Генериране на β-панкреатични клетки чрез спонтанно преобразуване на α клетки при мишки
Катедра по клетъчна физиология и метаболизъм, Медицински факултет, Университет в Женева, 1, улица Michel-Servet, CH 1211 Женева-4, Швейцария
Ендокринни и екзокринни функции на панкреаса
Панкреасът е жлеза, която изпълнява две важни метаболитни функции. Първият е производството от ацинарните клетки на панкреаса на храносмилателни ензими, необходими за разграждането на храната. Тези ензими се екскретират и доставят чрез мрежа от канали до червата, където храната се усвоява и усвоява. Ацинарните и дукталните клетки съставляват екзокринната част на панкреаса и съставляват около 99% от всички клетки в този орган.
Втората функция на панкреаса е синтезът на хормони, отговорни за регулирането на употребата на захар от храносмилането на храната и следователно за контрола на нивата на кръвната захар (нивата на кръвната захар). Тази наредба позволява да се компенсират епизодите на хипергликемия след прием на храна и да се увеличи глюкозата в кръвта след гладуване. Производството на хормони се извършва от ендокринната част на панкреаса, която е организирана в групи клетки, наречени островчета на Лангерханс. Те представляват само 1% от теглото на органа. Клетките α, β, δ и РР синтезират съответно глюкагон, инсулин, соматостатин и панкреатичен полипептид. Те представляват различните зрели ендокринни клетъчни типове на възрастни панкреатични островчета [1].
Необходимостта от нови антидиабетни терапевтични подходи
Β клетките имат голямо дълголетие и поради това се размножават малко по време на живота на индивида. При обстоятелства, при които търсенето на инсулин е повишено, например при затлъстяване или по време на бременност, размерът и броят на β клетките могат да се увеличат, съответно чрез повишено производство на инсулин и стимулиране на клетъчното делене. Недостигът на β клетки или неспособността на тези клетки да произвеждат достатъчно инсулин води до трайно повишаване на нивата на кръвната захар, което води до високо производство на урина, т.е. При диабет тип 1, автоимунно заболяване, което е най-честата форма на заболяването при деца, β клетките се елиминират напълно от имунната система. Следователно тези пациенти трябва да получават ежедневни инжекции с инсулин през целия си живот. Тази терапевтична стратегия обаче не позволява прецизен контрол на нивата на кръвната захар и не предотвратява вредните ефекти върху кръвоносните съдове, които могат да доведат до бъбречна недостатъчност, слепота или гангрена. Тези усложнения оправдават разработването на нови, по-подходящи лечения, включително иновативни подходи към регенеративната медицина.
В този контекст нашата лаборатория от дълги години търси дали възрастният панкреас има вътрешния капацитет да генерира нови β клетки след пълната им загуба, тоест в ситуация, подобна на тази при диабет тип 1. Това задължително предполагат, че образуването на тези нови клетки преминава чрез механизми, различни от пролиферацията на самите β клетки. За да изследваме тази хипотеза, ние създадохме трансгенна мишка, в която можем да индуцираме селективно елиминиране на почти всички β клетки, но при липса на автоимунни процеси. По този начин успяхме да проучим регенерацията на ендокринните клетки, тъй като, ако новите клетки, произвеждащи инсулин, се диференцират, те няма да бъдат унищожени от имунната система [2].
Нов животински модел на диабет тип 1
Различни експериментални модели на диабет тип 1 при гризачи показват, че голямото намаляване (50% -80%) на броя на секретиращите инсулин клетки предизвиква увеличаване на скоростта на персистираща пролиферация на β-клетки [3]. За да се определи дали панкреасът е способен да генерира нови клетки, секретиращи инсулин, когато те са напълно унищожени, и това от друг клетъчен източник (не-β), ние разработихме нов модел на диабетна мишка, при който повече от 99% от β клетките могат да бъдат елиминирани [2]. Това стана възможно чрез трансгенна експресия на човешкия дифтериен токсинен рецептор (DTR) на повърхността на β клетките. Въпреки че приложението на дифтериен токсин (DT) няма ефект върху нормалните мишки, тъй като те нямат DTR рецептора (DTR-мишки), това предизвиква смъртта на почти всички β клетки, присъстващи в трансгенни мишки (DTR +). DTR + мишките, лекувани с DT, бързо стават хипергликемични, развиват всички симптоми на диабет и бързо умират, ако не бъдат лекувани с инсулин.
Механизми на регенерация на β клетки
В отговор на елиминирането на почти всички β клетки открихме, че в островчетата на DTR мишки постепенно се появяват нови клетки, произвеждащи инсулин.+ (Фигура 1А). Изненадващо, някои от тези клетки едновременно съдържаха инсулин и глюкагон. Такива "хибридни" или бихормонални клетки никога не се наблюдават в здравия възрастен панкреас. Нещо повече, при всички тези DTR + мишки, направени диабетици, след няколко месеца се наблюдава подобрение на гликемичния контрол, едновременно с капацитета на клетките да възстановяват инсулина. Всъщност всички DTR + мишки показаха ясни признаци на регенерация на клетките. По този начин, възрастният панкреас има способността да генерира нови инсулинови клетки след пълното изчезване на тези клетки.
Нов миши модел на диабет тип 1. Трансгенни мишки експресират дифтерийния токсинен рецептор на повърхността на β клетките (трансген под контрола на инсулиновия промотор). AT. Експресията на DTR на повърхността на β клетките ги прави чувствителни към дифтериен токсин (DT). Когато мишката се лекува с DT, всички β клетки умират. Мишките с диабет, поддържани живи чрез лечение с инсулин, регенерират нови β клетки. Б.. Етикетирането на вече съществуващи β клетки преди клетъчната аблация показва, че новообразуваните инсулинови клетки не произтичат от разширяването на много редки β клетки, избягали от DT. СРЕЩУ. Етикетирането на α клетки, експресиращи глюкагон преди аблация, разкрива, от друга страна, че по-голямата част от новите β клетки са получени от α клетки (адаптирани от http://www.betacell.org).