楊金奎教授解讀EASD年會Albert Renold獎

今年的 EASD 大會於9月27日~10月1日在線上舉行。Pedro Herrera教授是今年的糖尿病基礎研究大獎——阿爾伯特·雷諾獎（Albert Renold）的獲得者。首都醫科大學附屬北京同仁醫院內分泌科主任、北京市糖尿病研究所所長楊金奎教授受邀對Herrera教授的成就進行了如下解讀。

Herrera教授團隊研究簡介

瑞士日內瓦大學醫學院Herrera教授是第一個報告如何永久“標記”CRE重組酶在小鼠胚胎中的任何特定型別的細胞，以進行小鼠從胚胎期到成年期追蹤的研究者。這一過程很快成為研究健康和疾病狀態下從胚胎到成人的細胞譜系的標準方法。他發表於2000年僅有一位作者撰寫的開創性論文，被認為是透過精簡的實驗帶來了突破性的發現。在接下來的幾年中，他證明了胚胎胰島前體細胞群作為一個細胞群是多能的，但有趣的是，在單細胞水平上它們嚴格來說是單能的，即它們只產生一種型別內分泌細胞。此外，他揭示了成人細胞的可塑性。他們發表在《自然》（2010年、2014年和2019年）、《自然細胞生物學》（2018年）和《自然通訊》（2021年）上的研究，在開發新的糖尿病細胞替代療法的方法上取得了開創性突破，雖然這是早期而初步的發現。他們已經證明，成年胰腺在幾乎完全喪失功能性β細胞後，仍能產生新的胰島素分泌細胞。這一意外發現揭示了細胞的高度可塑性，因為幾乎所有這些再生的β樣細胞實際上都是成年成熟的非β細胞（α-細胞、δ-細胞和γ-細胞），它們自發地重程式設計而產生胰島素。這一點尤其引人注目，因為他們的實驗室現在已經表明，細胞可塑性也是人類胰島細胞的一個特徵。除糖尿病外，任何退行性疾病都將有可能受益於這一思維轉變。

頒獎報告：透過胰島非β細胞分泌胰島素或胰島細胞型別的起源和相互轉換緩解糖尿病

工欲善其事，必先利其器

Herrera教授使用Cre/loxP系統標記體內細胞，以跟蹤其命運和後代：使用新的Cre-Lox重組系統建立轉基因小鼠，在體內追蹤細胞譜系（1992年）。

他們以一種破壞性的方式，設計了一種透過細胞型別特異性基因啟用（“報告”轉基因）來不可逆轉地標記體內細胞的方法，而不是細胞型別特異性基因敲除（KO）(Herrera，et al. Development，2000年)。

透過以上工具小鼠的建立和研究帶來的開創性發現

胚胎胰島前體細胞群作為一個細胞群是多能的，但有趣的是，在單細胞水平上，它們嚴格來說是單能的，因為它們只產生一種內分泌細胞型別——NEUROG3+細胞。它是有絲分裂後唯一的晚期前體細胞，每個單一的NEUROG3+細胞在出生時成為一個特定的胰島細胞（見下圖）。所有胰島細胞的增殖率均很低（Desgraz et Herrera，Development，2009年）。

研究中，Herrera教授發現了兩個驚喜的結果：（1）當β細胞大量丟失時，不論是幼年、成年還是老年哺乳動物，胰腺都會自發再生為分泌胰島素的細胞；（2）在這種極端情況下，成年小鼠體內新的胰島素生成細胞是重程式設計的胰島非β細胞，它們生成含有胰島素的瞬時雙激素（Gcg/Ins、Sst/Ins或Ppy/Ins）（Thorel et al. Nature 2010；Chera et al. Nature 2014；Cigliola et al. Diabetes Obes Metab，2016）。

以上研究帶來的思考：非β細胞重程式設計產生胰島素？

非β細胞重程式設計是否需要β細胞幾乎完全丟失？非β細胞重程式設計是否由β細胞死亡模式（凋亡或壞死）觸發？

Herrera教授團隊進一步研究發現：α細胞參與胰島素的產生獨立於以下因素：血糖、總β細胞質量、胰腺外分泌區域性作用的訊號、功能性免疫系統。因此，α細胞重程式設計是胰島自主性的(Cigliola et al. Nat. Cell Biology 2018)。

β細胞丟失後，只有2%的α細胞自發成為胰島素表達細胞。

這激發一個新的科學問題：什麼訊號限制α細胞的可塑性？

他們發現：胰島內胰島素訊號傳導是限制α細胞可塑性的根本性制動器。組織內穩態決定細胞身份的維持。這是一個由抑制訊號介導的主動過程，抑制細胞的內在變化趨勢(Cigliola et al. Nat. Cell Biology 2018)。

胰高血糖素中心假說成立嗎？

胰高血糖素和胰島素對高血糖的相對作用是什麼？傳統觀點認為，高血糖症主要由胰島素缺乏引起，因胰高血糖素過量而加劇。但有人提出胰高血糖素中心假說：由胰高血糖素過量而非胰島素缺乏引起的高血糖。那麼，抑制胰高血糖素能預防高血糖嗎？他們發現，DT（凋亡）介導的β細胞消融後，Gcgr-/-小鼠患糖尿病。胰高血糖素訊號的缺乏不足以預防高血糖症。因此，殘餘胰島素訊號是維持正常血糖所必需的，但胰高血糖素訊號抑制可改善β細胞切除小鼠的血糖(Damond et al. eLife, 2016)。

人α細胞能重新程式設計生成胰島素嗎？

他們進行了誘導人胰島非β細胞可塑性的系列研究。結果發現，人胰高血糖素表達的α細胞可以在適當的條件下開始產生胰島素和葡萄糖依賴性胰島素分泌。

表達胰高血糖素的人α細胞是穩定的，可以參與胰島素的產生和葡萄糖依賴性胰島素的分泌，並導致糖尿病的緩解。包括來自糖尿病患者的α細胞也可以參與胰島素的產生(Furuyama et al. Nature 2019)。

細胞的可塑性是分化細胞在應激/損傷反應中的適應性功能特性變化，這是一個初步發現，是哺乳動物損傷後自然再生的一種新模式。

該領域未來研究方向

➤透過系統/生物資訊學/表觀遺傳學方法，探索選擇性誘導的適應性細胞重塑

➤藥理學及遞送工具（例如：如何靶向原位胰島細胞？AAV載體？內窺鏡？）

• 利用可塑性來模擬疾病（我們是否應該生成“α/β雜交”細胞，而不是“完美”的β細胞？）
• 評估α-/δ-/γ-細胞對β-細胞功能的貢獻
• 體外篩選人胰島非β細胞增殖和重程式設計調節因子等等

他們正在進行的研究：

1. 胰島非β細胞參與血糖穩態（所有非β細胞消融）
2. 胰島細胞可塑性導致糖尿病恢復的機制
3. 人類胰島細胞特性和可塑性的基因調控（CRISPR-Cas9）
4. 誘導人非β細胞產生胰島素的新策略

Albert Renold獎介紹

每年的歐洲糖尿病年會EASD都會頒出四大獎：克勞德·伯納德獎（Claude Bernard Award）、卡米洛·高爾基獎（Camillo Golgi Prize）、阿爾伯特·雷諾獎（Albert Renold Prize）、閔科夫斯基獎（Minkowski Prize）。Albert Renold獎和獲獎報告是為了紀念傑出的瑞士糖尿病學家和研究員Albert Renold。目的是每年表彰對Langerhans胰島研究領域知識進步做出傑出貢獻的個人。不僅許多世代的科學家認為Albert Renold是他們的主要導師，而且他也是歐洲糖尿病協會（EASD）的創始人之一。他與著名的美國糖尿病學家E.P. Joslin同窗，並於1950年代中期成為哈佛大學Joslin實驗室的第一位全職主任。1963年，他回到日內瓦，在那裡他創立了生物化學研究所。在他的領導下，該研究所成為了國際卓越的胰島研究中心，直到他1988年去世。

專家簡介

楊金奎 教授，一級主任醫師。博士研究生導師。

享受國務院特殊津貼專家。北京市人大代表。2019年入選“北京學者”。

北京市糖尿病研究所所長；首都醫科大學附屬北京同仁醫院內分泌科主任；糖尿病防治研究北京市重點實驗室主任；首都醫科大學內分泌與代謝病學系主任。

重點開展糖尿病微血管病變的臨床研究和胰島功能與分子標記物的基礎研究。2006年發現冠狀病毒 ACE2 受體對糖代謝的作用；2018年提出胰島素分泌“雙開關”控制理論；2017年發現尿微量觸珠蛋白預測糖尿病腎病新方法。2021年發現黃連素降糖作用分子靶點。作為首席科學家承擔國家重點研發專案1項，主持國家自然科學基金重點、國合及面上專案 7 項。獲國家新藥證書 3 項，省級科技成果獎 6 項。在Diabetes Care、STTT、Nature Comm、Cell Rep等發表SCI論文105篇；他引超過4500次。