关于脾与胰岛β细胞功能的探讨

　　作者：朱晓波,苏丽　　作者单位：河北北方学院生化教研室，河北 张家口 075000

　　【关键词】 脾,干细胞,胰岛β细胞,糖尿病

　　自确定胰岛β细胞分泌胰岛素及其与糖尿病(DM)关系以来，先后发现许多因素对胰岛β细胞功能的调节作用，如神经、神经内分泌，及消化相关组织产生的活性因子等。但是，在治疗和预防DM方面尚未有突破性进展。近年研究提示脾也是影响胰岛β细胞功能的一个重要因素，脾细胞注射可以使DM小鼠永久恢复正常〔1〕。由于该文指出脾脏存在可以分化为胰岛β细胞的干细胞，及其在DM治疗方面的巨大应用潜力，脾与胰岛β细胞功能研究引起了人们的极大关注。

　　1 胰岛β细胞功能及影响因素

　　胰岛β细胞合成及分泌胰岛素以降低血糖浓度。其正常功能维持涉及β细胞生长、分化和胰岛素分泌。生理条件下，高浓度血糖、脂肪酸、氨基酸促进更多的胰岛素分泌。葡萄糖灌注也引起胰岛β细胞数增加。调节摄食的一些神经肽如神经肽Y、瘦素、生长激素释放肽、甘丙肽、食欲肽，调节能量平衡的神经肽黑色素聚集激素(MCH)也调节胰岛功能或β细胞生长〔2〕。

　　肥胖个体有胰岛素过度分泌，以克服胰岛素抵抗(IR)和维持正常血糖阈。胰岛素过多分泌不仅是由于提高了β细胞活性，而且，也在于β细胞数的增加〔3〕。在哺乳类，包括人，怀孕导致胰岛素分泌的明显增加以允许胎儿获得最佳营养。在大鼠怀孕末期，胰岛内分泌的高活性涉及β细胞对葡萄糖敏感性增加、胰岛素合成增加、β细胞数增加。此外，在肝细胞胰岛素受体基因敲除的实验小鼠〔4〕，在胰腺部分切除的大鼠，均发现有胰岛β细胞数的增加。

　　胰岛β细胞功能对机体内环境不同生理及病理条件的适应性反应涉及神经、内分泌及相关组织产生的活性因子作用。这些因素的作用一些文章有详细的综述〔5，6〕。

　　2 脾与胰岛β细胞的损伤和保护

　　脾是重要的淋巴器官，具造血、滤血、清除衰老血细胞及参与机体免疫反应等功能。Govil通过对临床资料的分析指出，在部分胰腺合并脾切除患者，糖尿病发生率显著高于单纯胰切除患者〔7〕。之后，Fernández的临床分析也指出，慢性胰腺炎患者保留脾的远端胰腺切除比合并脾切除有更低的DM发生率〔8〕，这些临床观察提示脾对胰岛功能的可能保护作用。Morin在非肥胖糖尿病(NOD)小鼠(一种典型自发的自身免疫性1型糖尿病模型)的研究指出，NOD小鼠脾可以产生一类CD11c+/CD11b+树突状细胞，给尚未生成DM的NOD小鼠注射这类树突状细胞，可以阻止NOD小鼠发展成DM〔9〕。Zhou的研究指出聚肌胞苷酸预防NOD小鼠形成DM的机制涉及脾细胞Th2漂移诱导〔10〕。另外，研究发现，在切除小鼠脾后，通常单次注射并不引起小鼠DM剂量的链脲佐菌素(STZ)(80 mg/kg)也诱导小鼠形成典型的DM。

　　另一方面，脾脏淋巴细胞也参与了胰岛β细胞损伤。在连续多次低剂量(40 mg•kg-1•d-1)STZ诱导免疫损伤型DM小鼠，其T脾细胞 (L3T4+和Lyt2+)与β细胞的结合先于胰岛炎和高血糖发生，在NOD小鼠非CD4脾细胞促进浸润性胰岛炎形成，参与了NOD小鼠糖尿病形成〔11〕。

　　3 脾干细胞与胰岛β细胞再生

　　Kodama发现，使用完全Freund氏佐剂，暂时的肾囊胰岛移植(之后去除肾囊)结合脾细胞注射可以永久性治愈NOD小鼠糖尿病，他认为：“完全Freund氏佐剂可以调节免疫攻击，移植的胰岛维持血糖正常，存在于脾中的干细胞能够进入胰腺，并在那里分化为有功能的胰岛细胞，使血糖正常化”〔1〕。在进一步的研究中，他们证实，成年小鼠及哺乳动物脾脏含有Hox11多能干细胞，在缺乏胰腺的小鼠，它们有效地再生胰岛素产生细胞，并有Hox11蛋白的合成〔12〕。之后，他们又表明，在人的脾脏也含有Hox11多能干细胞〔13〕。这些脾脏Hox11多能干细胞表达Hox11,它是一种在脊椎和无脊椎胚胎器官发育中起主要作用的高度保守的转录因子，出生后，表达停止。Hox11 和Hox 基因家族的其他成员使脾脏干细胞有能力分化成胰岛β细胞、神经细胞、骨细胞等。Kodama认为〔1〕，不同于造血干细胞，脾脏多能干细胞有更广泛的治疗应用，如DM和其他老年性疾病，因此，应该对脾脏进行重新评价。

　　Kodama的研究及观点得到了另外研究的支持。2008年牛津大学Robertson使用他们建立的体外胰腺发育模式表明，发育中的禽类脾组织也可以分化为胰岛素产生细胞〔14〕。Robertson认为来源于脾的细胞有可能代替胰岛移植治疗DM。芝加哥大学Lee基于对多种干细胞的分析指出来自脾的干细胞有望成为胰岛新的来源或胰岛再生的有效刺激物〔15〕。

　　三个独立进行的研究小组重复了Kodama的研究，但结果并不支持Kodama的结论，虽然治疗的确恢复了部分小鼠的胰岛功能，但没有证据表明供体脾细胞直接生成胰岛β细胞〔16～18〕。另有研究发现，STZ诱导的C57BL/6 DM小鼠单侧肾囊胰岛移植可以恢复DM小鼠的正常血糖〔19〕，在将携带移植物的肾切除后，有内源性β细胞功能的恢复，涉及β细胞数增加、β细胞肥大及增殖;将脾切除后，导致β细胞功能恢复的显著降低;若再注射高数量脾细胞，部分地逆转了脾切除小鼠β细胞功能恢复的能力〔19〕。但是，Yin也没有观察到脾细胞直接形成胰岛β细胞的证据。Yin认为，在β细胞功能恢复模型中，脾细胞的作用或许类似于Hess〔20〕所描述的骨髓干细胞启动DM小鼠胰岛细胞再生的作用，在这一过程中，骨髓干细胞表达CKit因子以诱导小鼠自身胰岛细胞再生。

　　总之，脾与胰岛在功能上的联系是复杂的。尽管在一些免疫病理情况下，脾参与了胰岛损伤，DM形成，但更多的资料显示了脾对胰岛功能的保护或修复作用。特别是脾组织含有的多能干细胞，有更广泛的分化潜能，虽然对其恢复DM小鼠胰岛功能的机制还需探讨，它仍有望成为胰岛新的来源或刺激胰岛再生的新途径，而且，也为其他老年性疾病的治疗开辟了新途径。

　　【参考文献】

　　1 Kodama S,Kuhtreiber W,Fujimura S,et al.Islet regeneration during the reversal of autoimmune diabetes in NOD mice 〔J〕.Science,2003;302(5648):12237.

　　2 Pission P,Ozcan U,Kokkoton E.Melanin concentrating hormone is a novel regulator of islet function and growth 〔J〕.Diabetes,2007;56(2):3119.

　　3 BernardKargar C，Ktorza A.Endocrine pancreas plasticity under physiological and pathological conditions 〔J〕.Diabetes,2001;50(Suppl 1):305.

　　4 Kulkarni RN,Jhala US,Winnay JN,et al.PDX1 haploinsufficiency limits the compensatory islet hyperplasia that occurs in response to insulin resistance 〔J〕.J Clin Invest,2004;114(6):82836.

　　5 Nielsen JH,Galsggard ED,Moldrup A,et al.Regulation of β cell mass by hormones and growth factors〔J〕.Diabetes,2001;50(1):259.

　　6 Bo A,Wierup N,Sundler F.Neuropeptides and the regulation of islet function〔J〕.Diabetes,2006;55:98107.

　　7 Govil S,Imrie CW.Value of splenic preservation during distal pancreatectomy for chronic pancreatitis 〔J〕.Br J Surg,1999;86(1):8958.

　　8 FernándezCruz L,Ordua D,CesarBorges G,et al.Distal pancreatectomy:enbloc splenectomy vs spleenpreserving pancreatectomy〔J〕.HPB(Oxford),2005;7(2):938.

　　9 Morin J,Faideau B,Gagnerault MC,et al.Passive transfer of flt3Lderived dendritic cells delays diabetes development in NOD mice and associates with early production of interleukin (IL)4 and IL10 in the spleen of recipient mice〔J〕.Clin Exp Immunol,2003;134(3):38895.

　　10 Zhou RB,Wei H,Tian Z.NK3like NK cells are involved in protective effect of polyinosinic polycytidylic acid on type 1 diabetes in nonobese diabetic mice〔J〕.J Immunol,2007;15;178(4):21417.

　　11 Lee MH,Lee WH,Van Y,et al.Imageguided analyses reveal that nonCD4 splenocytes contribute to CD4+ T cellmediated inflammation leading to islet destruction by altering their local function and not systemic trafficking patterns〔J〕.Mol Imaging,2007;6(6):36983.

　　12 Kodama S,Davis M,Faustman DL.Diabetes and stem cell researchers turn to the lowly spleen〔J〕.Sci Aging Knowledge Environ,2005;19(3):2.

　　13 Lonyai A,Kodama S,Burger D,et al.The promise of Hox11+ stem cells of the spleen for treating autoimmune diseases〔J〕.Horm Metab Res,2008;40(2):13746.

　　14 Robertson SA,RowanHull AM,Johnson PR.The spleen——a potential source of new islets for transplantation? 〔J〕.J Pediatr Surg,2008; 43(2):2748.

　　15 Lee DD,Grossman E,Chong AS.Cellular therapies for type 1 diabetes〔J〕.Horm Metab Res，2008;40(2):14754.

　　16 Chong AS,Shen J,Tao J,et al.Reversal of diabetes in nonobese diabetic mice without spleen cellderived beta cell regeneration 〔J〕.Science,2006;311(5768):17745.

　　17 Nishio J,Gaglia JL,Turvey SE,et al.Islet recovery and reversal of murine type 1 diabetes in the absence of any infused spleen cell contribution 〔J〕.Science,2006;311(5768):17758.

　　18 Suri A,Calderon B,Esparza TJ,et al.Immunological reversal of autoimmune diabetes without hematopoietic replacement of beta cells〔J〕. Science,2006;311(5768):177880.

　　19 Yin DP,Tao J,Lee DD,et al.Recovery of isletβcell function in streptozotocininduced diabetic mice:an indirect role for the spleen〔J〕. Diabetes,2006;55(12):325663.

　　20 Hess D,Li L,Martin M,et al.Bone marrowderived stem cells initiate pancreatic regeneration〔J〕.Nat Biotechnol,2003; 21(7):76370.