重新聚焦胰腺在2型糖尿病中的作用
2025年第61届EASD大会于9.15-9.19（CEST）举行。Mezza博士的研究以创新方法揭示2型糖尿病（T2D）发病机制：通过开创性地利用胰腺部分切除术组织模型，结合体内代谢分析与人类胰岛离体研究，系统地阐明了β细胞功能障碍和可塑性的分子机制。
Oscar Minkowski教授因其在糖尿病领域的重大发现而被载入医学史。1898年斯特拉斯堡实验中，被切除胰腺的狗很快就出现了典型的糖尿病症状。首次证明胰腺在糖尿病中核心作用。Minkowski教授认为T2D是由三个核心缺陷驱动的，即胰岛素分泌受损、肌肉葡萄糖摄取减少和肝脏葡萄糖释放增加。关于T2D发病机制的理论在日后得到了进一步的补充，如胰岛素敏感性减低、脂质代谢异常等。在临床中发现，糖尿病发病率随着BMI的增加而增加，但是也有严重肥胖和胰岛素抵抗的人不患T2D。这意味着实际上仅胰岛素抵抗和肥胖是不足以驱动T2D的发生的。Mezza教授以T2D的自然病史举例，随着患者T2D病程的进展，糖耐量会持续下降，提示着胰岛素抵抗的加重；随着胰岛β细胞数量的减少、功能下降，胰岛素水平也会进行性下降。Mezza教授尝试构建一个T2D的病程模型，能够捕捉和描述胰岛功能的变化。
临床上观察到同样接受胰腺部分切除术的患者，有些会因此而患上糖尿病，而有些则不会，这是为什么呢？为了解答这个问题，Mezza教授首先尝试探究胰腺损伤是否会影响胰岛素分泌。结果显示，在相同的葡萄糖刺激下，在有糖尿病人群或无糖尿病人群中，无论是胰腺部分切除还是慢性胰腺炎相关的胰腺损伤均不影响C肽的水平，提示胰岛素分泌的量与胰岛细胞数量并非成正比。那么究竟是什么因素决定糖尿病的发生呢？Mezza教授进一步通过三条途径：体内功能表型、体外胰岛生物学、纵向适应性研究进行深入分析。体内功能表型Mezza教授根据胰岛素敏感性对受试者进行分组，胰岛素抵抗的患者有较高的胰岛素水平，精氨酸可以刺激胰岛素的分泌。既往已有研究发现胰岛素敏感性高者，精氨酸刺激下胰岛素分泌水平低。Mezza教授在入组患者中观察到了同样的现象，即存在胰岛素抵抗的患者，等量葡萄糖摄入下，精氨酸刺激的胰岛素分泌比健康人群更高，葡萄糖的敏感性更低。对葡萄糖敏感性及精氨酸刺激的胰岛素分泌进行相关性分析，可以发现，在无T2D病史受试者中，随着葡萄糖摄入量增加，胰岛素敏感性提升，精氨酸刺激的胰岛素的分泌会减低，体现了正常β细胞对于血糖及胰岛素浓度变化的适应性；而在T2D患者中则缺乏这种适应力。
综上，Mezza教授发现T2D患者胰腺损伤的核心是胰岛β细胞适应性的丧失。体外胰岛生物学Mezza教授团队发明了一种简化的从手术样本中分离出胰岛的方法进行功能研究2。她发现胰岛素抵抗患者的胰岛体积更大，β细胞和α细胞的数量增多，并引起了β/α细胞比例升高。提示在糖尿病前期，胰管细胞的新生和α向β细胞的转分化是β细胞对胰岛素抵抗的代偿性反应的潜在机制，可能延迟显性糖尿病的发生3。Mezza教授的进一步研究发现β细胞葡萄糖敏感性（基础分泌、第一时相分泌、总分泌、葡萄糖敏感性、精氨酸刺激下的胰岛素分泌）与胰岛面积 (r=-0.61;P=0.01) 和胰岛素/胰高血糖素双阳性细胞（glucagon and insulin double+ cells）(r=-0.62;P<0.01) 都呈强烈的负相关。进一步证实胰岛素抵抗者为满足更高的胰岛素分泌需求，胰岛可能采取α向β细胞转分化的代偿改变。
临床上观察到同样接受胰腺部分切除术的患者，有些会因此而患上糖尿病，而有些则不会，这是为什么呢？为了解答这个问题，Mezza教授首先尝试探究胰腺损伤是否会影响胰岛素分泌。结果显示，在相同的葡萄糖刺激下，在有糖尿病人群或无糖尿病人群中，无论是胰腺部分切除还是慢性胰腺炎相关的胰腺损伤均不影响C肽的水平1，提示胰岛素分泌的量与胰岛细胞数量并非成正比。那么究竟是什么因素决定糖尿病的发生呢？Mezza教授进一步通过三条途径：体内功能表型、体外胰岛生物学、纵向适应性研究进行深入分析。体内功能表型Mezza教授根据胰岛素敏感性对受试者进行分组，胰岛素抵抗的患者有较高的胰岛素水平，精氨酸可以刺激胰岛素的分泌。既往已有研究发现胰岛素敏感性高者，精氨酸刺激下胰岛素分泌水平低。Mezza教授在入组患者中观察到了同样的现象，即存在胰岛素抵抗的患者，等量葡萄糖摄入下，精氨酸刺激的胰岛素分泌比健康人群更高，葡萄糖的敏感性更低。对葡萄糖敏感性及精氨酸刺激的胰岛素分泌进行相关性分析，可以发现，在无T2D病史受试者中，随着葡萄糖摄入量增加，胰岛素敏感性提升，精氨酸刺激的胰岛素的分泌会减低，体现了正常β细胞对于血糖及胰岛素浓度变化的适应性；而在T2D患者中则缺乏这种适应力。综上，Mezza教授发现T2D患者胰腺损伤的核心是胰岛β细胞适应性的丧失。体外胰岛生物学Mezza教授团队发明了一种简化的从手术样本中分离出胰岛的方法进行功能研究。她发现胰岛素抵抗患者的胰岛体积更大，β细胞和α细胞的数量增多，并引起了β/α细胞比例升高。提示在糖尿病前期，胰管细胞的新生和α向β细胞的转分化是β细胞对胰岛素抵抗的代偿性反应的潜在机制，可能延迟显性糖尿病的发生。Mezza教授的进一步研究发现β细胞葡萄糖敏感性（基础分泌、第一时相分泌、总分泌、葡萄糖敏感性、精氨酸刺激下的胰岛素分泌）与胰岛面积 (r=-0.61;P=0.01) 和胰岛素/胰高血糖素双阳性细胞（glucagon and insulin double+ cells）(r=-0.62;P<0.01) 都呈强烈的负相关。进一步证实胰岛素抵抗者为满足更高的胰岛素分泌需求，胰岛可能采取α向β细胞转分化的代偿改变。
Mezza教授为探究GLP-1与胰腺内分泌组织间的联系，招募了61名无T2D病史的个体, 他们都进行了部分胰腺切除术以治疗壶腹周围癌。使用术前2小时OGTT、4小时混合膳食试验、高胰岛素-正葡萄糖钳夹试验、高葡萄糖钳夹试验、混合餐耐受试验等评估葡萄糖耐量和胰岛素分泌/敏感性的差异。随后将受试者分类为正常糖耐量 (NGT, n = 19)、糖耐量受损 (IGT, n = 20) 或新诊断的糖尿病 (DM, n = 22)。测量了这些受试者胰腺活检和血浆中的总GLP-1、完整GLP-1（7-36）、胰高血糖素、胰岛素和C肽水平，并将结果与分泌和代谢参数相关联。
研究发现，总GLP-1与嗜铬粒蛋白之间存在正相关，而嗜铬粒蛋白反映的是胰腺内分泌组织的数量。总GLP-1水平在不同糖耐量组别间相似，然而，在IGT和DM组中，完整GLP-1（7-36）显著增加，并与体内β细胞葡萄糖敏感性和胰岛素分泌呈负相关。提示GLP-1可作为胰岛β细胞功能损害及糖耐量减低的标记物。在T2D的前期胰腺内β细胞数量是增加的，但是这种适应是有极限的。Mezza教授团队通过免疫荧光定位胰岛素原和胰岛素在胰腺组织中的表达，发现从NGT到IGT、DM组，胰岛素原阳性的面积逐渐增大，而胰岛素阳性的面积无明显变化，二者的共定位率和面积比（胰岛素原/胰岛素）逐渐提高，后者与个体的胰岛素敏感性负相关、与基础胰岛素分泌率及2h OGTT血糖水平正相关。研究结果提示随着T2D的进展，胰岛素原的生成增加，而加工成胰岛素的能力减弱。除胰岛素的生成外，体内胰岛素水平也与胰岛素的释放有关。Mezza教授聚焦于胰岛素的释放过程，团队前期研究发现BAG3蛋白调节小鼠胰岛素的释放，于是进一步对12例无T2D病史患者的胰腺样本进行深度代谢评估，使用免疫荧光和共聚焦显微镜进行BAG3 -胰岛素定位。发现BAG3高表达患者表现出显著的第一时相胰岛素分泌受损，他们的胰岛体积增加，但胰岛素/胰高血糖素比、胰岛素敏感性无差异，表明胰岛素释放过程被阻碍，而非β细胞数量减少或胰岛素抵抗。结合小鼠模型中BAG3参与胰岛素分泌的机制研究结果，Mezza教授团队提出BAG3可能通过影响胰岛素颗粒的胞吐作用，影响第一时相胰岛素分泌相关，靶向BAG3可能是一种潜在的预防或延缓β细胞功能障碍和T2D发病的新型治疗方法。
鉴于IGT和T2D患者中β细胞胰岛素原表达增加以及胰岛素原-胰岛素共定位率提高这一现象，Mezza教授团队着手研究了这些缺陷背后的分子通路，发现内质网应激标记基因在T2D和IGT患者胰岛中显著增加，并与高胰岛素水平、胰岛素抵抗、胰岛素加工缺陷、β细胞表型丧失相关。具体而言，在IGT和T2D患者中，ER应激水平增加，β细胞工作负荷也随之升高，伴随胰岛素加工缺陷和β细胞表型的丧失。在此基础上，通过对内质网应激、β细胞表型的标记基因表达和胰岛素原/胰岛素染色共染色的变量进行聚类分析，Mezza教授团队解析了不同人群及不同疾病状态下胰岛基因表达的复杂景观。
个体胰岛功能可分为三个不同的阶段：
第1阶段胰岛 [正常]，
第2阶段胰岛 [中间功能障碍]，
第3阶段胰岛[完全功能障碍]，从而表征疾病进展过程中个体胰岛的特征。
大多数NGT胰岛被分类为第1阶段(80.0%)。在IGT中，第1阶段胰岛减少 (41.7%), 而第2阶段(33.0%) 和第3阶段 (25%) 胰岛增加。DM胰岛主要被分类为第3阶段(52.0%) 和第2阶段 (44.0%)，而只有4%的胰岛被分类为第1阶段。除了胰岛内分泌细胞，另一些间质细胞可能也参与了T2D的发生发展。去甲肾上腺素能神经可抑制胰岛素分泌，在T2D小鼠模型中可观察到去甲肾上腺素能纤维的密度增加。Mezza教授团队探索了人类胰岛去甲肾上腺素能神经支配、β细胞去分化与β细胞功能之间的关系。发现糖尿病受试者胰岛中去甲肾上腺素能纤维显著增加，这与β细胞去分化程度呈正相关。体内胰岛素分泌参数与胰腺去甲肾上腺素能纤维密度之间的相关性分析表明，这些纤维参与了疾病的发病机制，并间接参与了胰岛去分化过程。胰腺内的脂肪组织在糖尿病发展过程中也呈进行性增加趋势，且随着白色脂肪的占比增多，β细胞去分化程度也在增加。这意味着胰腺内白色脂肪也是β细胞去分化标志物，预示着糖尿病的发展。纵向适应性研究总体而言，所有受试者在手术后β细胞数量减少，可能会出现胰岛素分泌减少、高血糖，即葡萄糖敏感性的降低。但如果按单位β细胞来算，实际上术后单个β细胞的分泌功能都更强，提示β细胞的工作效率增加。基于以上结果，Mezza教授介绍了她们的核心工作，即建立一个糖尿病的自然病程模型。基于术后OGTT结果, 受试者被分为3组：正常糖耐量（NGT）、糖耐量受损（IGT）或糖尿病（DM）。3组术前基线有相似的空腹血糖和胰岛素水平，仅第一时相胰岛素分泌和葡萄糖敏感性下降为术后发生IGT和DM的预测因素。
既往研究认为，高血糖的出现是由于胰岛素抵抗、胰岛素分泌功能缺陷和β细胞数量减少。这些因素对临床表现出β细胞功能障碍的相对贡献一直存在争议。Mazze教授验证了其中一个因素 (β细胞数量减少) 对高血糖发展的影响，即胰岛β细胞数量减少所引起的胰岛素分泌减少及糖耐量下降，可以通过β细胞上调分泌效率代偿，T2D的发生发展主要还是与β细胞功能的受损密切相关。那么，有没有便于检测的β细胞功能障碍的生物标志物呢？miRNA因其易于检测而常被用作生物标志物，Mazze教授发现有三种miRNA（miR-34a- 5p、miR-335- 5p、miR-1306-5P）与胰岛素分泌的速率敏感性相关，于是进一步构建了Lasso回归的预测模型，该模型能独立于OGTT试验来预测第一时相的胰岛素分泌，并在外部队列中得到了验证。
最后，Mezza教授将接受胰腺部分切除的患者进行了分型，定义了4种β细胞减少后的β细胞功能异常表型：
表型1——Burn：术前有严重的胰岛素抵抗的人群。此类人群在术后会出现胰岛素分泌显著下降和糖尿病。这些患者被切除部分胰腺后胰岛功能会迅速“耗竭”，因为他们的β细胞在术前已经处于代偿能力的极限。
表型2——Safe：术前无胰岛素抵抗人群。此类人群在术后胰岛素分泌和血糖水平不变，表现出非常有弹性的糖耐量，他们胰岛细胞的代偿性改变能够弥补β细胞数量的损失。
表型3——Drop：术前对葡萄糖敏感性较低的人群，但自身具有较高胰岛素分泌的增强因子的人群，此类患者在术后会出现显著的血糖水平升高，增强因子部分减弱。
表型4——Boost：术前增强因子低的人群，此类人群术后基础胰岛素分泌显著下降，空腹葡萄糖水平上升，增强因子代偿性增加。
Mezza教授的本次演讲主要介绍了胰岛β细胞在T2D发生发展过程中的功能变化及其预测意义。
其研究揭示了胰腺是糖尿病的起点，也是未来糖尿病的防治靶点。为了将糖尿病防患于未然，必须在显性高血糖之前采取行动。葡萄糖敏感性和胰岛素分泌的速率敏感性损失是β细胞失能的重要预测因素，Mezza教授团队已鉴定出相关的生物标志物，定义了4种β细胞功能异常的表型。未来将会为IGT及T2D的病人提供一个更好的风险预测模型。