杨金奎教授解读EASD年会Albert Renold奖

今年的 EASD 大会于9月27日~10月1日在线上举行。Pedro Herrera教授是今年的糖尿病基础研究大奖——阿尔伯特·雷诺奖（Albert Renold）的获得者。首都医科大学附属北京同仁医院内分泌科主任、北京市糖尿病研究所所长杨金奎教授受邀对Herrera教授的成就进行了如下解读。

Herrera教授团队研究简介

瑞士日内瓦大学医学院Herrera教授是第一个报告如何永久“标记”CRE重组酶在小鼠胚胎中的任何特定类型的细胞，以进行小鼠从胚胎期到成年期追踪的研究者。这一过程很快成为研究健康和疾病状态下从胚胎到成人的细胞谱系的标准方法。他发表于2000年仅有一位作者撰写的开创性论文，被认为是通过精简的实验带来了突破性的发现。在接下来的几年中，他证明了胚胎胰岛前体细胞群作为一个细胞群是多能的，但有趣的是，在单细胞水平上它们严格来说是单能的，即它们只产生一种类型内分泌细胞。此外，他揭示了成人细胞的可塑性。他们发表在《自然》（2010年、2014年和2019年）、《自然细胞生物学》（2018年）和《自然通讯》（2021年）上的研究，在开发新的糖尿病细胞替代疗法的方法上取得了开创性突破，虽然这是早期而初步的发现。他们已经证明，成年胰腺在几乎完全丧失功能性β细胞后，仍能产生新的胰岛素分泌细胞。这一意外发现揭示了细胞的高度可塑性，因为几乎所有这些再生的β样细胞实际上都是成年成熟的非β细胞（α-细胞、δ-细胞和γ-细胞），它们自发地重编程而产生胰岛素。这一点尤其引人注目，因为他们的实验室现在已经表明，细胞可塑性也是人类胰岛细胞的一个特征。除糖尿病外，任何退行性疾病都将有可能受益于这一思维转变。

颁奖报告：通过胰岛非β细胞分泌胰岛素或胰岛细胞类型的起源和相互转换缓解糖尿病

工欲善其事，必先利其器

Herrera教授使用Cre/loxP系统标记体内细胞，以跟踪其命运和后代：使用新的Cre-Lox重组系统建立转基因小鼠，在体内追踪细胞谱系（1992年）。

他们以一种破坏性的方式，设计了一种通过细胞类型特异性基因激活（“报告”转基因）来不可逆转地标记体内细胞的方法，而不是细胞类型特异性基因敲除（KO）(Herrera，et al. Development，2000年)。

通过以上工具小鼠的建立和研究带来的开创性发现

胚胎胰岛前体细胞群作为一个细胞群是多能的，但有趣的是，在单细胞水平上，它们严格来说是单能的，因为它们只产生一种内分泌细胞类型——NEUROG3+细胞。它是有丝分裂后唯一的晚期前体细胞，每个单一的NEUROG3+细胞在出生时成为一个特定的胰岛细胞（见下图）。所有胰岛细胞的增殖率均很低（Desgraz et Herrera，Development，2009年）。

研究中，Herrera教授发现了两个惊喜的结果：（1）当β细胞大量丢失时，不论是幼年、成年还是老年哺乳动物，胰腺都会自发再生为分泌胰岛素的细胞；（2）在这种极端情况下，成年小鼠体内新的胰岛素生成细胞是重编程的胰岛非β细胞，它们生成含有胰岛素的瞬时双激素（Gcg/Ins、Sst/Ins或Ppy/Ins）（Thorel et al. Nature 2010；Chera et al. Nature 2014；Cigliola et al. Diabetes Obes Metab，2016）。

以上研究带来的思考：非β细胞重编程产生胰岛素？

非β细胞重编程是否需要β细胞几乎完全丢失？非β细胞重编程是否由β细胞死亡模式（凋亡或坏死）触发？

Herrera教授团队进一步研究发现：α细胞参与胰岛素的产生独立于以下因素：血糖、总β细胞质量、胰腺外分泌局部作用的信号、功能性免疫系统。因此，α细胞重编程是胰岛自主性的(Cigliola et al. Nat. Cell Biology 2018)。

β细胞丢失后，只有2%的α细胞自发成为胰岛素表达细胞。

这激发一个新的科学问题：什么信号限制α细胞的可塑性？

他们发现：胰岛内胰岛素信号传导是限制α细胞可塑性的根本性制动器。组织内稳态决定细胞身份的维持。这是一个由抑制信号介导的主动过程，抑制细胞的内在变化趋势(Cigliola et al. Nat. Cell Biology 2018)。

胰高血糖素中心假说成立吗？

胰高血糖素和胰岛素对高血糖的相对作用是什么？传统观点认为，高血糖症主要由胰岛素缺乏引起，因胰高血糖素过量而加剧。但有人提出胰高血糖素中心假说：由胰高血糖素过量而非胰岛素缺乏引起的高血糖。那么，抑制胰高血糖素能预防高血糖吗？他们发现，DT（凋亡）介导的β细胞消融后，Gcgr-/-小鼠患糖尿病。胰高血糖素信号的缺乏不足以预防高血糖症。因此，残余胰岛素信号是维持正常血糖所必需的，但胰高血糖素信号抑制可改善β细胞切除小鼠的血糖(Damond et al. eLife, 2016)。

人α细胞能重新编程生成胰岛素吗？

他们进行了诱导人胰岛非β细胞可塑性的系列研究。结果发现，人胰高血糖素表达的α细胞可以在适当的条件下开始产生胰岛素和葡萄糖依赖性胰岛素分泌。

表达胰高血糖素的人α细胞是稳定的，可以参与胰岛素的产生和葡萄糖依赖性胰岛素的分泌，并导致糖尿病的缓解。包括来自糖尿病患者的α细胞也可以参与胰岛素的产生(Furuyama et al. Nature 2019)。

细胞的可塑性是分化细胞在应激/损伤反应中的适应性功能特性变化，这是一个初步发现，是哺乳动物损伤后自然再生的一种新模式。

该领域未来研究方向

➤通过系统/生物信息学/表观遗传学方法，探索选择性诱导的适应性细胞重塑

➤药理学及递送工具（例如：如何靶向原位胰岛细胞？AAV载体？内窥镜？）

• 利用可塑性来模拟疾病（我们是否应该生成“α/β杂交”细胞，而不是“完美”的β细胞？）
• 评估α-/δ-/γ-细胞对β-细胞功能的贡献
• 体外筛选人胰岛非β细胞增殖和重编程调节因子等等

他们正在进行的研究：

1. 胰岛非β细胞参与血糖稳态（所有非β细胞消融）
2. 胰岛细胞可塑性导致糖尿病恢复的机制
3. 人类胰岛细胞特性和可塑性的基因调控（CRISPR-Cas9）
4. 诱导人非β细胞产生胰岛素的新策略

Albert Renold奖介绍

每年的欧洲糖尿病年会EASD都会颁出四大奖：克劳德·伯纳德奖（Claude Bernard Award）、卡米洛·高尔基奖（Camillo Golgi Prize）、阿尔伯特·雷诺奖（Albert Renold Prize）、闵科夫斯基奖（Minkowski Prize）。Albert Renold奖和获奖报告是为了纪念杰出的瑞士糖尿病学家和研究员Albert Renold。目的是每年表彰对Langerhans胰岛研究领域知识进步做出杰出贡献的个人。不仅许多世代的科学家认为Albert Renold是他们的主要导师，而且他也是欧洲糖尿病协会（EASD）的创始人之一。他与著名的美国糖尿病学家E.P. Joslin同窗，并于1950年代中期成为哈佛大学Joslin实验室的第一位全职主任。1963年，他回到日内瓦，在那里他创立了生物化学研究所。在他的领导下，该研究所成为了国际卓越的胰岛研究中心，直到他1988年去世。

专家简介

杨金奎 教授，一级主任医师。博士研究生导师。

享受国务院特殊津贴专家。北京市人大代表。2019年入选“北京学者”。

北京市糖尿病研究所所长；首都医科大学附属北京同仁医院内分泌科主任；糖尿病防治研究北京市重点实验室主任；首都医科大学内分泌与代谢病学系主任。

重点开展糖尿病微血管病变的临床研究和胰岛功能与分子标记物的基础研究。2006年发现冠状病毒 ACE2 受体对糖代谢的作用；2018年提出胰岛素分泌“双开关”控制理论；2017年发现尿微量触珠蛋白预测糖尿病肾病新方法。2021年发现黄连素降糖作用分子靶点。作为首席科学家承担国家重点研发项目1项，主持国家自然科学基金重点、国合及面上项目 7 项。获国家新药证书 3 项，省级科技成果奖 6 项。在Diabetes Care、STTT、Nature Comm、Cell Rep等发表SCI论文105篇；他引超过4500次。