缺氧诱导胰岛移植物程序性坏死机制的分子影像学研究

Islet transplantation is the most promising therapy strategy in curing diabetes. Yet how to avoid the early death of islet grafts induced by hypoxia is still a problem which is urgently needed to be solved. In our previously study, we found that islet death induced by hypoxia could be significantly inhibited by necroptosis inhibitor Nec-1. Hypoxia can activate NF-KB signal pathway in islet cells and can up-regulate the expression of some pro-inflammatory cytokines such as TNFα. This study will take hypoxia induced necroposis and inflammatory response as a breakthrough point and label the hypoxia environment in grafts using molecular imaging probe. Then we will utilize nanomaterial Ferritin for Nec-1 package to realize the Nec-1 intelligent release in hypoxia sites. In the mean time, we will intervene the hypoxia induced islet cell death by TNFR antagonist combination drug therapy. This study will establish the new connection of “hypoxia-TNFα-necroptosis” in islet transplantation. Thus, provide a fundamental experiment basis for this important issue, that is, to detect and protect the islet hypoxia during islet transplantation and prevent islet grafts from early death.

胰岛移植是治愈糖尿病和缓解糖尿病并发症最有前景的治疗手段和方法，但如何避免胰岛移植物在受体内的早期缺氧死亡仍是这一领域亟需解决的难题。我们前期研究发现，缺氧诱导的胰岛细胞死亡能被程序性坏死抑制剂Nec-1显著抑制。缺氧导致了胰岛细胞内NF-KB信号通路激活，促进了TNFα等炎性因子的表达上调。本项目将以缺氧诱导的程序性坏死和炎性反应为切入点，利用分子影像学探针对移植物体内缺氧环境进行标记，通过纳米材料Ferritin对Nec-1有效包裹并实现其在缺氧局部的智能化释放，同时结合TNFR拮抗剂联合干预缺氧导致的胰岛细胞死亡。本项目将建立胰岛移植中“缺氧-TNFα-程序性坏死”的新联系，为促进胰岛移植过程中对胰岛缺氧的检测和保护，防止胰岛细胞早期死亡这一重要问题提供前期的实验依据。

胰岛移植是治愈糖尿病和缓解糖尿病并发症最有前景的治疗手段和方法，但如何避免胰岛移植物在受体内的早期缺氧死亡仍是这一领域亟需解决的难题。项目组照研究发现NLRP3炎症小体的上调及激活参与了缺氧情况下炎性因子释放，导致胰岛细胞死亡。同时，研究进一步发现NF-κB信号通路会因为IKKβ的激活导致IκBα的磷酸化降解和NF-κB释放而激活，揭示了NF-κB是HIF-1的重要转录因子。而HIF-1α在2型糖尿病胰岛细胞中显著上调，炎性小体相关蛋白NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β在2型糖尿病胰岛细胞与HIF-1α呈正相关。通过NSG小数肾被膜下新生猪胰岛移植实验，证实了新生猪胰岛治疗糖尿病小鼠的能力，并发现小鼠肾被膜移植早期胰岛丢失可能与NLRP3炎性小体有关。发现缺氧诱导胰岛细胞发生程序性坏死及其发生的机制，项目组使用人类脐带来源间充质干细胞条件培养基降低新生猪胰岛在缺氧过程中导致的功能障碍，并发现人类脐带来源间充质干细胞外泌体在诱导胰岛细胞低氧抵抗方面有重要作用，可以作为改善胰岛移植的潜在方案。.项目组使用HypoxyprobeTM-1小分子影像探针，快速标记缺氧组织，为新生猪胰岛肾被膜移植后，发生缺氧状态，进行快速标记，实时监测移植后导致的缺氧微环境。项目组还使用SPB@POM nanoparticles靶向反映胰岛移植过程中缺氧损伤情况。SPB@POM nanoparticles作为一种新型的分子影像材料，具有主动靶向和微环境响应性能，其通过共价键结合SP主链与亲水性刷子，解决了SP纳米颗粒稳定性差的缺陷；将能通过质子诱导的氢键作用实现酸性微环境特异性聚集的Mo-多金属氧簇（POM）锚定在SP表面，实现主动靶向及微环境响应性能。