糖尿病是危害人类健康和生命的重大疾病，胰岛β细胞分泌胰岛素能力的绝对或相对不足是糖尿病发生发展的核心病理生理环节。恢复功能性β细胞总量是改善糖尿病长期疗效（甚或治愈糖尿病）的潜在希望，细胞再生及其机制研究一直是糖尿病领域的热点和难点。胰高糖素是由胰岛α细胞分泌的一种激素，通过与胰高糖素受体（GCGR）结合发挥生物学作用【1】。胰高糖素的主要靶器官是肝脏，通过促进糖原分解和糖异生，升高血糖水平【2】。
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因此，阻滞胰高糖素GCGR信号可以作为一种降糖治疗策略。北京大学第三医院（北医三院）内分泌科魏蕊研究员/洪天配教授研究团队于2019年在iScience首次报道了在细胞绝对缺乏的1型糖尿病小鼠中阻滞GCGR通路可诱导细胞向细胞转分化，从而促进细胞再生【3】。该结论被2021年美国得克萨斯大学西南医学中心William L. Holland教授团队发表于PNAS的研究结果证实【4】。
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2022年，魏蕊/洪天配研究团队在iScience又报道了在细胞相对缺乏的2型糖尿病小鼠中GCGR阻滞通过促进细胞向细胞转分化、诱导胰腺干细胞来源的细胞新生等途径，进而促进细胞再生【5】。然而，阻滞胰高糖素GCGR信号导致细胞再生的机制尚不清楚。
2022年11月4日，魏蕊/洪天配研究团队在内分泌代谢专业顶级期刊Diabetologia在线发表了题为Pancreatic alpha cell glucagon–liver FGF21 axis regulates beta cell regeneration in a mouse model of type 2 diabetes的研究论文。该研究揭示了阻滞胰高糖素及其受体通路改善糖尿病控制和胰岛β细胞再生的一种新机制，并确定了肝脏来源的FGF21是β细胞再生的一种重要调节因子。
该研究首先采用两种2型糖尿病小鼠模型（db/db小鼠和高脂饲养+小剂量链脲菌素糖尿病小鼠），给予GCGR单克隆抗体（mAb）治疗后，评估其代谢变化，并对胰岛形态学进行定量分析。结果证实，GCGR mAb不仅显著降低小鼠血糖，还增加胰岛数量和面积，提示GCGR阻滞促进2型糖尿病小鼠胰岛细胞再生。
随后，为探索GCGR mAb介导β细胞再生的作用机制，研究人员从GCGR mAb或IgG对照治疗的小鼠中收集血浆，建立小鼠细胞系/原代小鼠胰岛的血浆条件培养体系。结果显示，β细胞经GCGR mAb治疗小鼠的血浆孵育后，编码胰岛素1（insulin 1）的Ins1、编码胰岛素2（insulin 2）的Ins2、编码激素原转化酶1/3（prohormone convertase 1/3）的Pcsk1、编码胰腺-十二指肠同源盒因子1（pancreatic and duodenal homeobox 1）的Pdx1等基因的表达上调。
因肝脏GCGR表达丰度最高，且肝脏–α细胞轴在GCGR mAb诱导的α 细胞增生中起关键作用。研究人员推测肝脏释放的因子也可能参与β细胞再生的调控。因此，他们从GCGR mAb或IgG对照治疗的小鼠中分离出原代肝细胞，建立小鼠细胞系/原代小鼠胰岛与原代肝细胞共培养体系。结果显示，β细胞与GCGR mAb治疗小鼠分离的原代肝细胞共培养后，细胞表型特征的关键基因（Ins1、Ins2、Pcsk1及Pdx1）的表达水平上调。上述结果提示，GCGR mAb治疗小鼠的血浆或原代肝细胞中存在调控离体细胞表型特征的调节因子。
接下来，为明确GCGR mAb调控作用的具体介导因子，研究人员采用固相抗体芯片技术对血浆细胞因子谱进行分析，结合肝脏mRNA测序数据进行比对，并通过ELISA、western blot及实时定量RT-PCR进行验证，发现GCGR阻滞能显著上调肝脏和血浆成纤维细胞生长因子21（FGF21）水平，初步确定FGF21是潜在的介导因子。继而，在上述血浆条件培养体系和共培养体系中添加FGF21特异性中和抗体阻滞FGF21活性，研究人员发现GCGR mAb对离体细胞表型特征关键基因（Ins1、Ins2、Pcsk1和Pdx1）的上调作用随着FGF21阻滞而被削弱，提示肝脏来源的FGF21参与GCGR mAb对体外β细胞表型特征的调节。
胰腺细胞胰高糖素–肝脏FGF21轴在细胞再生中发挥调控作用模式图
最后，为进一步明确FGF21在体内介导GCGR mAb调控胰岛β细胞再生的作用，研究人员利用FGF21特异性中和抗体、全身性Fgf21敲除、肝细胞特异性Fgf21敲除等阻滞实验，并给予糖尿病模型小鼠GCGR mAb或IgG对照治疗，评估其代谢变化、胰岛形态学及其细胞类型的动态变化。结果显示，无论是全身性或肝细胞特异性FGF21阻滞，都可削弱GCGR mAb上调血浆胰岛素水平、增加胰岛数量和β细胞数量的作用，提示肝脏来源的FGF21介导GCGR 阻滞所致的2型糖尿病小鼠细胞再生。
综上所述，该研究主要发现GCGR阻滞增加2型糖尿病小鼠肝脏FGF21产生，肝脏来源的FGF21介导GCGR阻滞所致的β细胞再生，揭示了GCGR阻滞改善糖尿病控制和促进细胞再生的新机制，阐明了细胞胰高糖素–肝脏FGF21轴在2型糖尿病小鼠细胞再生中发挥重要调控作用，为肝脏–胰腺间器官对话提供新依据，为进一步研发促进细胞再生的治疗策略提供新视角。
原文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s00125-022-05822-2
参考文献：
1、 Campbell JE, Drucker DJ (2015) Islet alpha cells and glucagon-critical regulators of energy homeostasis. Nat Rev Endocrinol 11(6): 329-338.https://doi.org/10.1038/nrendo.2015.51
2、 D'Alessio D (2011) The role of dysregulated glucagon secretion in type 2 diabetes. Diabetes Obes Metab 13: 126-132.https://doi.org/10.1111/j.1463-1326.2011.01449.x
3、 Wei R, Gu L, Yang J, et al. (2019) Antagonistic glucagon receptor antibody promotes alpha-cell proliferation and increases beta-cell mass in diabetic mice. iScience 16: 326-339.https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.05.030
4、 Wang MY, Dean ED, Quittner-Strom E, et al. (2021) Glucagon blockade restores functional beta-cell mass in type 1 diabetic mice and enhances function of human islets. Proc Natl Acad Sci U S A 118(9): e2022142118.https://doi.org/10.1073/pnas.2022142118
5、Cui X, Feng J, Wei T, et al. (2022) Pro-α-cell-derived β-cells contribute to β-cell neogenesis induced by antagonistic glucagon receptor antibody in type 2 diabetic mice. iScience 25(7): 104567.https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104567