抑制Notch活性促进急性胰腺炎后胰腺细胞角蛋白5阳性细胞向β细胞分化并改善葡萄糖稳态

Inhibition of Notch activity promotes pancreatic cytokeratin 5-positive cell differentiation to beta cells and improves glucose homeostasis following acute pancreatitis.

作者信息Xiaoyi Zhang, Jing Tao, Jia Yu, Ning Hu, Xuanzhe Zhang, Guirong Wang, Jiarui Feng, Xingcheng Xiong, Man Li, Dongqi Chai, Hanjun Li, Yuping Rong, Zhigang Tang, Weixing Wang, Zhiyong Peng, Qiao Shi
PMID34556631
发布时间2021-09-23
DOI10.1038/s41419-021-04160-2

实验完整度

研究包含人类ANP标本、小鼠AP模型、原代细胞培养等多层次证据,并进行了体内外功能验证和机制探讨。

主要模型

FVB/N小鼠急性胰腺炎模型 ANP患者胰腺组织 原代Krt5+细胞

重点核对

AP模型:雨蛙素100 μg/kg腹腔注射,每小时一次,连续4天 Notch抑制:DAPT 50 mg/kg腹腔注射,从AP后第1天起连续7天 IPGTT:禁食16小时后腹腔注射2 g/kg葡萄糖,检测0至120分钟血糖 Krt5+细胞分化检测:Krt5和胰岛素双重免疫荧光染色 小胰岛计数:单个β细胞或≤5个β细胞簇计为新胰岛

摘要

有些个体在急性胰腺炎(AP)后出现糖尿病前期和/或糖尿病。AP诱导的β细胞损伤和β细胞有限的再生能力可能解释胰腺内分泌功能不全。此前,我们发现在小鼠AP模型中,仅有少量胰腺细胞角蛋白5阳性(Krt5+)细胞分化为β细胞,不足以维持葡萄糖稳态。Notch信号决定胰腺发育中的胰腺祖细胞分化。本研究旨在探讨抑制Notch信号能否促进胰腺Krt5+细胞向β细胞分化并改善AP后的葡萄糖稳态。采用急性坏死性胰腺炎(ANP)患者的胰腺组织评估β细胞损伤、Krt5+细胞活化和分化以及Notch活性。通过雨蛙素诱导小鼠AP模型,并在体内和体外评估Notch抑制对Krt5+细胞分化的影响。结果显示,ANP患者和AP小鼠出现β细胞丢失。ANP胰腺中Krt5+细胞被激活,同时Notch活性持续升高,导致形成大量导管样结构。接受Notch抑制剂的AP小鼠在AP后7天和15天,受损的葡萄糖耐量得到逆转,并且由于Krt5+细胞向β细胞分化增加,新生小胰岛数量在一定程度上增加。此外,从AP小鼠中分离的Krt5+细胞在Notch抑制下表现出向β细胞分化增加。总之,这些发现提示β细胞丢失导致AP后胰腺内分泌功能不全,抑制Notch活性促进胰腺Krt5+细胞向β细胞分化并改善葡萄糖稳态。本研究结果可能为AP后糖尿病前期/糖尿病的潜在治疗提供启示。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Notch信号抑制能否促进AP后胰腺Krt5+细胞向β细胞分化并改善葡萄糖稳态?
核心机制
AP后胰腺中Notch活性持续升高,维持Krt5+细胞的祖细胞状态并阻碍其向β细胞分化;抑制Notch信号可解除这一阻碍,促进Krt5+细胞向功能性β细胞分化,从而改善葡萄糖耐量。
主要证据
人类ANP标本和小鼠AP模型显示β细胞丢失和Krt5+细胞活化,伴随Notch活性升高;DAPT处理显著增加小胰岛数量,改善IPGTT结果,并在体外促进Krt5+细胞向胰岛素+细胞分化。
研究意义
研究为AP后糖尿病前期/糖尿病的治疗提供了新策略,即通过抑制Notch活性促进内源性Krt5+细胞向β细胞分化。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

人类ANP样本分析

评估ANP患者胰腺中β细胞损伤、Krt5+细胞活化和Notch活性。

收集ANP患者手术切除的胰腺组织,通过H&E、免疫荧光、Western blot、TUNEL和电镜检测β细胞丢失、Krt5+细胞分布和Notch通路蛋白表达。

2

小鼠AP模型建立及表型分析

建立小鼠AP模型,观察β细胞损伤和Krt5+细胞激活。

通过雨蛙素腹腔注射诱导AP,在1、3、7、15天收集胰腺,进行H&E、免疫荧光、TUNEL和Western blot检测。

3

Notch抑制对AP小鼠葡萄糖稳态的影响

检测Notch抑制剂DAPT是否能改善AP小鼠的葡萄糖耐量。

AP模型建立后给予DAPT处理,在AP后7天和15天进行IPGTT,检测血糖水平。

4

Notch抑制对Krt5+细胞分化的影响(体内)

验证DAPT处理是否增加Krt5+细胞向β细胞分化。

通过免疫荧光双重标记Krt5和胰岛素,检测双阳性细胞数,并计数新生小胰岛。

5

Notch抑制对Krt5+细胞分化的影响(体外)

在体外验证抑制Notch信号能否促进Krt5+细胞向β细胞分化。

从AP小鼠胰腺中分离原代细胞,用DAPT处理,检测Krt5和胰岛素双阳性细胞比例、胰岛素+细胞比例及胰岛素含量。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
雨蛙素Sigma-Aldrich--
DAPTSelleck--
血糖仪(Onetouch UltraVue)Johnson & Johnson--
胶原酶XISigma-Aldrich--
KnockOut血清替代物Gibco10828-028
DAPI封片剂Abcamab104139
抗胰岛素抗体Santa Cruz BiotechnologySc-7838
抗细胞角蛋白5抗体AbcamAb53121
抗Hes1抗体AbcamAb71559
抗Glut2抗体Absinabs119876
抗胰高血糖素抗体Proteintech15954-1-AP
抗生长抑素抗体Proteintech17512-1-AP
驴抗兔IgG H&L(Alexa Fluor 488)AbcamAb150073
驴抗山羊IgG(H+L)Alexa Fluor 594Thermo Fisher ScientificA-11058
Click-iT Plus TUNEL检测试剂盒InvitrogenC10618
免疫组织化学试剂盒ZSGB-BioPV-9001
DAB底物ZSGB-BioZLI-9017
AEC底物ZSGB-BioZLI-9036
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
蛋白酶抑制剂Roche04693132001
磷酸酶抑制剂Roche0490684500
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Scientific23227
脱脂奶粉ServicebioG5002
抗裂解caspase-3抗体Cell Signaling Technology9661T
抗GAPDH抗体AbsinAbs132004
HRP标记的山羊抗兔IgGServicebioGB23303
超敏ECL化学发光试剂盒BeyotimeP0018FS
Quantity One软件Bio-Rad Laboratoriesv4.6.2
小鼠胰岛素ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M2614c

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系(FVB/N)、性别、年龄、体重;雨蛙素剂量(100 μg/kg)、注射频率(每小时一次,连续4天)、给药途径(腹腔注射);对照处理(生理盐水)
阅读提示:Materials and methods: Animal experiments
Notch抑制
DAPT剂量(50 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(AP后第1天起连续7天)、溶媒(玉米油含4% DMSO)
阅读提示:Materials and methods: Animal experiments
IPGTT
禁食时长(16小时)、葡萄糖剂量(2 g/kg)、给药途径(腹腔注射)、采血时间点(0、15、30、60、90、120分钟)
阅读提示:Materials and methods: Fasting glucose (FG) and intraperitoneal glucose tolerance test (IPGTT)
原代细胞分离
组织消化酶(胶原酶XI浓度1.25 mg/ml)、消化时间(15分钟)、终止液(CaCl2 1 mM)、过滤孔径(70 μm)、培养基(RPMI 1640)、血清替代物(KnockOut SR 12%)、双抗浓度、L-谷氨酰胺浓度
阅读提示:Materials and methods: Primary cell culture
体外分化实验
DAPT浓度(20、40、100 μM)、处理时间(72小时)、检测指标(Krt5/胰岛素双阳性细胞比例、胰岛素+细胞比例、胰岛素含量)
阅读提示:Materials and methods: Primary cell culture, Measurement of insulin content
组织学分析
组织固定、切片厚度(4 μm)、抗原修复方法(Tris-EDTA pH9.0或柠檬酸缓冲液pH6.0)、抗体稀释比例及来源
阅读提示:Materials and methods: Immunofluorescence, Immunohistochemistry