胰岛星状细胞和胰岛内皮细胞相互作用对胰岛功能的影响及其机制研究

Our previous studies confirmed that activated islet stellate cells (ISC) can promote islet dysfunction and fibrosis, inhibition of ISC activation protect islets function and become the key approach to prevent the progress of diabetes. However, the cellular and molecular mechanism of ISC activation in diabetes has not been fully elucidated. Recent studies have found that hepatic endothelial dysfunction lead to activation of hepatic stellate cells (HSC), activated HSC in turn exacerbate endothelial dysfunction. This vicious circle promotes the development of liver fibrosis. However, we observed that the ISC is closely located near the islet endothelial cell (IEC). Sequencing results showed the altered expression of several genes associated with angiogenesis and vascular morphology in ISC in diabetes. These inspired us to explore the role of interaction between ISC and IEC in the irreversible failure of islet function. This study will investigate the interaction between ISC and IEC under different conditions and its effect on islet function by using contact flow co-culture, islet perfusion and single islet function test in vitro. In the meantime, using islet transplantation and other experiments to explore the effect of interaction between ISC and IEC on the function of transplanted islets in vivo. It will provide a new theory for the pathogenesis of diabetes and intervention target for the prevention and treatment of diabetes.

我们既往研究证实，活化的胰岛星状细胞（ISC）可以促发胰岛功能损伤和胰岛纤维化，抑制ISC活化有助于维护胰岛功能，成为防止糖尿病发展的关键策略之一。然而糖尿病病理状态下ISC活化的细胞分子机制尚未完全阐明。近期有研究发现内皮功能紊乱会导致肝星状细胞活化，活化的肝星状细胞又反过来加剧内皮功能紊乱，形成恶性循环，促进肝纤维化发生发展。而我们观察到ISC与胰岛内皮细胞（IEC）在解剖结构上密切毗邻，测序结果也显示糖尿病状态下ISC内多个与血管新生及形态调控的基因发生改变。启发我们进一步探究ISC与IEC相互作用在胰岛纤维化和胰岛功能衰竭进程中扮演的角色。本研究拟离体采用接触式流动共培养、胰岛灌流等实验探讨ISC与IEC的相互作用及其对胰岛功能的影响；通过在体胰岛移植等技术探讨ISC与IEC的相互作用对移植胰岛功能的影响；初探其分子病理学机制。为防止胰岛功能衰竭提供新的理论依据和干预靶点。

本课题组在完成标书实验内容4年中，与乌普萨拉大学Per-Ola Carlsson教授、英国伦敦大学国王学院Peter M. Jones教授进行了多方面合作，根据实验进展情况，部分调整和补充了实验内容（详见历年标书年度考核），基本完成了本课题的研究内容，符合结题要求。.主要研究内容和结果如下：.1、大小鼠及人胰腺石蜡切片中均可以观察到Desmin 阳性的ISC 存在于胰岛内，大小鼠胰岛的外周及中央均可见ISC 分布，人胰岛中则仅在周边观察到ISC，并且主要分布于胰岛血管内皮细胞周边另外，随着胰岛在体外培养时间的延长，IEC 数量逐渐减少，而ISC 及其所分泌的ECM 成分则呈现时间依赖的升高。.2、维生素A可抑制ISC活化，CRBP1 基因在其中扮演重要角色，敲降 CRBP1 基因的 ISCs的活化也受到抑制。另外SREBP-1c也是调控ISC的活化的一个重要分子，过表达SREBP-1c 可以抑制 ISC 的活化及 ECM 成分的分泌。.3、活化的ISC的显著促进IEC的增殖迁移以及血管新生的能力，同时IEC中的ERK通路以及PI3K/AKT通路被激活，并且eNOS的磷酸化增加。而抑制ISC的活化后，其促增殖迁移和血管新生的效应减弱，同时观察到随着ISC活化被抑制，血管内皮生长因子-A（VEGF-A）可能在其中发挥一定作用。反过来，IEC则可抑制ISC在体外的活化。.4、抑制ISC的活化可改善胰岛功能：体内和体外实验表明，活化的ISC会损伤胰岛功能，而减少ISC的活化会使胰岛功能得到改善。.5、高脂喂养小鼠糖耐量受损，胰岛内α-SMA阳性的ISC的比例增加，而CD31阳性区域（内皮细胞）的面积并无明显改变，而在2型糖尿病的db/db小鼠中相比对照组，其胰岛内α-SMA阳性的ISC增加，而CD31阳性的内皮细胞减少。.6、构建了ISC示踪及消融小鼠，并且通过对ISC示踪发现在糖尿病胰岛纤维化过程中，胰岛内 tdtomato+ISC 数量增多。.以上发现为糖尿病胰岛功能损伤衰竭机制提供新的理论依据，并可能为糖尿病治疗方案的开发提供新的方向。