胰島細胞

一、B細胞(β細胞)，約佔胰島細胞的60%～80%，分泌胰島素，胰島素可以降低血糖。缺乏胰島B細胞將導致糖尿病的發生。

二、A細胞(α細胞)，約佔胰島細胞的24%～40%，分泌胰高血糖素，胰高血糖素作用同胰島素相反，可增高血糖。

三、D細胞(δ細胞-)，約佔胰島細胞總數的6%～15%，分泌生長抑素。

四、胰島PP細胞，約佔胰島細胞的1%，分泌胰多肽。

胰腺既是內分泌腺又是外分泌腺，它位於胃的後面。胰腺含有多組特異性的細胞，我們稱之為朗格漢斯島（胰島）。這些細胞構成了胰腺的內分泌部分（無導管），其功能與外分泌腺部分（有導管）截然不同，後者在消化過程中向小腸內分泌消化酶。胰腺作為內分泌腺發揮作用時直接向血流中分泌激素，其中最重要的激素是胰島素和胰高血糖素。

• 胰島素作為特定物質如葡萄糖的轉運機制，形成細胞膜上的載體，使葡萄糖能夠穿過細胞膜。胰島素促進糖原的合成，即胰島素促進血糖中的葡萄糖合成為肝糖原和肌糖原，後者繼而儲存在肝臟和肌肉中以供將來需要時使用。

• 胰島素通過增加葡萄糖向細胞內的轉運來增加碳水化合物的代謝並降低血糖的代謝（降低血糖的效應）。

• 胰島素通過促進氨基酸向細胞內的轉運，增加了蛋白質的合成。

• 當血糖水平高時，胰島素能夠防止糖原異生作用（多種非糖類物質轉變為糖）。

當血糖濃度過高時，葡萄糖轉移進入肝臟的各個細胞。這刺激了胰島素的釋放，其作用是阻止糖原向葡萄糖的轉化並隨後被釋放到血流中。這一過程的直接結果就是血糖下降到正常水平。當胰島細胞不能產生胰島素時，葡萄糖就無法進入細胞內，這樣，它會蓄積在血液中並隨尿液排出。這種情況導致的疾病被稱為糖尿病。與此相反，胰島素的過度分泌導致低血糖症。

胰島細胞治療1型糖尿病

近日，一項刊登在國際雜誌PNAS上的研究報告中，來自多倫多大學生物材料和生物醫學工程學院的研究人員通過研究發現，我們機體皮下的空間或許是治療1型糖尿病的最佳位置；研究者指出，將健康的胰腺細胞移植到皮下就能夠產生幫助調節機體血糖的胰島素，而且皮膚通常具有易於獲取等諸多優勢，相比其它移植位點而言，其危險性也相對較小。

在1型糖尿病患者體內，位於胰島中製造胰島素的β細胞通常會被損傷，而移植健康的胰島素β細胞則能夠恢復機體產胰島素的功能，但通常很難將β細胞放在合適的位置上。研究者Alexander Vlahos說道，胰島往往廣泛分佈於胰腺胰腺之間，而胰腺細胞能夠分泌消化酶類，這就使得研究人員運輸胰島到胰腺中變得非常棘手，我們很有可能會把胰島運送到分泌多種酶類的胰腺區域中。

諸如腹腔和肝臟等其它位點或許也並不是非常理想，這些器官往往具有“敵意”，其會損傷新生的細胞導致細胞功能喪失。皮膚中易於獲取的位點往往會使得胰島移植變得可行，尤其是當患者對供體細胞反應呈現消極狀態時，皮膚下具有較大的空間往往使其可以支持多個胰島組織，而且操作起來也比較方便。研究人員之所以在皮膚下移植胰島細胞，因為當前方法將胰島細胞移植到肝臟中常常需要很多供體細胞。

Vlahos表示，當進行肝臟注射后，我們需要超量加入胰島細胞，因為在48小時內我們會失去60%的移植細胞，而且胰島的數量需要2-3個供體來提供；這項研究中，當研究人員將健康的胰腺胰島置於皮膚下時他們發現，患者在21天內機體正常的血糖水平得到了恢復，同時還能夠產生新生血管，當移除所移植的胰島組織后，患者機體的血糖水平回復至了糖尿病狀態時的水平。

然而，本文僅僅是開始階段，胰島在胰腺中約佔1%的比例，但其卻需要來自器官15%至20%的血流量，目前研究人員需要確保所移植的胰島有足夠的血液供應來不斷生長；下一步研究人員將會通過更為深入的研究設計新型的血管網路，將更少量的胰島移植到已經形成血管網路的組織中；完全血管化的環境將能夠促進更多胰島細胞生長和發揮功能，從而降低每位患者所需要的供體的數量。

胰島細胞抗衰老的新機制

美國薩科生物研究院（Salk Institute）的研究人員近日發現了促進胰島細胞存活的關鍵胞內信號轉導通路，通過激活這條通路可以調節人體內胰島素的分泌水平，為研發新的糖尿病治療方案提供線索。研究結果發表在2011年9月26日的《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）上。

糖尿病是一種血液中的葡萄糖水平過高所導致的疾病，其發病與包括遺傳、肥胖、年齡增長和缺乏運動等諸多因素有關。胰島素是由胰島β細胞所分泌的降血糖激素，隨著年齡的增長，胰島β細胞的功能也日漸衰退，到了一定的時候，即使沒有爆發糖尿病，胞內控制細胞生長的遺傳開關（genetic switches）也不能像年輕時那樣有效地感受外界信號、執行分泌胰島素分泌的功能了。天然Exendin-4是從美洲大毒蜥唾液中提取的一種多肽激素，與人類胰高血糖素樣肽1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）有很高的同源性。GLP-1是源於胰高血糖素原的多肽類激素，對胰島素的分泌有促進作用，參與機體內的血糖調節。與GLP-1類似，Exendin-4也可調節血糖濃度，但GLP-1在血漿中的半衰期很短，僅有2 min，而Exendin-4半衰期卻長達9.57 h，因此在糖尿病治療方面具有廣闊的前景。藥物Byetta是一種模擬Exendin-4的人工合成激素，其表現出來的許多效應也與GLP-1類似，可改善人體血糖水平。美國食品與藥品管理局（FDA）在2005年已批准該藥用於糖尿病的治療。薩科研究院克萊頓基金多肽生物學實驗室Marc Montminy教授領導的研究小組此次深入探索GLP-1促進胰島素分泌的機制，以期研發出更多更為有效的糖尿病治療藥物。在過去的工作中，研究人員已經觀察到當GLP-1與胰島細胞表面受體結合時，胰島細胞內轉錄因子CREB首先被激活，繼而啟動下游基因的表達。

在此項研究中，研究人員進一步發現，CREB會活化負責能量感應的mTOR分子，激活的mTOR再將信號轉導給HIF，HIF可以使胰島細胞內的基因組重編程，提高促進細胞生長和分裂相關的基因表達水平，從而使胰島細胞克服外界環境改變，如年齡增長，所引起的氧化應激反應。儘管mTOR和HIF在許多研究中被證實與癌症的發病相關，但是，在胰島細胞中，這兩個分子確實是胰島細胞存活並正常行使功能的關鍵。

Marc Montminy表示，胰島細胞特異性的mTOR或HIF分子激動劑不僅有望增加胰島素的分泌量，更可能促進新胰島細胞的生成。該機制的發現同樣揭示了為何許多接受器官或骨髓移植的病人容易罹患糖尿病。因為這些患者多會服用雷帕黴素來抑制移植后的排斥反應，但這種藥物同時會抑制mTOR的活性從而誘發糖尿病。

膠囊化胰島細胞

從上世紀80年代開始，注射基因工程細菌合成的胰島素逐漸成為糖尿病治療的標準治療方法。這種方法雖然有效，但是需要病人付出更多努力，同時還會造成血糖波動。

Anderson以及他的同事幾年之前就開始研發將膠囊化胰島細胞移植變成一種切實可行的糖尿病治療策略的方法。他們在開始的時候使用了褐藻膠（來自於褐藻的一種材料）的化學衍生物，利用化學衍生物製成膠用來包裹細胞不會對細胞造成損傷，同時糖和蛋白等分子也可以出入，保證包裹的細胞能夠感知並應答生物信號。

但是之前有研究表明將褐藻膠膠囊植入靈長類動物和人類體內，最終會在膠囊周圍形成疤痕組織使其失效。於是研究人員決定對褐藻膠進行修飾降低免疫系統產生的應答。

隨後他們在褐藻膠的聚合物鏈上連接了各種小分子製成不同衍生物，希望這些小分子修飾能夠讓褐藻膠不被免疫系統識別。

研究人員構建了一個包含大約800個褐藻膠衍生物的化合物庫，利用這一化合物庫他們在小鼠和非人靈長類動物體內進行了幾輪篩選檢測。其中效果最好的是一個叫做TMTD的衍生物，研究人員決定在糖尿病模型小鼠上進行進一步研究。他們選擇了一個免疫系統活性很強的小鼠品系，將TMTD包裹的人類胰島細胞移植到小鼠的腹腔內。移植之後，細胞會立即產生胰島素應答血糖變化，研究結果顯示膠囊化胰島細胞對血糖的有效控制可以達到174天。

Omid Veiseh表示，這項研究最令人稱讚的部分在於即使是在免疫活性很強的小鼠體內，膠囊化胰島細胞也可以存活很長時間。這些細胞能夠感知血糖變化並以一種可控方式分泌胰島素，減少了小鼠對注射胰島素的需要。

研究人員還發現，他們將直徑1.5毫米的膠囊（不包含胰島細胞）植入非人靈長類動物的腹腔，至少六個月內不會形成疤痕組織。

研究人員目前正在計劃進一步在非人靈長類動物身上對這種新材料進行檢測，希望最終可以在糖尿病病人身上進行臨床試驗。如果能夠取得成功，這種方法或將為病人帶來長期的血糖控制能力。

研究人員表示，他們的目標是讓病人脫離胰島素注射的痛苦，並且這種方法將比其他任何技術都先進，移植細胞將會在血糖水平檢測和胰島素釋放方面比其他技術做得更好。

他們現在正在研究這種新材料為何會有這種良好效果。他們發現最好的生物材料一般都會包含三唑基團——一種包含兩個碳原子和三個氮原子的環狀結構。研究人員認為這類分子可能會幹擾免疫系統的識別能力，導致免疫系統不會將攜帶該基團的化合物識別為外來物質，抑制了免疫應答的產生。