì)胞去分化的特征性變化 2012 年，哥倫比亞大學(xué)Accili 實(shí)驗(yàn)室利用細(xì)胞譜系示蹤技術(shù)，在β 細(xì)胞特異性敲除FoxO1的糖尿病小鼠中發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞去分化的現(xiàn)象，首次提出并證實(shí)該模型小鼠中成熟β細(xì)胞數(shù)目減少的主要原因是β 細(xì)胞去分化而非細(xì)胞凋亡［14］，隨后在T2D 病人的胰島中檢測(cè)到β 細(xì)胞去分化［15］。Amo-Shiinoki 等［16］在T2D 患者中發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞數(shù)量減少，但β 細(xì)胞的凋亡率相對(duì)較低，同時(shí)觀察到β 細(xì)胞分化表型發(fā)生了變化，主要為內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)上調(diào)，提示β 細(xì)胞去分化為無(wú)胰島素分泌功能的內(nèi)分泌祖細(xì)胞。Dai 等［17］也發(fā)現(xiàn)慢性高血糖、高血脂和外周胰島素抵抗并未導(dǎo)致移植后的β細(xì)胞發(fā)生凋亡，而是主要通過(guò)下調(diào)β 細(xì)胞的特征性轉(zhuǎn)錄因子、葡萄糖代謝基因和蛋白質(zhì)分泌相關(guān)基因的表達(dá)，使其發(fā)生去分化。同時(shí)，內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物及β細(xì)胞中禁止表達(dá)的基因（forbidden genes）表達(dá)上調(diào)，從而損害β細(xì)胞分泌胰島素的功能和減少β細(xì)胞數(shù)量。

近年來(lái)的研究表明，成熟的β 細(xì)胞特性不穩(wěn)定，在一定的病理生理?xiàng)l件下（如高血糖、高血脂）β細(xì)胞會(huì)不同程度地失去其分化的表型和細(xì)胞特性發(fā)生去分化［14，17］。β細(xì)胞特性的維持受許多因素的調(diào)節(jié)，包括轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)修飾［18］。β 細(xì)胞去分化是指分化成熟的β 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為祖細(xì)胞樣細(xì)胞或轉(zhuǎn)分化為非β 細(xì)胞，如α 細(xì)胞、δ 細(xì)胞和PP 細(xì)胞。β 細(xì)胞去分化的主要特征包括：（1）β 細(xì)胞富集基因（β cell-en‐riched genes）表達(dá)下調(diào)，包括編碼β 細(xì)胞特征和功能的轉(zhuǎn)錄因子、葡萄糖代謝相關(guān)、胰島素合成、加工和分泌相關(guān)蛋白的基因；（2）內(nèi)分泌祖細(xì)胞特征性相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)；（3）β 細(xì)胞禁止基因（β cell-forbidden genes）表達(dá)上調(diào)。

目前的研究認(rèn)為，β細(xì)胞去分化為無(wú)胰島素分泌功能的內(nèi)分泌祖細(xì)胞樣細(xì)胞是導(dǎo)致T2D 患者β 細(xì)胞功能障礙的主要病理因素，是影響T2D 發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［14］。因此，了解β 細(xì)胞去分化的原因和機(jī)制，可望為T2D 的預(yù)防和治療提供新的策略和干預(yù)靶點(diǎn)。

2 β細(xì)胞去分化的原因

T2D 主要受遺傳（如基因突變）和環(huán)境（如飲食）等多因素的影響。在對(duì)T2D 患者進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)研究中分析發(fā)現(xiàn)，在東亞和美洲原住民人群中涉及溶質(zhì)載體家族16 成員11（solute carrier family 16 member 11，SLC16A11）基因的突變以及在格陵蘭島因紐特人群中涉及TBC1 域家族成員446（Tre-2/BUB2/cdc1 domain family 446，TBC1D446）基因的突變可增加患T2D 的風(fēng)險(xiǎn)［19］。其中SLC16A11基因突變導(dǎo)致肝臟中SLC16A11的mRNA 表達(dá)水平降低，使肝細(xì)胞表面轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白水平降低，導(dǎo)致脂肪酸堆積和脂質(zhì)代謝紊亂進(jìn)而引發(fā)T2D［20］。TBC1D446 參與肌肉骨骼肌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（glucose transporter 4， Glut4）在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)位過(guò)程，可調(diào)節(jié)胰島素刺激的骨骼肌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，其突變可引起Glut4 轉(zhuǎn)位異常導(dǎo)致骨骼肌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，葡萄糖的攝取減少使葡萄糖的代謝障礙導(dǎo)致血糖升高從而引發(fā)T2D，這些關(guān)鍵基因位點(diǎn)發(fā)生突變會(huì)使會(huì)使體內(nèi)糖脂代謝發(fā)生障礙進(jìn)而導(dǎo)致T2D［21］。對(duì)來(lái)自15名糖尿病和15 名非糖尿病器官捐贈(zèng)者的胰島分析發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者β 細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子（如NKX6.1）表達(dá)下調(diào)，而內(nèi)分泌譜系標(biāo)志物（如FoxO1）和內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物［如乙醛脫氫酶1 家族成員A3（alde‐hyde dehydrogenase 1 family member A3， Aldh1a3）］表達(dá)上調(diào)，提示在T2D 患者中β 細(xì)胞發(fā)生了去分化［15］。

忽然，四周的笑聲大了起來(lái)。我連忙朝后一看，只見巴克夏兩手平端臉盆，站在“等腰三角形”的頂角上，正怪模怪樣地走著，而我和她的手不到二十厘米的距離。稍遠(yuǎn)一些是一幫孩子跟在后面看新鮮。這種隊(duì)形活像外國(guó)某電視劇中王子與公主去教堂舉行婚禮。我頓時(shí)汗流浹背，不由加快了步子，把“等腰三角形”拉成了“不等邊三角形”。

動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠β 細(xì)胞中特異性敲除FoxO1，并不會(huì)導(dǎo)致β 細(xì)胞死亡，但β 細(xì)胞關(guān)鍵的特征性基因（如Pdx1、MafA和Nkx6.1等）表達(dá)下調(diào)，內(nèi)分泌前體細(xì)胞標(biāo)志物［如Ngn3、NeuroD1 和八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4（octamer-binding transcription factor 4， Oct4）等］表達(dá)增加，提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化［14］。Dobosz 等［22］發(fā)現(xiàn)，小鼠β 細(xì)胞特異性敲除硬脂酰輔酶A 脫飽和酶1（stearoyl-coenzyme A desaturase 1，Scd1）基因后，胰島的形態(tài)結(jié)構(gòu)被破壞且β 細(xì)胞特征性基因Pdx1、Nkx6.1和MafA下調(diào)，β 細(xì)胞內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物如Sox9 表達(dá)上調(diào)，提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化。Sakano 等［23］在小鼠β 細(xì)胞中特異性敲除囊泡單胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2（vesicular monoamine transporter 2，Vmat2），發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞中的特征性基因（包括Ins1、Ins2、Glut2、Pdx1、Nkx6.1和MafA）表達(dá)下調(diào)，β 細(xì)胞內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物（如Aldh1a3）的表達(dá)上調(diào)，表明β細(xì)胞發(fā)生去分化。綜上，人群和模式動(dòng)物中的研究表明，β細(xì)胞基因功能障礙可能引起去分化。

現(xiàn)代社會(huì)飲食中糖和脂肪的含量激增，也是T2D 發(fā)生發(fā)展的重要病因。短期的高血糖和高血脂會(huì)刺激胰島素的合成和釋放，而機(jī)體長(zhǎng)期暴露于高血糖和高血脂條件下會(huì)產(chǎn)生糖毒性和脂毒性，糖脂毒性可以導(dǎo)致氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎性細(xì)胞因子釋放等來(lái)觸發(fā)β細(xì)胞去分化，β細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子包括MafA和Pdx1表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致胰島素合成和分泌障礙，從而損害胰島β 細(xì)胞功能，加快T2D 的發(fā)生發(fā)展［24］。在糖尿病患者胰島中發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)的高濃度葡萄糖刺激下β 細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子（如Pdx1 和Nkx6.1等）表達(dá)下調(diào)，而內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物（如Al‐dh1a3）表達(dá)上調(diào)提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化［15］。有研究表明，對(duì)db/db糖尿病模型小鼠進(jìn)行長(zhǎng)期熱量限制的干預(yù)使其保持正常血糖水平，可使其β 細(xì)胞特征性的轉(zhuǎn)錄因子（如Pdx1、Glut2、MafA 和Nkx6.1）的表達(dá)上調(diào)，提示限制熱量攝入可以阻止β細(xì)胞去分化［25］。

在體外實(shí)驗(yàn)中，Neelankal 等［26］利用高糖培養(yǎng)基（22.5 mmol/L 葡萄糖）培養(yǎng)小鼠胰島β 細(xì)胞株Min6，培養(yǎng)4 d 后分析發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞特征性的轉(zhuǎn)錄因子（如Pdx1 和MafA）表達(dá)下調(diào)，而內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物（如Ngn3）表達(dá)上調(diào)，提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化，但沒有觀察到大量β 細(xì)胞死亡。Kj?rholt 等［27］利用25 mmol/L葡萄糖刺激分離的db/db小鼠胰島，β 細(xì)胞成熟和功能相關(guān)基因（如Nkx6.1、NeuroD、Pdx1和Pax6）的表達(dá)下調(diào)，提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化。以上均表明高糖是胰島β細(xì)胞去分化的重要原因，這也是糖毒性對(duì)β細(xì)胞的病理作用。

脂毒性也可以引起β 細(xì)胞去分化和功能障礙。小鼠喂養(yǎng)高脂飲食13周后胰島β細(xì)胞的胰島素分泌功能障礙，內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物Aldh1a3 的表達(dá)上調(diào)，提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化［28］。Hagman 等［29］將大鼠的胰島細(xì)胞分離培養(yǎng)并給予24.48 mmol/L 棕櫚酸刺激5 h 發(fā)現(xiàn)，在高脂刺激下β 細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子（如Pdx1、MafA 等）表達(dá)下調(diào)，提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化。Staaf 等［30］分離人胰島進(jìn)行體外培養(yǎng)并給予3.0 mmol/L 棕櫚酸刺激（產(chǎn)生脂毒性），分析發(fā)現(xiàn)棕櫚酸刺激后胰島β 細(xì)胞分泌胰島素功能缺失；同時(shí)對(duì)肥胖人群和瘦弱人群進(jìn)行空腹棕櫚酸水平檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)肥胖受試者的棕櫚酸平均水平更高。T2D 患者在減肥手術(shù)后的短期和中期可顯著改善體重、血糖控制、血脂和β 細(xì)胞功能，這表明在消除高脂血癥后，β 細(xì)胞功能恢復(fù)［31］。以上均表明高脂是胰島β 細(xì)胞去分化的重要原因，這也是脂毒性對(duì)β細(xì)胞的病理作用。

綜上所述，遺傳因素（如基因突變）和環(huán)境（如飲食）因素都可使β 細(xì)胞發(fā)生去分化，促進(jìn)T2D 的疾病進(jìn)展。因此，進(jìn)一步了解β 細(xì)胞去分化的機(jī)制，可以為初期干預(yù)β 細(xì)胞去分化或者誘導(dǎo)去分化細(xì)胞再分化以恢復(fù)β 細(xì)胞的功能提供方向，為臨床治療糖尿病提供新的思路。

3 β細(xì)胞去分化的機(jī)制

3.1 氧化應(yīng)激 β 細(xì)胞分泌胰島素需要ATP 的參與，ATP 主要來(lái)自葡萄糖代謝，其代謝過(guò)程容易產(chǎn)生大量的活性氧（reactive oxygen species， ROS）。細(xì)胞代謝產(chǎn)生ROS ［如NADPH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）、過(guò)氧亞硝基陰離子（peroxynitrite， ONOO?）等］，可在不同的亞細(xì)胞位置（如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等）堆積［32］。對(duì)T2D 患者和糖尿病小鼠模型的胰島研究發(fā)現(xiàn)，β細(xì)胞中高水平的葡萄糖代謝在線粒體中產(chǎn)生大量的ROS［33］。由于β 細(xì)胞中抗氧化酶水平較低且對(duì)ROS 特別敏感，使其容易因ROS 堆積導(dǎo)致氧化應(yīng)激，從而損傷β 細(xì)胞功能［32］。長(zhǎng)鏈游離脂肪酸（主要是棕櫚酸）可在β 細(xì)胞氧化過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)氧化氫［34］。由于β 細(xì)胞缺乏過(guò)氧化氫酶，過(guò)氧化氫的堆積可導(dǎo)致氧化應(yīng)激。Leenders 等［32］在體外實(shí)驗(yàn)中用過(guò)氧化氫處理來(lái)自非糖尿病患者的原代胰島細(xì)胞，導(dǎo)致活性氧的積累以誘發(fā)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致β 細(xì)胞特征性的轉(zhuǎn)錄因子包括MafA和Pdx1表達(dá)下調(diào)，而內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物Sox9 的表達(dá)上調(diào)，提示在氧化應(yīng)激條件下β 細(xì)胞發(fā)生去分化，β 細(xì)胞葡萄糖刺激的胰島素分泌能力受損。將Ins1 細(xì)胞分別用高糖和含有棕櫚酸的培養(yǎng)基培養(yǎng)以模擬糖毒性和脂毒性的刺激作用，ROS 的產(chǎn)生顯著增加，并通過(guò)下調(diào)MafA 的表達(dá)影響胰島素的合成從而減少胰島素的分泌［35］。

此外，β 細(xì)胞的氧化應(yīng)激還可以激活c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase， JNK）通路，從而降低FoxO1 的磷酸化水平，進(jìn)而抑制轉(zhuǎn)錄因子Pdx1的表達(dá)，使β細(xì)胞發(fā)生去分化導(dǎo)致功能障礙［36］。Latif等［37］在T2D 大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)飲食或飲水補(bǔ)充多酚類的抗氧化劑可以增強(qiáng)β 細(xì)胞的氧自由基清除能力減少氧化應(yīng)激，與患病組的β 細(xì)胞相比，補(bǔ)充抗氧化劑組的β 細(xì)胞特征性基因（如Pdx1、Ins1、Ngn3、Glut等）表達(dá)上調(diào)，從而促進(jìn)β 細(xì)胞合成和分泌胰島素。綜上，氧化應(yīng)激是β 細(xì)胞發(fā)生去分化的重要機(jī)制，安全有效的抗氧化劑可以為治療T2D 提供新的選擇。

3.2 炎癥 研究發(fā)現(xiàn)T2D 患者胰島的病理特征是免疫細(xì)胞、促炎細(xì)胞因子、趨化因子、細(xì)胞凋亡和淀粉樣蛋白等大量沉積導(dǎo)致纖維化，這是胰腺β 細(xì)胞功能障礙重要原因之一［38-39］。其中促炎癥細(xì)胞因子［如白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β， IL-1β）、IL-6 和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α， TNF-α）］已被證明可促進(jìn)人和小鼠胰島β 細(xì)胞的去分化。Wang等［40］利用非糖尿病胰腺導(dǎo)管腺癌患者的胰島證明，在腫瘤微環(huán)境中無(wú)論是局部原位炎癥還是腫瘤釋放的體液細(xì)胞因子，均會(huì)導(dǎo)致β 細(xì)胞胰島素分泌功能障礙，且內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物Aldh1a3 的表達(dá)上調(diào)，表明僅炎癥這一因素就可直接誘導(dǎo)β 細(xì)胞去分化。將小鼠胰島暴露于非細(xì)胞毒性濃度的IL-1β 中，β 細(xì)胞特征基因（如MafA）的表達(dá)降低。去除IL-1β 后，β細(xì)胞特征基因恢復(fù)到刺激前的水平，β細(xì)胞功能恢復(fù)正常，表明炎性細(xì)胞因子刺激可導(dǎo)致β 細(xì)胞發(fā)生去分化［41］。Oshima 等［42］利用人β 細(xì)胞系EndoC-β H1模擬腸道感染中炎癥因子對(duì)β 細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)炎癥因子可使β 細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子（如Pdx1 和Nkx6.1 等）表達(dá)下調(diào)，而內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物（如Sox9）表達(dá)上調(diào)，從而提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化。在此過(guò)程中NF-κB 通路的激活可能是β 細(xì)胞去分化的重要驅(qū)動(dòng)力。Demine等［43］將誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞誘導(dǎo)的β 細(xì)胞使用1 000 U/mL 的干擾素γ 和50 U/mL 的IL-1β 處理24 或48 h 后分析，發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子（如Nkx2.2）表達(dá)下調(diào)，提示在炎癥因子可使體外誘導(dǎo)分化的β 細(xì)胞發(fā)生去分化。目前對(duì)于炎癥誘導(dǎo)β細(xì)胞去分化的機(jī)制尚不清楚，需要進(jìn)一步的研究明確其機(jī)制，為治療T2D提供新的干預(yù)方向。

在T2D 發(fā)生時(shí)，大量的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激原持續(xù)刺激，如高血糖、高脂血癥、低氧和促炎細(xì)胞因子（如TNFα、IL-1 等）會(huì)導(dǎo)致β 細(xì)胞分泌胰島素功能障礙，同時(shí)發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子（如Pdx1、MafA 和FoxO1）表達(dá)下調(diào)，而內(nèi)分泌祖細(xì)胞標(biāo)志物（如Ngn3和Oct4）表達(dá)上調(diào)，提示β 細(xì)胞發(fā)生去分化［45］。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)即將失衡時(shí)，細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response， UPR）作為細(xì)胞的一種保護(hù)性機(jī)制，UPR 可通過(guò)減少錯(cuò)誤蛋白質(zhì)的折疊來(lái)恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動(dòng)態(tài)平衡［46］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)UPR對(duì)于維持β 細(xì)胞的分化表型非常重要，UPR 的破壞可以導(dǎo)致β細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子MafA 表達(dá)下調(diào)，使β 細(xì)胞發(fā)生去分化促進(jìn)T2D 的進(jìn)展［47］。許多因素如基因突變、細(xì)胞因子、感染、過(guò)量營(yíng)養(yǎng)、胰島淀粉樣多肽和胰島素抵抗等可以破壞胰腺β 細(xì)胞中UPR 平衡，從而觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，最終導(dǎo)致β 細(xì)胞功能障礙［46］。總之，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可能是β細(xì)胞去分化的機(jī)制之一。

3.4 微小RNA（microRNA， miRNA， miR）和長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long noncoding RNA， lncRNA） miRNA是一種內(nèi)源性非編碼小RNA，長(zhǎng)19 到24 個(gè)核苷酸，通過(guò)與mRNA 的3′端非翻譯區(qū)（untranslated region，UTR）特異性結(jié)合來(lái)介導(dǎo)RNA 沉默。目前報(bào)道多個(gè)miRNA 參與β 細(xì)胞的發(fā)育和功能成熟，如miR-204、miR-375、miR-7、miR-483 和miR-184、miR-200s 和miR-30s等。研究發(fā)現(xiàn)miR-204在人胰島β細(xì)胞中可以直接下調(diào)胰腺β 細(xì)胞特征基因（如MafB）的表達(dá)，導(dǎo)致β 細(xì)胞發(fā)生去分化，胰島素合成和分泌功能障礙［48］。在Min6細(xì)胞和原代胰島中過(guò)表達(dá)miR-204可導(dǎo)致MafA、Pdx1 和NeuroD1 等β 細(xì)胞特征性轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)下調(diào)，β細(xì)胞發(fā)生去分化［49］。Yongblah等［50］發(fā)現(xiàn)在小鼠胰島中過(guò)表達(dá)miR-7 可以下調(diào)β 細(xì)胞特征性基因（如Pdx1、Pax6、Nkx6.1、NeuroD1和MafA）的表達(dá)，導(dǎo)致β 細(xì)胞發(fā)生去分化和胰島素分泌功能受損。

目前發(fā)現(xiàn)胰腺β 細(xì)胞表達(dá)1 000 多個(gè)lncRNA。lncRNA 可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、控制mRNA 的降解來(lái)影響β 細(xì)胞胰島素的產(chǎn)生和分泌、葡萄糖敏感性［51］。研究發(fā)現(xiàn)，β 細(xì)胞特異的lncRNA［如Pdx1 基因座上游轉(zhuǎn)錄物（Pdx1 locus upstream transcript， Pluto）、牛磺酸上調(diào)基因1（taurine up-regulated gene 1， Tug1）和母系表達(dá)基因3（maternally expressed gene 3， Meg3）等］缺陷會(huì)導(dǎo)致類糖尿病［52］。其中Akerman 等［53］發(fā)現(xiàn)Pluto 通過(guò)增強(qiáng)Pdx1啟動(dòng)子與其增強(qiáng)子簇之間的結(jié)合來(lái)促進(jìn)Pdx1 表達(dá)，提示Pluto 在預(yù)防β 細(xì)胞去分化中發(fā)揮積極的作用。在體外Min6 細(xì)胞干擾Tug1和小鼠β 細(xì)胞Tug1敲除模型中發(fā)現(xiàn)β 細(xì)胞特征性基因（如Pdx1、NeuroD1和MafA）表達(dá)下調(diào)，提示Tug1與β 細(xì)胞去分化緊 密 相關(guān)［54］。在Min6 細(xì)胞干擾Meg3和小鼠β 細(xì)胞Meg3敲除模型中，發(fā)現(xiàn)胰島素合成和分泌受損且Pdx1 和MafA 的表達(dá)降低，提示Meg3 可抑制β 細(xì)胞去分化［55］。miRNA 和lncRNA 在β細(xì)胞正常發(fā)育分化中發(fā)揮重要的作用，在T2D的發(fā)生發(fā)展中與β 細(xì)胞去分化的關(guān)系還需進(jìn)一步的研究。

3.5 染色質(zhì)修飾 染色質(zhì)修飾包括DNA 甲基化、組蛋白修飾等。在T2D 的發(fā)生發(fā)展中，染色質(zhì)修飾可影響β 細(xì)胞特性的維持。含SET 結(jié)構(gòu)域的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶7/9（SET domain containing 7/9， SET7/9）參與組蛋白甲基化修飾。Mirmira 等［56］發(fā)現(xiàn)，Set7/9使Pdx1發(fā)生甲基化并增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性，在小鼠β 細(xì)胞中特異性敲除SET7/9后，Pdx1 表達(dá)水平下調(diào)，小鼠葡萄糖耐量和GSIS 功能受損。一項(xiàng)胰島全基因組測(cè)序研究發(fā)現(xiàn)，T2D 患者胰島的甲基化水平增加，且與對(duì)照者相比有25 820 個(gè)甲基化差異的區(qū)域（如Pdx1），提示胰島細(xì)胞基因組DNA 甲基化失調(diào)可能與T2D發(fā)生發(fā)展相關(guān)［57］。

綜上，β細(xì)胞去分化的機(jī)制與氧化應(yīng)激、炎癥、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、miRNA、lncRNA 和染色質(zhì)修飾等相關(guān)。深入研究β 細(xì)胞去分化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵因子，可實(shí)現(xiàn)干預(yù)β 細(xì)胞的去分化，重建β 細(xì)胞功能為2 型糖尿病的防治提供新思路（圖2）。

Figure 2. Schematic diagram of mechanisms of islet β cell dediffetentiation. NOX： NADPH oxidase； ONOO?： peroxynitrite； IL： in‐terleukin； TNF-α： tumor necrosis factor-α； ER： endoplasmic reticulum； UPR： unfolded protein response； miRNA： mi‐croRNA； lncRNA： long noncoding RNA； Pluto： Pdx1 locus upstream transcript； Tug1： taurine up-regulated gene 1.圖2 胰島β細(xì)胞去分化機(jī)制示意圖

4 β細(xì)胞去分化的干預(yù)策略

現(xiàn)有的研究已證實(shí)，在去除高血糖和高脂血癥等代謝刺激后β 細(xì)胞特征性的轉(zhuǎn)錄因子如Pdx1、Ma‐fA 和Nkx6.1 表達(dá)上調(diào)；同時(shí)如Aldh1a3、Ngn3、Sox9、NeuroD1和Oct4等胰腺祖細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)下調(diào)，β 細(xì)胞分泌胰島素的功能恢復(fù)，提示β 細(xì)胞去分化存在可逆性［58］。

有研究表明，減重、長(zhǎng)期的飲食限制以及外科減肥手術(shù)等都可通過(guò)延緩β 細(xì)胞的去分化進(jìn)而減輕T2D 患者的病情［25，31］。在干預(yù)β 細(xì)胞去分化方面，Son 等［59］發(fā)現(xiàn)，給db/db小鼠、飲食誘導(dǎo)的糖尿病小鼠或T2D 患者胰島應(yīng)用Aldh1a3 選擇性抑制劑Kotx1，可以增加β 細(xì)胞胰島素分泌并改善葡萄糖耐量，逆轉(zhuǎn)β 細(xì)胞的去分化，這表明Aldh1a3 可能成為治療T2D 的潛在治療靶點(diǎn)。Zhang 等［60］發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)補(bǔ)充抗氧化劑谷胱甘肽逆轉(zhuǎn)β 細(xì)胞去分化和衰竭，使已經(jīng)下調(diào)的β 細(xì)胞特征性的轉(zhuǎn)錄因子包括Pdx1 和MafA 恢復(fù)表達(dá)，谷胱甘肽作為抗氧化劑可以預(yù)防長(zhǎng)期血糖波動(dòng)誘導(dǎo)的β 細(xì)胞胰島素分泌功能障礙。目前在嚙齒類動(dòng)物和T2D 患者的研究中表明，通過(guò)緩解代謝刺激（如降低血糖或血脂水平）或干預(yù)β 細(xì)胞去分化可以延緩T2D 的發(fā)生發(fā)展或逆轉(zhuǎn)T2D 模型鼠的疾病狀態(tài)。未來(lái)需要進(jìn)一步研究干預(yù)β 細(xì)胞去分化的措施，如減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激和炎癥等，延緩或逆轉(zhuǎn)T2D中β細(xì)胞的去分化和功能喪失。

5 展望

胰島β 細(xì)胞去分化導(dǎo)致的β 細(xì)胞功能障礙是T2D 發(fā)生發(fā)展的重要病理生理基礎(chǔ)。深入闡明β 細(xì)胞去分化的原因及其病理機(jī)制，尋找延緩或逆轉(zhuǎn)β細(xì)胞去分化的干預(yù)靶點(diǎn)及有效方法，是當(dāng)前T2D 轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)，其突破性進(jìn)展可望對(duì)糖尿病的防治產(chǎn)生積極影響。