Растущая распространенность диабета, затрагивающая более 300 миллионов человек во всеммире1,2, подтолкнула к поиску новых источников инсулин-продуцирующих бета-клеток, как in vitro, так и in vivo, для восполнения дефицитной бета-клеточной массы.3 Выявление ключевых механизмов и факторов, регулирующих пролиферацию бета-клеток и неогенез бета-клеток, т.е. дифференцировку бета-клеток из не-бета-клеток или клеток-предшественников, может обеспечить новые мишени для разработки регенеративной терапии при сахарном диабете.
В развивающейся поджелудочной железе грызунов все типы эндокринных клеток дифференцируются от транзиторной популяции эндокринных клеток-предшественников, экспрессирующих фактор транскрипции Neurogenin3 (Ngn3). 4,5 В поджелудочной железе взрослого грызуна при нормальных физиологических условиях масса бета-клеток поддерживается на оптимальном уровне для удовлетворения метаболических потребностей. Изменения в размере бета-клеток, апоптозе и репликации являются основными механизмами роста и обновления бета-клеток. 6-8 В то время как способность бета-клеток к пролиферации в нормальных физиологических условиях однородна во всей популяции,9 скорость их пролиферации низка, а ререпликация ограничена периодом динамического покоя или рефрактерным периодом6,7, на который влияют возраст и метаболизм глюкозы. 10 Поскольку эндокринные клетки-предшественники до сих пор не были идентифицированы в нормальной взрослой поджелудочной железе, считается, что неогенез не способствует нормальному росту взрослых бета-клеток. 8
Следовательно, идентификация факультативной эндокринной клетки-предшественника в поджелудочной железе взрослого человека, которая является расширяемой и способной производить новые бета-клетки, обеспечит новый, возможно, неограниченный источник бета-клеток.
Частичная лигация протоков (PDL) - это модель травмы животных, которая, как было описано, индуцирует неогенез бета-клеток во взрослой поджелудочной железе. 11,12 В этой модели основной проток поджелудочной железы, дренирующий хвост поджелудочной железы, перевязывается хирургическим путем. Возникающая в результате обструкция экзокринного дренажа вызывает серьезное ремоделирование тканей, сопровождающееся воспалением и атрофией ацинаров дистальнее лигирования. 12-14 В этой воспалительной среде индуцируется реэкспрессия эндокринного маркера-предшественника Ngn3, и объем бета-клеток увеличивается в два раза. Это удвоение объема бета-клеток является результатом генерации новых бета-клеток из эндокринной клетки-предшественника эндокринного типа Ngn3, экспрессирующей эмбриональный тип, а также пролиферации ранее существовавших и вновь образованных бета-клеток, которые склонны к повторной дупликации без «периода покоя». 11,15
Неогенез и репликация бета-клеток в моделях травм, таких как панкреатэктомия6,7,16-19 и селективная абляция бета-клеток20, были подробно описаны. Тем не менее, регенеративный результат в этих моделях зависит от степени нанесенного повреждения и связан со снижением начальной массы бета-клеток21. PDL представляет собой хирургическую модель, при которой первоначальная масса бета-клеток не изменяется, а неогенез и пролиферация бета-клеток активируются надежно. Действительно, в поджелудочной железе мышей, которым был выполнен PDL, клетки, экспрессирующие Ngn3, идентифицируются вблизи эпителиальной выстилки протока. Эти клетки могут быть выделены из лигированной поджелудочной железы трансгенных мышей Ngn3-GFP с использованием сортировки флуоресцентно активированных клеток (FACS) и способны дифференцироваться в функциональные бета-клетки после приживления и ex vivo культуры поджелудочной железы мышей E12,5 Ngn3-/-. 11 Аналогично, в Ngn3CreERT; У мышейR26 YFP, у которых клетки, активировавшие ген Ngn3, были навсегда помечены после инъекции тамоксифена, бета-клетки, полученные из клеток Ngn3, были обнаружены после PDL. 15 Кроме того, вновь образованные бета-клетки разбавляют ранее существовавшие бета-клетки и преимущественно располагаются в небольших островках, внутри которых бета-клетки демонстрируют высокий потенциал пролиферации. 15 Ngn3 важен для экспансии бета-клеток после PDL, поскольку снижение экспрессии Ngn3 с использованием короткой РНК-мишени значительно снижает массу бета-клеток и пролиферацию бета-клеток после PDL. 11 Следует отметить, что доля бета-клеток, полученных из Ngn3, и масса бета-клеток после PDL критически зависят от уровня индукции Ngn3 15. Это согласуется с наблюдением, что высокий уровень экспрессии Ngn3 является критическим этапом для эндокринной приверженности со стороны мультипотентных предшественников поджелудочной железы во время развития поджелудочной железы. 22 Кроме того, селективная абляция клеток, экспрессирующих Ngn3, путем введения дифтерийного токсина вNgn3 CreERT; У мышейR26 iDTR снижается содержание инсулина и пролиферация бета-клеток, особенно в небольших островках. 15
Хотя индукция экспрессии Ngn3 в протоковых клетках после PDL была подтверждена многими11,15,16,23,24, экспрессия Ngn3 в островковых клетках24,25 и расхождения в исходе PDL поставили под сомнение наши первоначальные наблюдения увеличения массы бета-клеток26,27, появления Ngn3, экспрессирующих эндокринных предшественников, происходящих из протоков,24,26,28,29, и увеличения пролиферации бета-клеток27 после PDL. 30
Эти противоречивые результаты можно, по крайней мере частично, объяснить комбинацией факторов, включая различия в послеоперационных временных точках анализа, массу тела, пол и возраст мышей, послеоперационные физиологические условия и условия окружающей среды и, самое главное, различия в хирургической технике. 30 В наших руках пролиферация бета-клеток, содержание инсулина, объем бета-клеток и количество малых островков постоянно увеличиваются после PDL. Кроме того, мРНК Ngn3 постоянно увеличивается, но существуют большие различия в экспрессии мРНК Ngn3 между поджелудочными полосами хвоста PDL, для чего у нас нет прямого объяснения. Мы предположили, что уровень мРНК Ngn3 может коррелировать со степенью неогенеза бета-клеток из не-бета-клеток15, но это требует дальнейшего обоснования. Несмотря на то, что стандартизированный метод проведения операции PDL не устраняет все экспериментальные вариации, он позволяет добиться лучшего единообразия результатов и открывает новые возможности в изучении пролиферации бета-клеток и неогенеза.