糖尿病生物机制研究论文

以间充质干细胞 (MSC) 为基础的治疗糖尿病相关代谢紊乱的方法受到细胞存活不足和高葡萄糖应激下治疗效果有限的阻碍。 2021年7月2日，清华大学杜亚楠团队在 Science Advances  在线发表题为“ Exendin-4 gene modification and microscaffold encapsulation promote self-persistence and antidiabetic activity of MSCs ”的研究论文，该研究 使用 Exendin-4（MSC-Ex-4）（一种胰高血糖素样肽 1（GLP-1）类似物）对 MSC 进行基因工程改造，并证明了它们在 2 型糖尿病 (T2DM) 小鼠模型中增强的细胞功能和抗糖尿病功效。 从机制上讲，MSC-Ex-4 通过 GLP-1R 介导的 AMPK 信号通路的自分泌激活实现了自我增强并提高了在高葡萄糖应激下的存活率。同时，MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 通过内分泌作用抑制胰腺 β 细胞的衰老和凋亡，而 MSC-Ex-4 分泌的生物活性因子（例如，IGFBP2 和 APOM）则通过旁分泌增强胰岛素敏感性并通过 PI3K-Akt 激活减少肝细胞中的脂质积累。此外，该研究将 MSC-Ex-4 封装在 3D 明胶微支架中用于单剂量给药，以将治疗效果延长 3 个月。总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 迄今为止，全世界有超过 亿人患有糖尿病，预计到 2045 年这一数字将达到 7 亿。 2 型糖尿病 (T2DM) 约占糖尿病病例的 90%，其特征是胰岛素抵抗和高血糖，这是由肥胖、缺乏运动、不健康饮食和遗传引起的。当肝脏、肌肉和脂肪组织中的细胞对胰岛素无反应并导致葡萄糖摄取失败时，就会发生胰岛素抵抗。胰腺 β 细胞将通过增加胰岛素产生来补偿胰岛素抵抗，最终导致 β 细胞衰竭和不可逆的高血糖。因此， 长期暴露于慢性高血糖会抑制增殖并诱导 β 细胞凋亡，从而导致 β 细胞量减少和 β 细胞功能障碍。 此外， T2DM 与肝功能障碍密切相关，超过 90% 的 T2DM 肥胖患者患有代谢相关性脂肪肝 (MAFLD) 。 肝细胞通过将营养物质以糖原和甘油三酯 (TG) 的形式储存起来，在葡萄糖和脂质稳态中发挥着重要作用。在肝脏胰岛素抵抗状态下，胰岛素不能抑制糖异生，但会加速肝细胞中的脂肪酸合成，从而增加肝脏葡萄糖的产生和 TG 的积累。尽管存在 β 细胞和肝细胞功能障碍，但高血糖和高甘油三酯血症会加剧肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗状态，同时引起其他器官和组织的功能障碍。因此， T2DM 与多种并发症密不可分，包括冠心病、中风和视网膜病变。 除了改变生活方式外，还需应用降糖药物以更好地维持 T2DM 患者的正常血糖水平 。胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 是一种肠促胰岛素激素，通过与 GLP-1 受体 (GLP-1R) 相互作用来增加胰岛素和抑制胰高血糖素分泌，从而帮助控制血糖波动。然而，GLP-1 因其半衰期短而很少用于 T2DM 治疗，它会在几分钟内被二肽基肽酶-4 迅速降解。第一个获批用于 T2DM 治疗的 GLP-1R 激动剂 Exendin-4 是一种 39 个氨基酸的肽，是一种 GLP-1 类似物，半衰期较长，为 小时。它通过抑制细胞凋亡和促进细胞增殖来增强 β 细胞质量，从而增加胰岛素分泌量。此外，已证明 Exendin-4 是一种有效的候选药物，可减轻体重，改善糖尿病和 MAFLD。尽管 Exendin-4 在调节血糖和胰岛素反应方面有所改善，但由于肾脏消除，其血浆半衰期仍然有限。 因此，需要每天给药两次，这会导致血浆浓度的意外波动和 GLP-1R 的间歇性激活。  尽管上述降糖药物治疗带来了益处，但仍有部分患者无法恢复正常血糖或出现低血糖、腹泻、恶心、呕吐等多种副作用。 近年来，基于细胞的疗法已成为对抗包括 T2DM 在内的多种难治性疾病的替代方法。特别是，间充质干/基质细胞 (MSCs) 在一些临床前和临床尝试中已证明其对改善由 T2DM 引起的高血糖、胰岛素抵抗和全身炎症的治疗作用，从而为治疗 T2DM 提供了一种新方案。同时，技术进步仍然迫切需要将基于 MSC 的疗法成功转化为 T2DM 的临床治疗。 要克服的主要障碍之一是体内给药后 MSC 的增殖和存活率降低 。 因此，已 经研究了多种策略，例如生物材料封装、基因工程和 MSC 预处理 ，以提高存活率、延迟清除动力学和维持体内 MSC 分泌因子。 此外，优化 MSCs 的给药途径至关重要，因为静脉内给药的 MSCs 主要滞留在肺部和随后的组织中，导致治疗效果减弱。此外，对 MSCs 在 T2DM 中的治疗机制的全面了解仍然难以捉摸。MSCs 被证明可以促进内源性胰岛素的产生并刺激 β 细胞的增殖。此外， MSC 以其调节免疫反应的能力而闻名，这对于改善由 T2DM 引起的全身炎症至关重要 。 鉴于 Exendin-4 和 MSCs 在治疗 T2DM 方面的上述缺陷， 研究人员已经探索了如何协同 Exendin-4 和 MSCs 的治疗益处。 MSC 也已用 GLP-1 进行基因修饰，在 T2DM 治疗中显示出优于野生型 MSC 的治疗功效。然而，应该强调的是，这些组合疗法继承了许多缺陷。例如，当与 MSC 一起给药时，单剂量游离 Exendin-4 的治疗效果和持续时间是有限的。此外， 考虑到 GLP-1 的半衰期只有 2 分钟，而且治疗 T2DM 需要高有效剂量，预计 GLP-1 修饰的 MSCs 很难显著提高 MSCs 的治疗效果。 在这里，在发现人MSCs表达GLP-1R的基础上，该研究通过慢病毒转导系统构建了Exendin-4基因工程MSCs（MSC-Ex-4）来验证MSC-Ex- 4 分泌的Exendin-4可以通过 GLP-1R 介导的自分泌激活 AMPK 信号通路，从而通过延长其在高糖应激下的存活时间和增强抗糖尿病功效来潜在地促进自我持久性。该研究还探索了有关 MSC-Ex-4 保护胰腺 β 细胞的内分泌作用和 MSC-Ex-4 改善肝细胞功能的旁分泌作用的潜在机制。除了 MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 外，推测 MSC-Ex-4 的其他分泌组可以减少细胞衰老和凋亡，同时促进胰腺 β 细胞的增殖，以及提高胰岛素敏感性和减少脂质积累。最后，该研究系统地提供了 多剂量的游离 MSC-Ex-4，并用可注射的三维 (3D) 明胶微支架 (GMs) 作为细胞封装和递送载体来辅助 MSC-Ex-4，以实现长效治疗效果单剂量局部给药。  总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 WOSCI沃斯编辑，耶鲁大学博士团队匠心打造，专注最新科学动态并提供各类科研学术指导，包括：前沿科学新闻、出版信息、期刊解析、SCI论文写作技巧、学术讲座、SCI论文润色等。

文章信息： 标题： A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes 中文：2型糖尿病肠道微生物群的宏基因组关联研究 杂志：Nature 时间：2012 单位：深圳华大生命科学研究院

摘要： 肠道菌群的评估和表征已经成为人类疾病的一个主要研究领域，包括2型糖尿病，这是世界上最流行的内分泌疾病。为了分析2型糖尿病患者的肠道微生物含量，我们开发了一项宏基因组全关联研究(MGWAS)方案，并基于345名中国人的肠道微生物DNA的深度散弹枪测序进行了两阶段的MGWAS。我们鉴定和验证了大约60,000种2型糖尿病相关的标记物，并建立了宏基因组连锁群（MLG）的概念，使分类物种水平的分析成为可能。MGWAS分析表明,2型糖尿病患者具有中等程度的肠道微生物生态失调,减少大量的一些通用butyrate-producing细菌和增加各种机会致病菌,以及其他微生物的富集功能赋予硫酸盐还原和氧化应激抵抗。一项对另外23个个体的分析表明，这些肠道微生物标志物可能有助于2型糖尿病的分类。

1 肠道微生物T2D有关标记

2 TCD CON有关MLG与已知细菌分类型

3 T2D病人肠道微生物物种类型、功能特征

4 T2D病人肠道微生物变现出一定的菌群紊乱

更多： 华大基因主导完成肠道微生物与Ⅱ型糖尿病的宏基因组关联分析

*为通讯作者李瑞峰，郭成浩，陈融，李莉，孔乐凯，王建丽，胡维诚.链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠外周血白细胞的iNOS-mRNA表达的变化.中国病理生理杂志, 2001；17（12）：1240-1242李瑞峰，郭成浩，魏树珍，陈福琴，陈融，李莉，刘玉梅，胡维诚. 高果糖诱导的胰胰岛素抵抗大鼠外周血白细胞iNOSmRNA与ecNOSmRNA表达的变化. 中国病理生理杂志, 2002；18（11）：1404-1406陈福琴，邵倩，*李瑞峰，陈融，李莉. 外周血白细胞两种类型一氧化氮合酶mRNA表达与糖尿病的关系. 中华内分泌代谢杂志, 2003；19（4）：299-300宋春红， *李瑞峰. 一氧化氮在2型糖尿病发病机制中的作用. 中华内分泌代谢杂志, 2005；21（1）：89-90陈融，李莉，任冬梅，王婧婧，邴鲁军，*李瑞峰? 蚤休总皂甙与半边莲生物碱对内皮素及内皮型一氧化氮合酶表达的对比研究. 山东大学学报, 2005; 43(1): 41-47李文通，王家耀，刘兆华，郭成浩，*李瑞峰 ?阿司匹林对STZ糖尿病大鼠外周血白细胞iNOSmRNA和胰岛细胞iNOS表达的影响. 山东大学学报, 2005; 43(10): 928-930王佳妮、曲思风、李岩、刘胜厚、王玉婷、夏莹、*李瑞峰. 从非经络角度研究针灸治疗糖尿病的机制及临床意义. 护理学杂志, 2005；20（11）3-5李瑞峰、闫晓梅、刘玉梅、李爱玲、孔乐凯、杜艳芝、胡维诚. 高脂饮食与大鼠在体动脉内皮素合成关系的研究. 山东医科大学学报,? 1999；37（1）：24-26李瑞峰、温海涛、李莉、陈融、任冬梅、郭成浩、闫晓梅、胡维诚. 半边莲不同组分对动脉内皮细胞内皮素及内皮源型一氧化氮合酶代谢影响. 中国动脉硬化杂志, 2002; 10(1): 19-22李瑞峰、魏树珍、陈融、郭成浩、陈福琴、李莉、邴鲁军. 一种外周血白细胞原位杂交实验新技术. 山东大学学报, 2002; 40(3): 277-278李瑞峰、魏树珍、李莉、邴鲁军、陈融、郭成浩.Wistar大鼠2型糖尿病模型的建立. 山东大学学报, 2002; 40(4): 331-332王佳妮、刘谦、*李瑞峰. 阿司匹林抵抗研究进展. 中国老年学杂志, 2004; 24(11): 1090-1091 申景平、李瑞峰、雷立权、高广道. 心肌梗死大鼠心肌成纤维细胞对血管紧张素Ⅱ的反应性. 中国动脉硬化杂志, 2002; 10(2): 115-117李晓、李瑞峰、丁书文、李莉、姜萍、陈融. 心和颗粒剂对高脂饮食大鼠血管内皮损伤及内皮表达内皮素、粘附分子的影响. 中国中西医结合杂志, 2001; 21(8): 602-604申景平、李瑞峰、雷立权、高广道、李炯、卢兴. 洛沙坦对大鼠心肌梗死时心肌细胞的作用. 基础医学与临床, 2000; 20(4): 42-44张晓玲、薛冰、李莉、陈融、任冬梅、*李瑞峰、胡维诚. 半边莲生物碱抑制肾性高血压大鼠内皮素1mRNA和蛋白表达. 中国动脉硬化杂志, 2007; 15(1):11-14申景平雷立权高广道李瑞峰李炯.张庆殷血管紧张素Ⅱ对心肌梗塞大鼠成纤维细胞的核酸、胶原合成影响的研究. 中国病理生理杂志, 1999; 15（1）：5-7