近日，中國研究團隊揭示了胰島β細胞再生的一種新機制，為進一步研發促進胰島細胞再生的糖尿病治療策略提供新視角。

糖尿病是危害人類健康和生命的重大疾病，胰島β細胞分泌胰島素能力的絕對或相對不足是糖尿病發生發展的核心病理生理環節。恢復功能性β細胞總量是改善糖尿病長期療效（甚或治愈糖尿病）的潛在希望，細胞再生及其機制研究一直是糖尿病領域的熱點和難點。胰高糖素是由胰島α細胞分泌的一種激素，通過與胰高糖素受體(GCGR)結合發揮生物學作用【1】。胰高糖素的主要靶器官是肝臟，通過促進糖原分解和糖異生，升高血糖水平【2】。因此，阻滯胰高糖素GCGR信號可以作為一種降糖治療策略。

北京大學第三醫院（北醫三院）內分泌科魏蕊研究員/洪天配教授研究團隊于2019年在iScience首次報道了在細胞絕對缺乏的1型糖尿病小鼠中阻滯GCGR通路可誘導細胞向細胞轉分化，從而促進細胞再生【3】。該結論被2021年美國得克薩斯大學西南醫學中心William L. Holland教授團隊發表于PNAS的研究結果證實【4】。

2022年，魏蕊、洪天配研究團隊在iScience又報道了在細胞相對缺乏的2型糖尿病小鼠中GCGR阻滯通過促進細胞向細胞轉分化、誘導胰腺干細胞來源的細胞新生等途徑，進而促進細胞再生【5】。然而，阻滯胰高糖素GCGR信號導致細胞再生的機制尚不清楚。

2022年11月4日，魏蕊/洪天配研究團隊在內分泌代謝專業頂級期刊Diabetologia在線發表了題為Pancreatic alpha cell glucagon–liver FGF21 axis regulates beta cell regeneration in a mouse model of type 2 diabetes的研究論文。該研究揭示了阻滯胰高糖素及其受體通路改善糖尿病控制和胰島β細胞再生的一種新機制，并確定了肝臟來源的FGF21是β細胞再生的一種重要調節因子。

該研究首先采用兩種2型糖尿病小鼠模型（db/db小鼠和高脂飼養+小劑量鏈脲菌素糖尿病小鼠），給予GCGR單克隆抗體(mAb)治療后，評估其代謝變化，并對胰島形態學進行定量分析。結果證實，GCGR mAb不僅顯著降低小鼠血糖，還增加胰島數量和面積，提示GCGR阻滯促進2型糖尿病小鼠胰島細胞再生。


胰腺細胞胰高糖素–肝臟FGF21軸在細胞再生中發揮調控作用模式圖

隨后，為探索GCGR mAb介導β細胞再生的作用機制，研究人員從GCGR mAb或IgG對照治療的小鼠中收集血漿，建立小鼠細胞系/原代小鼠胰島的血漿條件培養體系。結果顯示，β細胞經GCGR mAb治療小鼠的血漿孵育后，編碼胰島素1(insulin 1)的Ins1、編碼胰島素2(insulin 2)的Ins2、編碼激素原轉化酶1/3(prohormone convertase 1/3)的Pcsk1、編碼胰腺-十二指腸同源盒因子1(pancreatic and duodenal homeobox 1)的Pdx1等基因的表達上調。因肝臟GCGR表達豐度最高，且肝臟–α細胞軸在GCGR mAb誘導的α 細胞增生中起關鍵作用。研究人員推測肝臟釋放的因子也可能參與β細胞再生的調控。

因此，他們從GCGR mAb或IgG對照治療的小鼠中分離出原代肝細胞，建立小鼠細胞系/原代小鼠胰島與原代肝細胞共培養體系。結果顯示，β細胞與GCGR mAb治療小鼠分離的原代肝細胞共培養后，細胞表型特征的關鍵基因（Ins1、Ins2、Pcsk1及Pdx1）的表達水平上調。上述結果提示，GCGR mAb治療小鼠的血漿或原代肝細胞中存在調控離體細胞表型特征的調節因子。

接下來，為明確GCGR mAb調控作用的具體介導因子，研究人員采用固相抗體芯片技術對血漿細胞因子譜進行分析，結合肝臟mRNA測序數據進行比對，并通過ELISA、western blot及實時定量RT-PCR進行驗證，發現GCGR阻滯能顯著上調肝臟和血漿成纖維細胞生長因子21(FGF21)水平，初步確定FGF21是潛在的介導因子。

繼而，在上述血漿條件培養體系和共培養體系中添加FGF21特異性中和抗體阻滯FGF21活性，研究人員發現GCGR mAb對離體細胞表型特征關鍵基因（Ins1、Ins2、Pcsk1和Pdx1）的上調作用隨著FGF21阻滯而被削弱，提示肝臟來源的FGF21參與GCGR mAb對體外β細胞表型特征的調節。

最后，為進一步明確FGF21在體內介導GCGR mAb調控胰島β細胞再生的作用，研究人員利用FGF21特異性中和抗體、全身性Fgf21敲除、肝細胞特異性Fgf21敲除等阻滯實驗，并給予糖尿病模型小鼠GCGR mAb或IgG對照治療，評估其代謝變化、胰島形態學及其細胞類型的動態變化。結果顯示，無論是全身性或肝細胞特異性FGF21阻滯，都可削弱GCGR mAb上調血漿胰島素水平、增加胰島數量和β細胞數量的作用，提示肝臟來源的FGF21介導GCGR 阻滯所致的2型糖尿病小鼠細胞再生。

綜上所述，該研究主要發現GCGR阻滯增加2型糖尿病小鼠肝臟FGF21產生，肝臟來源的FGF21介導GCGR阻滯所致的β細胞再生，揭示了GCGR阻滯改善糖尿病控制和促進細胞再生的新機制，闡明了細胞胰高糖素–肝臟FGF21軸在2型糖尿病小鼠細胞再生中發揮重要調控作用，為肝臟–胰腺間器官對話提供新依據，為進一步研發促進細胞再生的治療策略提供新視角。

參考文獻

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[4] Wang MY, Dean ED, Quittner-Strom E, et al. (2021) Glucagon blockade restores functional beta-cell mass in type 1 diabetic mice and enhances function of human islets. Proc Natl Acad Sci U S A 118(9): e2022142118.

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