文摘

内分泌胰腺胰岛集体形式,不负责胰岛素分泌的器官在哺乳动物中,并扮演着重要角色的控制循环葡萄糖和新陈代谢。这些小岛的正常功能意味着协调不同类型的内分泌细胞,明显产生胰岛素的β细胞。考虑到一个适当的分泌这种激素生物是至关重要的,许多机制在进化过程中被选择,目前集中协调β细胞功能。其中,几种机制取决于不同家庭的完整的膜蛋白,确保直接(钙粘蛋白,N-CAM occludin, claudins)和旁分泌β细胞之间的通讯(pannexins),和其他在这些细胞和胰岛细胞类型。同时,其他蛋白质(整合)提供交流不同的胰岛细胞类型的材料,形成胰岛基底薄片和细胞外基质。在这里,我们审查关于这些蛋白质和胰腺的信号β肽,特别强调Cx36提供的信号,考虑到这是膜蛋白参与细胞间通讯的积分,到目前为止主要调查了对β细胞功能的影响。

1。介绍

在脊椎动物中,胰腺β细胞胰岛素激素的唯一来源是(1]。的调制的胰岛素分泌功能改变代谢需求和环境条件,特别是循环血糖的水平,不能定量地完成由单一β细胞。事实上,一个细胞的胰岛素总量(~ 10 pg)将不允许建立和维护基础循环激素水平在人类(~ 1.25 mg / L)。假设所有的百万胰岛β细胞被认为是分散在一个人类胰腺导致这些水平,这意味着约125个细胞应该同时在每个胰岛分泌。餐后,这个数字应该增加5到6倍迅速建立餐后胰岛素的水平,维护normoglycemia所需,并严格监管,确保边缘振荡的循环激素水平,防止目标组织建立抗激素(2- - - - - -4]。最终,机制(s)控制这些激增和同步振荡还应该能够关掉分泌细胞,以避免危险的低血糖,一旦胰岛素启动了其合成代谢的影响。因此,胰岛素分泌是一个多细胞的过程,这意味着许多胰腺胰岛的协调功能,和许多β细胞内这些内分泌胰腺的功能单元。

随着进化,许多机制确保这一协调,确保一个适当的胰岛素的分泌5- - - - - -9]。这些机制包括几种形式的间接细胞间通讯、细胞外信号分子,同时使用多个单元,包括那些由短期和长期行为的多种神经递质和激素,以及影响β细胞的机制由几个其他监管离子和低分子量的第二信使,purinergic信号,和短暂的气体。鉴于小岛彼此分离的外分泌腺泡,以及胰腺的结缔组织和血管组织,这套机制,特别是由神经递质,不信是可有可无的islet-to-islet同步。这套机制也控制在每个胰岛β细胞的功能,确保微调速度,振幅,韵律性、减少,和持续时间的胰岛素释放。这是由实验表明这些参数的扰动在体外条件下,改变,如果他们不能废除,细胞间流量的信号分子,因此,间接的间接机制细胞间的沟通。监管分子可能在每个胰岛产生,因为孤立的胰岛保留在体外接近正常调节胰岛素分泌能力和生物合成葡萄糖。

然而,值得注意的是,相同的在体外条件不废除胰腺β细胞的主要生理功能,没有其他脊椎动物细胞中观察到,也就是说,他们的能力exquisitively分钟循环葡萄糖水平的变化,并相应调节胰岛素分泌水平。相比之下,这个特异性功能正在迅速失去了一次β细胞松散的联系本地建立彼此,和其他类型的内分泌细胞,胰岛细胞。部分复苏以来,这个损失是敏锐地观察到细胞后reaggregation [5- - - - - -9),至少部分的表面蛋白,成为功能激活β细胞接触后出现的适当的胰岛素分泌。

像所有其他类型的上皮细胞,β细胞密切遵守他们的邻居由多种细胞表面蛋白(5- - - - - -9),其中许多是多基因家族的成员。这些蛋白质选择性限制域内交互细胞膜形成细胞间连接,或形式渠道渗透各种离子,代谢物,第二信使。有些连接建立胶相邻细胞之间的联系,确保结构胰岛的凝聚力,并有助于功能分泌细胞极性,通过建立不同的膜域。其他连接提供的锚定胰腺内分泌细胞细胞外成分,这可能允许建立通路转导信号在细胞之间,为了几个细胞外的变化与细胞内的反应。有些渠道建立胞质组件相邻细胞之间的直接交流,它允许同步的同伴β细胞。其他渠道可能调解的协调αβ细胞与周围细胞,产生与胰岛素分泌胰高血糖素敌对的方式,以及与其他类型的胰岛细胞,包括三角洲细胞,产生生长激素抑制素在胰岛素分泌的同时,人民党细胞,产生胰多肽,ε细胞,产生激素。在一起,这组直接沟通机制保证了这些不同的细胞类型的集成在结构上和功能上连贯的胰岛细胞(5- - - - - -9]。通常情况下,这些机制运作在一个小的距离范围内,由于他们对信息的依赖或cell-extracellular材料接触,因为他们经常扩散驱动的,从而提供一个潜在的线索,胰腺胰岛的有趣的小尺寸,它一直选择在大多数动物物种(10]。

本文综述了蛋白质参与这些直接细胞通讯(8,9),和机制,确保直接胰岛细胞粘附(钙粘蛋白和钙2 +独立联接的分子),锚定到细胞外基质(整合),极性(claudins和occludin),可能还有β细胞和其他胰岛细胞类型之间的通信。进行了特别关注Cx36,唯一联接蛋白表达的胰腺β细胞,因为越来越多的证据指向相关在活的有机体内耦合的作用,这种蛋白质可以确保在小岛,在多个方面的β细胞功能。

2。为什么细胞间的相互作用?

第一个蓝藻之间形成多细胞有机体被认为是大约35亿年前,相对地壳固化后不久(11]。,因为这个事件本身重复次数(12- - - - - -20.]直到大约8亿年前,当它开始开发大型藻类、真菌、动物和植物,我们现在知道13- - - - - -16,21,22]。这种发展是伴随着基因组多样性增加,结果很可能使招聘的多细胞生物的基因从几个单细胞祖先(18,19]。这个招聘,连同一系列自发性基因突变和环境变化,可能导致增加的新形成的多细胞生物的大小(12,17]。反过来,这种变化导致细胞多样性,由于必要性与小说维持较大的身体代谢和结构适应(21]。因此,出现了多种细胞类型(16,21),实施多细胞生物转换从一个仅仅将独立的细胞聚合成一个社区互动的细胞。新的生物体可能被这些变化,有选择地得天独厚的发展史以来显示了一个有机体的复杂性增加的趋势(18,19]。反过来,多细胞生物控制提供了环境。这促进了细胞内介质的独立的决心和一个稳定的宪法内环境,而保护环境改变的多细胞生物16]。

3所示。细胞间的相互作用如何?

这种显著的易爆进化取决于一系列通信的并行开发各种类型的细胞之间的相互努力住在一起。通过这样的一个数组,相邻和遥远的细胞被迫协调与其他细胞,其功能来优化他们的适应环境23,24]。有可能的是,这个信号阵列是由小信号分子的扩散穿过细胞膜(12,25- - - - - -32]。选择在很大程度上多样化的这种原始的机制,导致一系列复杂的肺癌和在某种程度上重叠细胞通讯机制,使用不同的结构和信号分子(8,9]。这些机制被称为“间接”或“直接”细胞间通信机制。间接细胞通讯不需要细胞接触,介导的细胞外通量的分子同时多个细胞信号。这样一个机制的普遍形式,扩散的细胞外空间激素和神经递质,由细胞同时感觉到配备同源受体(28,29日,31日,32]。这个系统确保了非常具体的信号之间的遥远(激素和神经通信)和附近的细胞(旁分泌通信),有时甚至影响同一细胞生成的信号(自分泌反馈回路)。间接细胞间通讯的另一个普遍形式是由细胞外空间的扩散提供离子和分子进入细胞通过自由扩散通过脂质膜影响或通过特定的转运蛋白/通道(33,34]。最近承认这个形态的变异是通过膜pannexin渠道释放胞质信号分子进入细胞外液,然后在附近的细胞与特定的受体。然后通过细胞间协调的同时,或downmodulation特定的代谢和效应器在几个细胞通路。进一步形态“间接”细胞间通信是细胞外的细胞间信号的色散组件的细胞外基质,同时多个单元可能和动态连接的具体整合素蛋白,调节输入输出和战斗信号(8,9]。

可能是因为多细胞最初开发的大型水媒体,大多数细胞类型还开发了通信方式在“直接”的方式,也就是说,通过机制需要身体接触在细胞膜的水平8,9]。普遍形态的直接细胞间通讯是通过各种各样的细胞粘附糖蛋白,称为细胞粘附分子(摄像头),从而建立和维护细胞凝聚力,而相邻的细胞内和细胞外信息传输(8,9]。直接细胞间的沟通也由连接素(35- - - - - -39],oligomerize nonglycosylated蛋白质形成亲水细胞间通道,功能上连接两个细胞质融合,从而允许双向交流的各种胞质分子(35- - - - - -39]。

可能是因为大多数的间接和直接的细胞通讯机制运行在相对较短的距离范围内,他们没有,孤独,足以应付多细胞系统的规模和复杂性与日俱增,逐渐包括越来越多的细胞,分化在多个方向15,39]。因此,神经和内分泌系统出现的信号分子附近的和遥远的靶细胞(12,26,27,40,41]。使用类似的信号分子和信号分子受体相互作用的系统发育树显示两个系统是从共同的祖先进化而来(28- - - - - -32,40,42- - - - - -46随机修改),大概的一些常见的代谢物(27,47]。以来,比较生物学表明进化类型的激素的变化所产生的不同的生物27,40,42),但一个大型的多元化类型的细胞信号分子的目标,以及在较小程度上,由激素和神经递质控制的途径在这些细胞(27,40,48]。因此,相同的信号分子可能有显著不同的影响在不同的物种27]。随着大型脊椎动物的出现,要求激素增加,迫使多细胞腺的发展,许多细胞将集中产生一个或多个信号分子。再次,但适度的系统适应这些腺体,即使他们的空间结构改变,表明一些趋同进化的必要性25,27,49,50]。

4所示。激素分泌是一个多细胞的事件

内分泌腺的发展史概括几个步骤的多细胞生物的进化,特别是基本需要细胞间的沟通,以确保协调功能内分泌细胞分泌对哺乳动物的生存至关重要。因此,至关重要的激素的分泌是一个多细胞的过程,因为没有单独的电池可以产生,在任何给定的时间,大量的激素,需要确保他们的血管运输大型生物,并调节外周靶器官。因此,内分泌细胞在特定的激素应与伴细胞同步他们的活动,并协调这些活动与细胞产生论争的或敌对的荷尔蒙,这可能不同步功能,以同样的速度51- - - - - -55]。因为大多数荷尔蒙分泌物接受定期的波动,昼夜的函数和其他节奏,并受变化的影响内环境,细胞外环境的生物和环境,这种协调应不断调整,在时时刻刻的规模,提供一种激素输出符合需求的有机体。

内分泌达到这些要求,通过使用并行,尽管不一定同时,所有上面提到的间接和直接的细胞间交流形式(51- - - - - -53,55- - - - - -57),在模式不同于腺腺。这个组织的结果在一个复杂的网络不同的监管体系,这在很大程度上重叠,有时,与其他途径促进或减少他们的影响。最有可能的是,这部分冗余pressure-selected了重要的必要性的一些激素,如胰岛素或皮质类固醇。提供细胞与许多监管系统确保了这些激素生物合成、存储和释放这些分子是生命保持在一个可持续的范围在大多数情况下,包括个人调节机制可能已经丢失。不同的通信机制,导致定量和定性不同效果,还提供内分泌细胞更敏感和分级的方法来控制他们的功能,在时间和空间方面,比使用单一,开/关类型的监管。

5。胰腺内分泌细胞的相互作用

5.1。内分泌胰腺是什么?

在哺乳动物中,内分泌胰腺集体是由众多分散在胰腺的胰岛。每一个小岛都是圆或卵圆形质量,50 - 600μ米直径,由~ 50 - 3000细胞,其中在人类β细胞约占60%。剩余的细胞glucagon-producingα细胞,somatostatin-producing三角洲细胞,胰polypeptide-producing细胞,细胞ghrelin-producingε。小岛也包含丰富的内皮细胞,以及一些成纤维细胞,淋巴细胞,巨噬细胞(58]。这个复杂的组织,这些microorgans的至关重要的必要性与他们实际的微量。在人类中,估计每胰腺的胰岛细胞数量是一百万,在健康、控制条件,这意味着我们的生存依赖于大约十亿β细胞。不过,这些细胞完全只有1 - 2%的体积控制形式,成人胰腺,代表不超过1克湿重组织(58]。

5.2。胰岛细胞之间的相互作用

在休息的情况下,三个主要的胰岛激素,胰岛素,生长激素抑制素和胰高血糖素,都发布了以振动的方式(2- - - - - -4,59- - - - - -62年),这是同步的两个前激素和antisynchronous后者(63年]。餐后,胰岛素和生长激素抑制素的释放大幅增加,而胰高血糖素减少。相反,在禁食期间,胰岛素和生长激素抑制素表达下调,而胰高血糖素的释放增加。本条例意味着协调多个小岛,和在不同的细胞类型,由于各个小岛的随机函数是不可能确保急性和重要餐后激素水平激增,他们定期循环波动随着时间的推移,和他们的快速反应时营养刺激停止。鉴于小岛由基底薄层分开,结缔组织、外分泌胰腺的腺泡,协调取决于多种激素和神经控制。因此,胰岛素分泌受抑胃肽实验刺激,thyrotropin-releasing激素,glucagon-like肽1, 肾上腺素能受体激动剂、乙酰胆碱、缩胆囊素、胃泌素释放肽和血管活性肠肽作用[64年- - - - - -67年]。相反,由-诱导因子,抑制肽YY,心房利钠肽,pancreastatin, 肾上腺素能受体激动剂,甘丙肽,神经肽1,和生长激素抑制素64年- - - - - -67年]。在活的有机体内胰岛素分泌的小岛,这是由循环营养物质,主要是葡萄糖,本质上是由肠道激素调节,特别是抑胃肽glucagon-like肽1,缩胆囊素和生长激素抑制素64年- - - - - -67年]。在体外保存,使用胰岛素分泌缺乏荷尔蒙循环(2,3,66年- - - - - -68年),进一步表明一些胰腺内神经系统帮助协调各个小岛。因为胰岛素脉冲受河豚毒素的影响而改变,但不是通过药物阻断胆碱能和肾上腺素能受体,这胰岛协调大概包括小岛之间的连接,由自主神经节的节后的纤维64年]。这些神经节,胰腺起搏器,集成服务中心(66年),接受肾上腺素、胆碱能和肽能的输入来自中央和自主神经系统(66年]。

5.3。在胰岛细胞相互作用

在每个胰岛内分泌细胞和血管以多种方式沟通大概包括上面列出的所有间接和直接的机制。因此,它一直控制自己知道产生胰岛素的β细胞功能与相同的激素,通过交互neuromediators和其他信号在前款规定的胰岛沟通讨论。这些信号分子到达胰腺或胰岛内产生本身以外6,57,64年,69年,70年]。不过,鉴于胰岛素分泌仍然是一个监管的事件在体外条件废除本机血液供应和扰乱神经支配和细胞外液的流量,其他通信机制必须导致β细胞控制。胰岛素分泌的发现改变了胰岛细胞分散后,迅速改善后reaggregation或者与组件交互的细胞外基质(71年- - - - - -78年),进一步表明,这些机制依赖于建立和维护适当的细胞间和cell-to-matrix联系人。

5.3.1。间接的交互

神经递质和激素介导的

个人胰岛应对大部分neuromediators和胰腺的内分泌激素影响完好无损,包括四个主要的胰岛激素(69年,70年,79年]。也可能因此,抑制胰高血糖素分泌,胰岛素和生长激素抑制素的分泌,胰多肽,和胰岛素本身;胰高糖素刺激胰岛素和生长激素抑制素的分泌;胰多肽抑制生长激素抑制素的分泌;和生长抑素抑制胰岛激素的释放69年,70年,79年]。这些影响可以通过抗体阻止特定的激素,这表明他们可能是引起在活的有机体内后释放内源性胰岛产品(69年,70年,79年]。由于胰岛细胞受到激素水平远低于那些发现在胰腺静脉流出物,很难想象,任何旁分泌作用可能发生的扩散产生的激素细胞附近的目标,通过一个连续的细胞外空间。如果是这样的话,很可能持续的胰岛细胞受体表达下调可能暴露于高激素浓度(69年,70年,79年]。因此,胰岛激素很可能引导到特定的膜域,通过限制扩散在细胞外胰岛空间或矢量通过胰岛微循环交通(64年,66年,69年,70年,79年]。微血管源自传入小动脉中心的小岛,在用于这些实验的啮齿动物,主要和直接构成产生胰岛素的β细胞胰岛外围血液流动(80年),一个地区组成的βα,三角洲,PP,ε细胞(58,81年]。动脉和静脉输液比较,存在和缺乏hormone-neutralizing抗体,表明血液流动达到β细胞首先,然后α细胞,最后三角洲细胞(79年,80年]。根据这个安排,高浓度的胰岛素应该几乎不间断的浴外围胰岛地幔,而胰高血糖素和生长激素抑制素会没有达到多数β细胞的可能性,首先进入体循环。然而,是否和所有胰岛激素如何intraislet效果在活的有机体内仍然是实质性的辩论的话题,因为我们还不知道实际的浓度间质胰岛激素的液体,这种液体的流量和方向,胰岛细胞受体的分布。最近的证据无疑提供了证据,至少胰岛素信号对胰岛功能具有重要意义。因此,失效的胰腺β细胞的胰岛素受体基因编码导致小鼠具有选择性的胰岛素分泌葡萄糖,这是足以损害葡萄糖耐量(80年]。自主神经节内未观察到孤立的小岛(64年),这表明基底和刺激胰岛素分泌可能持续没有神经支配。然而,中断extraislet副交感神经和交感神经纤维的神经输入修改胰岛功能,揭示了一个振荡的频率增加胰岛素分泌,在啮齿动物2]。快速振荡与个人观察,孤立的小岛可能是由周期性波动细胞内自由钙的水平2 +和/或在β细胞的糖酵解活动61年]。在活的有机体内,这些振荡可能掩盖的长周期脉冲从多个小岛的神经协调结果4,63年,66年]。这些考虑是否适用于人类胰岛的β细胞和α细胞车厢并不像在啮齿动物(地区不同的58,81年神经支配的,也比在啮齿动物(稀疏的82年,83年),仍有待证明。

离子介导的

许多其他,nonhormonal或神经信号流经胰腺胰岛的细胞外空间可以帮助协调β细胞的行为。例如,它已被指出,电生理特征相当水平的变量单一β细胞和变得更加均匀和稳定当这些细胞聚集成簇61年,81年,84年]。在完整的小岛,几乎所有β细胞表现出高度的电气同步沉默和破裂时期的电活动61年,81年,84年- - - - - -87年),这意味着几乎立即细胞间协调的载流离子水平。这种协调已经验证了Ca2 +的振动水平似乎是由群体的集体决定同步β细胞而不是个人β肽(61年)在整个小岛都可能迅速平衡(88年,89年]。我们现在知道,这个平衡主要是依赖Cx36频道(59,62年),即使其他监管机制调节这个基本函数(3,4]。因此,在细胞外K的胰岛流体发生+波,定期电活动的爆发之前90年,91年),可能会提供一个快速和有效的方式协调β细胞膜去极化,以及随后的Ca2 +振荡和胰岛素释放在遥远的β细胞(6,54,57]。还有其他胰岛细胞的相互作用可能涉及信号通过细胞因子或没有(91年- - - - - -94年]。

整合素介导的

许多细胞表面蛋白质被确认为受体细胞外基质(ECM)的分子。几乎所有这些蛋白质属于整合素家族受体组成的一个α(120 - 180 kda)和一个β亚基(90 - 110 kDa)共价的绑定(图1)。每个单元都有一个细胞外的领域,一个跨膜区,和一个短的胞质域相关联,通过各种胞质蛋白的合作伙伴,与(肌动蛋白微丝骨架95年]。到目前为止,18α和8β在脊椎动物亚单位已确定,组装成至少24截然不同的整合素亚型。通常,不同的整合蛋白作为受体ECM的不同组件(图2)。然而,不同的整合蛋白可能也意识到相同的配体,相反,一个相同的亚基组成的整合蛋白可能显示不同的配体结合特异性95年]。整合蛋白启动细胞的粘附到下层,它们生长(上皮细胞基底层和ECM),并组织细胞骨架,导致细胞形状的变化,极性,细胞细胞器的分布。他们进一步激活多种信号转导事件,调节细胞行为的许多方面,包括增殖、生存/凋亡、形状、极性、活性、基因表达、分化(96年- - - - - -99年]。整合蛋白不具有酶活性,但与多种信号和/或适配器蛋白质参与不同的信号转导途径。频繁,integrin-mediated粘附和/或聚类的整合蛋白导致增强胞质integrin-associated蛋白激酶的激活,称为粘着斑激酶(FAK) [One hundred.,101年]。多种信号分子,包括PI3K蛋白激酶B (PKB / Akt),和MAP激酶ERK受integrin-mediated粘附[One hundred.- - - - - -102年]。


图1
膜蛋白参与的示意图表示β细胞通讯。胰岛细胞表达分子细胞间通信,包括tetraspan连接素,pannexins, occludins, claudins,单跨钙粘蛋白,N-CAM。胰岛细胞也表达分子cell-to-extracellular矩阵通信,特别是整合蛋白。球形符号连接素的细胞外循环和pannexins表明高度保守的半胱氨酸残基的存在。第二循环分支,虚线pannexins表明糖基化的网站。

图2
不同的膜蛋白占不同的模式β细胞通讯。连接素调节胞质分子的直接细胞间转移(虚线,双箭头)相邻细胞之间,一个事件被称为细胞间耦合。Pannexins调解细胞溶质之间的交换(虚线)的分子和细胞的细胞外空间。细胞的胞质分子退出通过pannexin渠道可以确保旁分泌附近的细胞之间的沟通。Occludin和claudins提供密封的小领域的细胞膜和胰岛细胞外空间的部分,因此建立的极性β肽。钙粘蛋白和N-CAM确保胰岛细胞之间的粘附接触。整合蛋白调节胰岛细胞的粘附到细胞外基板(灰色带)和矩阵。钙粘蛋白,Claudins N-CAM,整合蛋白也提供的输入输出和战斗的信号β肽(弯曲,双箭头)特别是关于基因表达。

成人胰岛的控制人类胰腺表达 , , 整合素亚单位(101年- - - - - -103年)(图3),相同的蛋白质是还发现,在一起α5和α6,在其他物种的小岛104年- - - - - -108年]。然而,虽然α3单元仅限于胰岛细胞α5亚基表达胰岛和腺泡的细胞(104年,105年]。免疫荧光显示的表达α6 /β1整合素不同鼠β细胞中,在某种程度上与传播的这些细胞在laminin-rich 804 g矩阵。这种传播是通过抗体下降α6 /β1整合素或其β1亚基,以及抗体层粘连蛋白- 332的配体之一α6 /β1 (106年,108年]。在啮齿动物胰岛,层粘连蛋白- 332和层粘连蛋白- 511,IV型胶原蛋白,和许多其他层粘连蛋白链,包括α4,α5,β1,β2,γ1,形成基底薄片在胰岛细胞和血管106年,108年]。在人类胰岛,基底薄片分裂2部分,与层粘连蛋白链面临只内皮细胞和其他人面临胰岛细胞(108年,109年]。后者基底薄片是不同寻常的,因为它们富含路德糖蛋白,层粘连蛋白的功能α链受体(109年]。数据显示,多个受体,认识到ECM的许多组件,确保β细胞的粘附和传播,胰腺胰岛的细胞外的材料。他们进一步的文档有很大的不同组成和排列的基底薄片在啮齿动物和人类的小岛。


图3
的示意图β胰岛内细胞排列。胰岛素和C-peptide-producingβ肽相互作用通过Cx36 Pnx2,多个钙粘蛋白,N-CAM occludin,几个claudin亚型。β肽也坚持他们的基底薄片(灰色乐队)和胰岛微血管的内皮细胞(cap)由多种整合蛋白。β进一步的肽与附近glucagon-producing交互α通过Pnx1肽,N-CAM。是否类似heterocellular somatostatin-producing交互发生的地方δ肽并不成立。同样,也没有直接证据的膜蛋白间的相互作用由积分β肽和胰岛ghrelin-producingε的肽或胰polypeptide-prodcuing PP细胞。

胰岛素分泌提高当人类胰岛细胞培养在ECM由牛角膜内皮细胞或IV型胶原蛋白(109年,110年塑料),而不是标准的文化。这种效应与降低胰岛素基因的转录,并依赖于激活ERK通路(106年,110年]。Glucose-induced从鼠胰岛胰岛素分泌也由不同的ecm刺激,包括内皮基底膜、纯化纤连蛋白,和804 g矩阵(111年- - - - - -113年)的方式与程度的细胞传播,由于upregulation的表达α6 /β1整合素。因此,胰岛素促分泌素引起更高的输出从扁平比球形β细胞(106年]。类似的观察犬的胰岛细胞在文化,其表达α3,α5,αV下降随着时间的推移,与胰岛素原基因表达减少重合,胰岛胰岛素含量,刺激胰岛素释放(105年]。暴露的β细胞抗体阻断的β1整合素亚单位或其层粘连蛋白- 332配体导致的减少分子生物学时胰岛素分泌细胞连接到804 g矩阵(108年]。前也抑制磷酸化抗体介导的FAK,表明战斗信号激活的订婚β1整合蛋白层粘连蛋白- 332是正常的β细胞功能相关的(108年]。这些观察表明,胰岛cell-matrix交互,由具体的整合蛋白及其同源糖蛋白配体,调节β细胞葡萄糖的敏感性。

基底薄片(图3)的胎儿胰腺导管包含laminin-1、纤连蛋白和胶原IV (106年),把这些导管上皮细胞集群的芽开始胰岛形态发生表达同源受体 和 整合蛋白(106年]。胎儿细胞也表达 后,一个整合素强烈诱导胰岛分离和文化,介导胎儿β细胞的迁移和IV型胶原蛋白(106年]。平行在体外实验表明,从脐带血间充质干细胞可以被诱导分化成胰腺内分泌细胞,通过一种机制显著激活ECM的存在,并导致的形成三维pseudoislet结构(106年,114年,115年]。啮齿动物的胰岛细胞增殖是增强一个矩阵来源于牛角膜内皮细胞在胶原凝胶和804 g矩阵(116年- - - - - -120年]。而从人类胎儿胰腺上皮细胞也越来越迅速在选定的ecm标准文化塑料(121年),最近的数据表明,有限数量的年之后,人类β细胞能够增殖在体外,包括804 g矩阵(122年关键的差别),据推测是由于表观遗传对这些细胞周期基因。因此,整合蛋白的影响和ECM胰岛细胞增长似乎是细胞,年龄,和种专一性。在文化、孤立的生存胰岛是长期存在的一些ECM,可能保护microorgans从女性123年),和孤立的β细胞也部分免受interleukin-1血清剥夺和诱导细胞凋亡β,当培养804 g矩阵。而整合蛋白的直接参与控制的β细胞生存能力尚未证明,的表达α3,α5,αV整合蛋白在胰岛细胞表面的减少与文化,这变化是一致的与β细胞凋亡增加105年]。这些影响的作用机理还有待充分阐明。caspase-8降低的活动在ECM胰岛细胞培养,增加的情况下,粘着斑激酶(FAK)的活性,蛋白激酶B (PKB或一种蛋白激酶)和细胞外signal-regulated激酶(ERK)。相反,治疗一个反β1整合素抗体、ERK通路抑制剂PD98059和磷脂酰肌醇3-kinase抑制剂LY294002增加细胞凋亡细胞培养的804 g矩阵,但不是poly-L-lysine (124年]。另一项研究已经证明,804 g矩阵产生一个瞬态和温和的NF-kappaB活动增加β细胞(116年]。然而,这种效应不太可能考虑改善胰岛细胞的生存能力,鉴于β细胞的生存生长在804 g矩阵是不受抑制NF-kappaB磷酸化使用湾11 - 7082,或通过阻止这种磷酸化细胞转导与一个adenoviral向量编码一种nonphosphorylatable IkappaBα(124年]。这些实验表明,整合蛋白的参与胰岛ECM的组件,特别是层粘连蛋白,可能胰岛形态发生的关键,以及生成和差异化的β细胞的生存。他们还呼吁直接实验旨在阐明对细胞凋亡通路,ECM保护β细胞。

autoreactive淋巴细胞和其他免疫细胞的迁移从血液中胰岛细胞是一个起始1型糖尿病的病理生理的罪魁祸首,这可能是由ECM的分子组成和控制选择的摄像头和整合蛋白的表达在淋巴细胞和内皮细胞表面的125年]。因此,细胞间粘附分子1 (ICAM-1),由β细胞表达,也被牵连的溢出淋巴细胞从循环进入胰腺发炎126年]。糖尿病小鼠单克隆抗体治疗nonobese L-selectin和α4单元整合蛋白防止胰岛炎和糖尿病的自发的发生127年]。此外,淋巴细胞炎症胰岛的表达α4 /β7整合素,和治疗的年轻糖尿病小鼠单克隆抗体β7亚基分子也会导致一个重要的长期保护的自发发展糖尿病和胰岛炎(128年]。

在大多数移植中心,孤立的胰岛细胞培养移植前1 - 2天为各种安全和后勤原因,以及改善的可行性可能已经受损的胰岛分离过程。因为ECM是本机组件胰岛微环境的积极影响胰岛细胞的功能在体外对移植胰岛的生存,它的影响进行了研究。在一项研究中,小肠黏膜下层的天然ECM被证明提高孤立小岛的分泌物培养好几天(129年]。另外,当聚合物支架由丙交酯和乙交酯共聚物以及胶原IV胰岛移植作为一个平台,模拟的三维组织ECM,糖尿病小鼠的高血糖是纠正速度比在小鼠移植只有孤立的小岛130年]。类似的结果与人类胰岛嵌入在合成纳米纤维组成的矩阵,并移植到免疫缺陷小鼠糖尿病(131年]。Chitosan-based人工矩阵最近提议的替代天然ECM胰岛移植。在这些三维结构,孤立的小岛保留初始morphol-ogy和足够的胰岛素释放几个星期的文化132年]。这些研究表明,设计一个适当的和良好定义的ECM微环境在体外重建cell-ECM的相互作用通常发生在本机胰腺可能帮助改善移植胰岛的生存和功能。

Pannexin介导

哺乳动物基因组的测序揭示pannexins,一家3蛋白,功能膜地形类似于innexins和连接素(131年,132年)(图1)。因此,pannexins显示N -和c端域在细胞质内,两个细胞外和一个胞质循环域,和四个membrane-spanning段。然而,与连接素相比,pannexins包含两个半胱氨酸残基在每个细胞外循环,和共识序列对糖基化133年- - - - - -136年]。在细胞内贩卖6 pannexins oligomerize形成六聚体称为pannexon,插入到细胞膜中。这种结构形式的墙上亲水通道,当打开时,建立一个胞液和细胞外液(图之间的通信2)。通过pannexin渠道,各种各样的胞质分子,包括ATP,谷氨酸,epoxyeicosatrienoic酸(137年- - - - - -139年),可以逃避细胞和绑定到prurinergic附近的细胞受体或输入这些细胞,channel-dependent变体的旁分泌细胞间的沟通。至少在体外pannexon渠道也允许细胞迅速结合分子存在于细胞外液,由gradient-dependent扩散机制(140年- - - - - -144年]。相比之下,和糖化残留,可能是因为一个细胞的pannexons不能近似的相邻细胞充分接近建立细胞间通道(135年,136年,142年,143年,145年- - - - - -147年]。由机械应力(Pannexin通道被激活148年- - - - - -151年),大的去极化,激活purinergic受体(138年,152年- - - - - -159年]。这些通道已经被卷入许多生理功能,包括基因表达、传播的钙波,血管舒张,味觉,免疫反应(160年]。蛋白质也被卷入各种病理生理条件,包括细胞死亡和肿瘤发生[160年- - - - - -162年]。

对pannexins在胰岛细胞的功能,发现旁边记录编码Pnx-1和Pnx-2(未出版)。而细胞净化研究表明beta-cell-rich分数主要表达Pnx2的RNA,而nonbeta-cell-rich分数主要表达Pnx-1的成绩单(未发表的;图3),细胞分布和同源蛋白质的水平尚未建立,主要是因为谦虚品质的现有的抗体。针对β细胞和神经元之间的许多相似之处,一个预测是,Pnx-2由β细胞选择性地表达。鉴于这些渠道可以通过谷氨酸渗透,一个假定的beta-to-alpha旁分泌信号(163年),这样的渠道可能操作在协调对立的胰岛素和胰高血糖素分泌。虽然βα细胞相互作用通常被归因于旁分泌沟通、激素信号不能仅占所有条件β和α细胞功能反对地(51,53,163年]。野生型的比较和pannexin空161年,164年老鼠是将提供有关这种可能性。在这一点上,示踪和ATP释放实验尚未证明功能非常感谢渠道运作在孤立的小鼠胰岛147年负面发现应该考虑到这些通道有一个相当小的电导和开放的概率很低160年]。

5.3.2。直接的相互作用

尽管一些动态和定量变化,glucose-induced胰岛素释放下保存在体外条件,扰乱神经支配、血液供应和细胞外液的流量,体内,调解之间的间接通信胰岛细胞,在前面的章节讨论。相比之下,物理分离的胰岛细胞导致迅速丧失本条例,这是至少部分可逆的重建细胞接触后不久(6,7,51,57]。因此,维护监管分泌取决于保存至少有一些接触的β细胞内建立本地胰岛细胞(6,7,51,57]。三种形式的直接细胞间的沟通与联系许可胰腺胰岛内操作。

受体和配体介导的

通过将细胞膜附近,接触β细胞允许一个细胞的表面受体之间的相互作用,与表面配体由一个相邻的细胞。因此,失效的基因编码β细胞的胰岛素或Igf1受体意外导致分子胰岛素分泌缺陷和葡萄糖耐量80年,165年),大概是因为胰岛素提供的intra-islet信号在一个自分泌和/或旁分泌的方式被打断了。严重减损glucose-induced胰岛素释放后也观察到干涉EphA——和Fas-dependent通路β肽,大概由于摄动这两个受体之间的相互作用及其同源配体(166年,167年]。

细胞粘附分子介导的

大多数细胞互相遵守各种单通道,跨膜蛋白,称为细胞粘附分子(摄像头)168年)(图1)。大多数摄像头功能依赖于细胞外的Ca2 +因此被称为钙粘蛋白。这些糖蛋白分子质量约120 KDa,组建一个家庭包括E、P, N, R亚型(169年,170年]。亲同种抗原的钙粘着蛋白之间的相互作用是通过发起的两个钙粘着蛋白分子二聚一个细胞的膜,紧随其后的是一个二聚体的同源细胞外的交互领域,与相应的组装的半个邻近细胞。在Ca2 +,二聚体混合的牙拉链,确保一个稳定和强大的细胞间粘连。经典钙粘着蛋白与肌动蛋白的胞内域作用(通过几个胞质蛋白,包括α辅肌动蛋白,β连环蛋白,γ连环蛋白,p120 [171年]。钙粘着蛋白控制细胞间粘附(图2),因此,在多细胞生物的建立和维护。在产前的发展过程中,这些分子在分化和形态发生的许多组织中发挥作用。在成人中,钙粘着蛋白相互作用使细胞极性和组织架构的维护和调节各种功能,包括细胞生长、运动性和生存能力。细胞信号事件涉及小gtpaseρ家族也被证明是由钙粘着蛋白参与(172年,173年)(图2)。其他摄像头,比如N-CAM,确保细胞间粘附独立的Ca2 +(173年,174年]。N-CAM属于免疫球蛋白超家族,是表示为3个不同的亚型。两种亚型是跨膜蛋白与短(N-CAM140)或长(N-CAM180)胞质域。第三个同种型(N-CAM120)没有胞质域和由glycophosphatidylinositol质膜。所有三个亚型的转译后的修改polysialic酸(171年,175年]。这糖基化管理在开发期间,减少从胚胎到成人年龄(174年),与细胞粘附强度下降。

多个摄像头在胰岛细胞(图表示3)。N-CAM140优先在非β细胞分数(168年,174年),而β细胞的钙粘蛋白是主要的凸轮176年,177年)(图4)。N - R-cadherins,以及Ep-CAM被描述在发展中,但不是成人胰岛(178年- - - - - -180年]。这些数据表明,变量水平的各种摄像头、Ca2 +依赖和独立的组织,所表达的主要内分泌胰岛细胞。这个微分表达式大概占胰腺的发育隔离hormone-producing细胞。因此,N-CAM和R-cadherin已发现在胎儿发育的早期gastroenteropancreatic系统,快速隔离到它们发展中小岛和相关胰腺导管,分别时察觉在附近的外分泌腺泡(178年,179年]。后来,R-cadherin减少集群胰岛细胞,成为察觉在完全成形的胰岛181年]。Ep-CAM也认为人类胰腺形态形成的作用[180年]。因此,高水平的这种分子在胎儿导管细胞可能由胰岛祖细胞增长,以及其他类型的增生的上皮细胞。相反,细胞开始分化对β细胞表型特征的低水平的糖蛋白,它不再是发现在成人胰岛180年]。一致,抗体的封锁Ep-CAM功能促进胎儿人类β细胞的分化在文化180年]。

(一)
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(b)
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图4
不同的蛋白质有特定分布的积分β细胞的膜。(一):电子显微镜全体染色后的胰岛rhutenium红色,表明相邻的细胞外空间β肽含有丰富的糖基化的细胞粘附分子(黑),并显著收窄的缝隙连接域(箭头),集中接合质。(b):双重免疫荧光显示胰腺部分钙粘蛋白的分布midlle和正确的图片(绿色)的膜β在接触的肽,外分泌腺泡。这广泛分布与发现,Cx36离散分布,发现只有在小差距交界的领域β细胞的膜(红色在左图)。正确的形象是左边和中间图像的合并。酒吧:250海里(a), 50μ米(b)。

啮齿动物胰岛细胞不断地组织为核心的β细胞周围的外围地幔非β细胞。这个特定的地形布置在很大程度上是依赖于不同的凸轮的微分表达式β(钙粘蛋白> PSA-N-CAM > N-CAM)和非β细胞(钙粘蛋白> N-CAM)。因此,单一的胰岛细胞迅速,自发地reaggregate成tri-dimensional瀑样,或pseudo-islets功能细胞组织一样,本机小岛(182年,183年),这样的安排是摄动时reaggregation发生在N-CAM抗体的存在(184年- - - - - -186年]。表达在主导-钙粘蛋白,β细胞缺乏大部分的细胞外域为亲同种抗原的作用是至关重要的,取消了本机钙粘素的表达,导致β细胞的有缺陷的集群,而α细胞妥善隔离成胰岛结构(187年]。还有转基因小鼠中,糖尿病和分子生物学受损导致胰岛素分泌缺陷表达肝细胞的核因子,表明减少胰岛钙粘蛋白的表达(188年,189年]。因此,胰岛细胞也有改变架构,与α细胞分散在地幔和microorgans[的核心188年,189年]。这些数据强烈支持特定的凸轮控制的观点,在选定的发展阶段,内分泌细胞的粘附到小岛和不同细胞类型的精确的组织在这些内分泌单位。,人类胰岛细胞的不同组织,小组的β细胞出现α细胞和其他细胞混杂在一起,这比在啮齿动物(更丰富190年),还有待决定在多大程度上CAM-dependent排序也控制人类胰岛细胞的空间分布。

完善,从聚合β细胞胰岛素分泌明显高于同等数量的分散的细胞(72年,73年,76年,78年,191年,192年]。几个独立的证据也支持这样的观点:β细胞形成一个功能异构人口,胰岛素合成和分泌,而这异质性补偿在集群和完整的小岛,由于同源β细胞的建立联系(6,51,57,76年- - - - - -78年]。sialylated N-CAM形式(PSA-N-CAM)表达在不同级别在高度和glucose-responsiveβ细胞(177年,191年]。PSA使用endoneuraminidase N脱落后,复苏的PSA-N-CAMβ细胞表面迅速观察条件下刺激胰岛素分泌,符合本地化分子的分泌颗粒,和它的易位在胞外分泌细胞表面(177年]。有趣的是,N-CAM零老鼠也脱粒β细胞功能,符合角色的凸轮在胰岛素分泌颗粒的正常周转186年]。胰岛素促分泌素也促进钙粘蛋白的表达与增加鼠β细胞的聚集和glucose-induced胰岛素分泌(192年]。同时,胰岛素的释放文化MIN6细胞生长在三维胰岛总量高于单层细胞生长在相同的(193年],RNAi-mediated沉默的钙粘蛋白导致分子的分泌减少,减少的水平在孤立的细胞(194年,暴露MIN6细胞anti-E-cadherin抗体废除了glucose-induced增加胞质钙(自由188年]。同样的抗体也废除了分子生物学胰岛素分泌孤立的小岛(195年]。不过,值得注意的是,钙的积极影响胰岛素分泌并不在另一项研究证实,相比MIN6细胞克隆,underexpressing凸轮。这些克隆没有差别的glucose-induced胰岛素分泌,即使preproinsulin mRNA和胰岛素的水平的内容,以及基底的胰岛素释放率更高,比under-expressing细胞(196年,197年]。这些数据支持这样的观点:凸轮控制产后β细胞的功能,尤其是调制glucose-induced胰岛素分泌。然而,由于钙粘蛋白表达的变化影响其他表面蛋白的表达,尤其是Cx36 [197年,198年)的特异性CAM-dependent控制还有待建立。

损失的钙粘蛋白相似的过渡高度分化的腺瘤浸润性癌,在转基因小鼠模型胰腺β细胞的致癌作用[199年]。在这个模型中,正常140 kda的同种型N-CAM减少而120/180-kDa同种型,这并不表示在本地小岛,增加(200年]。在这种情况下,封锁N-CAM表达赞成转移的发展,建议一个角色的N-CAM病理传播tumoralβ细胞(200年]。在pseudo-islets转换MIN6细胞钙粘蛋白过度表达与细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的表达增加,和减少细胞增殖标记Ki67,符合角色的钙粘蛋白抗机制(196年,201年]。小鼠胰岛形成期间,钙粘蛋白表达增加β细胞的增殖率下降,由于选择性下调核β连环蛋白和D-cyclins198年]。在一起,这些数据表明,钙粘蛋白和N-CAM可能导致控制β细胞增殖。然而,这样的贡献是否有相关性的最小,本机β细胞的生理发展还有待验证,特别是在人类。有趣的是,背景人类钙粘蛋白编码基因,位于染色体16 q22.1轨迹,涉及对1型糖尿病的易感性(202年),以及各种类型的摄像头已经涉及自身免疫性发病机理1 diabtes [125年- - - - - -128年,203年]。

CD8+淋巴细胞调节胰岛移植的排斥203年]。其中一些细胞,称为CD103,整合素表达αE (CD103)β7,唯一的已知counterreceptor钙粘蛋白(204年]。后异体移植术控制的小岛,表达钙粘蛋白,野生型CD103+ / +老鼠迅速拒绝了移植。相比之下,这些移植在主机CD103无限期地幸存下来−−/老鼠,功能目标破坏CD103 [205年]。CD8转移+细胞进入主机CD103−−/老鼠,造成一个提示胰岛移植的排斥反应,而CD103的转移−−/和CD8−−/细胞没有影响(205年]。这些结果暗示选择凸轮之间的直接交互免疫活性的和胰岛细胞表达的可能是一个重要的决定因素的接受或拒绝移植移植物。反过来,这考虑了有趣的可能性,功能性胰岛移植的移植和维护可以通过选择性增强调制的主要摄像头。

Claudin介导

24 claudin家族成员和2亚型的阻塞,通常关联到claudins, tetraspan膜蛋白,功能两个细胞外循环,四个跨膜a-helices部分,两个胞质循环,和N - c终端在细胞质中206年,207年)(图1)。这些分子的羧基端与佐薇的不同附件蛋白质相互作用,果酱,和cingulin家庭,每一个都由多个亚型,功能上互连claudins和occludins的细胞骨架肌动蛋白微丝骨架207年,208年]。Claudins occludin集中在焦接触点相邻细胞膜之间形成紧密连接。这些结构防止运动顶端之间的蛋白质和脂质和基底外侧区域的等离子体膜,从而提供这两个区域的结构和功能隔离(206年,208年导致细胞极性(图2)。通过防止液体的自由扩散,溶解物和细胞paracellular空间,紧密连接也有助于传授组上皮细胞的选择性渗透。紧密连接功能异构和形式的塑料结构的选择性渗透,随其claudin成分,可能会被各种kinase-dependent调制机制,由凸轮和触发细胞内信号(206年,208年]。他们进一步功能与各种胞质蛋白的相互作用,特别是佐薇和果酱的家庭的成员,以及肿瘤抑制蛋白,如膜相关鸟苷激酶(209年),这表明它们有助于细胞信号(图2)。

电子显微镜的胰岛细胞原位记录了网站之间的接触β细胞膜,超微结构方面的特点善意的紧密连接(210年)(图3和5)。因此,典型的紧密连接纤维已经被冻结记录本地β细胞的细胞膜内骨折(210年,211年]。然而,与大多数其他上皮细胞中观察到,这些纤维不β细胞周围形成一个连续带,因此,并不能完全密封在细胞间的胰岛空间(210年- - - - - -212年]。此外,这些纤维是罕见的小岛原位对自己的纯粹,令人担忧在活的有机体内存在(211年]。然而,结构和功能的证据,胰岛β细胞的紧密连接划小域膜(210年,211年,213年),可能是为了隔离膜的部分富含激素受体和葡萄糖转运蛋白,从那些胞外分泌的insulin-containing分泌颗粒发生(79年]。证据支持胰岛紧密连接的存在还包括快速在体外调制(214年]。最近,在全基因组的表达一些claudins已报告分析胰岛成绩单,和一个主要的一个特定claudin mRNA已经被记载在怀孕的啮齿动物的胰岛细胞(215年,216年]。这意外的和引人注目的观察表明,至少有一部分claudins参与胰岛功能在活的有机体内。鉴于此,在怀孕期间,β细胞迅速修改它们的质量和适应增加胰岛素分泌代谢需求由胎儿增长(217年,218年),现在仔细的实验方法测试可能是claudin /紧密连接参与这些结构和功能的适应性。

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(b)
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图5
Cx36介导胰岛素生产的直接耦合β肽。(一):透射电子显微镜显示邻近的膜β肽,被其内容在典型insulin-containing颗粒,通常由一个electronlucent分离细胞外空间,这在缝隙连接斑块明显缩小(箭头)。(b):冷冻断裂这样一个网站的电子显微镜揭示集群Cx36通道(箭头)的双分子层内β细胞的膜。箭头指向紧密连接短纤维,接合质密切相关。酒吧:250海里(a),和120海里(b)。

联接蛋白介导的

20个基因编码尽可能多的连接素(Cx)被发现在人类基因组中,在大量的染色体(6,35- - - - - -39]。所有连接素功能四个membrane-spanning领域联系在一起的两个细胞外和细胞内循环,和细胞质N - c端区域(图1)。n端,两个细胞外循环,和四个跨膜域形式α螺旋,在进化过程中高度保守的。相比之下,细胞内循环和糖是高度变量(6,35- - - - - -39]。六个联接蛋白分子,相同或不同类型的装配在他们从内质网到细胞膜的胞内运输,形成亲水通道的墙壁(6,35- - - - - -39]。vesicle-mediated插入到细胞膜后,这些渠道集中在小域称为缝隙连接。在这些网站,细胞间隙减少约2海里的“差距”,和两个相邻的接合质细胞连接的端到端,在细胞外空间,形成一个交叉的通道。联接蛋白通道渗透各种离子和更大的分子,包括胞质代谢产物,核苷酸,形态因子、维生素代数余子式、小肽和核酸片段(1,4- - - - - -6]。在缝隙连接,通过这些分子从一个细胞质到另一个被称为离子和代谢耦合,分别(图2)。的电导和渗透交叉的渠道和“hemichannels”都是高度选择性[6,35- - - - - -39),作为他们的残雪的函数组成,大小、形状、电荷渗透的分子(6,35- - - - - -39]。残雪渠道是开放的只有10%的一次又一次,取决于他们的残雪组成,可以封闭transjunctional电压、胞质酸化或免费的胞质钙的增加2 +(1,4- - - - - -7]。缝隙连接通道与产前发展,形态发生,许多组织和分化,以及成人系统的几个功能,包括细胞分裂和迁移,荷尔蒙传动,电气和机械同步,分泌,抗细胞毒性药物,酶缺陷的赔偿,和传输营养或致命的分子(6,35- - - - - -39,57]。的在活的有机体内相关性的残雪功能是支持的特定表型观察转基因小鼠中敲入,敲除或突变的选择连接素(6,35- - - - - -39,219年,220年]。进一步强调了这一发现的一些人类疾病相关的残雪突变或同义单核苷酸多态性(6,35- - - - - -39,219年,220年]。

β细胞是由小电和新陈代谢耦合缝隙连接(图4)由Cx36 [6,51,57,62年,221年- - - - - -230年)(图3- - - - - -5)。电耦合包括了整个小岛,表示的节奏和同步的电活动以及协调的Ca2 +期间观察到的振动glucose-induced大多数β细胞胰岛素分泌(85年,87年,223年,231年- - - - - -233年]。相比之下,代谢耦合可能更受限制,因为缝隙连接示踪剂只是交换了小群体的β细胞(59,227年,229年,230年,234年]。Cx36,要么同源重组后Gja9在β细胞基因或其条件删除,结果完全β细胞缝隙连接的解偶联和损失,排除补偿由另一个残雪同种型(65年,222年,226年,233年,235年,236年]。

单独的β细胞,可以不再被Cx36耦合通道,显示基底的胰岛素基因的表达,减少和降低胰岛素原生物合成(236年,237年]。缝隙连接尺寸与胰腺的胰岛素含量在大鼠治疗磺脲(211年,238年]。的表达之间的相关性也被记录下来Gjd2Cx36,编码的基因,该基因编码胰岛素(234年,239年,240年]。在发展中小鼠胰腺,表达Cx36最初发现时是第一波产生胰岛素的β细胞诱导(240年]。这是由于transactivation时间协会Gjd2由转录因子Beta2 / NeuroD1也是必不可少的β细胞分化和成熟241年]。单一β细胞也显示增加基底释放胰岛素,可怜的nil glucose-induced胰岛素释放,海拔在自由胞质钙(75年,232年,242年- - - - - -246年]。这些影响的几个正在快速可逆后reaggregation [75年,232年,242年- - - - - -246年]。集群也促进β细胞分泌和biosynthetically活跃的招聘77年,237年,243年- - - - - -245年]。类似的结论被暴露达到完整的小岛条件阻止残雪频道(149年,246年]。胰岛素生产细胞株,缺乏葡萄糖浓度正常响应,不表达Cx36,而行保留至少部分原生β细胞的葡萄糖响应性表达这种联接蛋白(6,231年]。

在老鼠身上,Cx36表达增加的收购β细胞正常葡萄糖敏感性[239年),减少高脂肪饮食后,导致葡萄糖耐受不良(240年]。在活的有机体内,转基因小鼠的β细胞过表达islet-ectopic Cx32也不能容忍葡萄糖,由于减少glucose-induced胰岛素释放(247年]。Cx36零老鼠不释放胰岛素正常跳动的时尚,由于失去正常细胞间同步的Ca2 +葡萄糖刺激引起的瞬变(62年,222年,226年,233年]。这些小岛也显示增加基底释放胰岛素(62年,222年,226年,248年胰腺),这是一个自治的缺陷(222年,231年]。过度基底分泌和发现是一致的非耦合β细胞不再可以被超极化电流产生在附近,休止细胞(226年,248年],延长了响应的衰减β细胞葡萄糖刺激停止后(226年]。葡萄糖响应性的丧失是符合常规的振荡输出在第一和第二阶段的胰岛素胰岛素释放的62年,222年,226年,248年]。在老鼠身上,失去Cx36不会引起明显的糖尿病(62年,222年,233年),但原因不耐受餐后血糖水平的结果在活的有机体内减少循环胰岛素的振荡233年]。这种减少与改变振幅和衰变226年]glucose-induced胰岛素分泌的第一阶段,以及减少胰岛素振荡在第二阶段(233年]。数据表明Cx36占据突出的分层位置多因子的调节胰岛素的动态,这是血糖控制中心(2,249年]。

在活的有机体内,失去Cx36糖分会让β细胞药理和免疫学的侮辱,包括诱导细胞凋亡的细胞因子在1型糖尿病的发病235年]。相反,转基因小鼠overexpressing Cx36或其他残雪亚型,出现完全防止相同的侮辱(235年]。这种保护机制,这可能部分解释为β细胞耦合的程度,还有待充分阐明。Cx36也可能导致β细胞质量的规定,鉴于细胞凋亡是生命β细胞的主要决定因素,和β细胞耦合增强,怀孕期间荷尔蒙的(250年),一个条件与显著增加β细胞增殖和细胞凋亡减少。这种效果,然而,既不是直接,也不是线性的62年,222年,251年]。

残雪通道允许快速、diffusion-driven和耦合之间的双向交换的分子细胞,平衡的机制,迅速导致质量和电梯度(6,51]。因此,与其他细胞间通讯机制相比,残雪耦合是有利的在系统中细胞异质性的异步功能可能导致单个细胞(6,51]。β细胞的结构不同,生物化学,和功能方面,包括在生物合成、存储和释放胰岛素(4,6,57,77年,219年,228年,232年,242年- - - - - -244年,249年- - - - - -257年]。在这种情况下,耦合允许越来越多的分泌细胞的招募与细胞聚合和刺激的程度(77年,232年,242年- - - - - -244年,249年- - - - - -254年),可能是由平衡内在的异步功能异构β细胞。没有耦合,这种异步最有可能损害及时生产和释放足够数量的胰岛素维持normoglycemia。缺乏可检测表型杂合的老鼠Cx36 null和β细胞Cx36耗尽可以保存菌株表明normoglycemia Cx36[本地水平的一半62年,222年,233年,235年]。估计基于最小电导Cx36频道,需要保持glucose-induced Ca的细胞间同步2 +瞬变,表明Cx36信号受损时,约70%的原生Cx36水平丢失(233年]。正常的β细胞需要耦合的原因最有可能是由于这些细胞的功能异构性问题,对多种结构、生化和功能参数,尤其是胰岛素合成和分泌4,6,57,219年,228年,255年- - - - - -257年]。

耦合也可以代表β细胞的保护机制,由于不规则的Ca2 +Cx36振荡,造成损失,可能改变特定的β细胞基因的表达,和β细胞的抗凋亡235年,256年]。这些发现支持这一概念,glucose-induced胰岛素分泌极度依赖于信号由beta-to-beta细胞接触。进一步发现Cx36改变实验测试粘附的影响,193年,197年,198年)和EphA-dependent通路(166年]进一步表明Cx36可能是一个常见的几种信号机制合作伙伴在小岛,可能通过提供为他们的相声和/或最终,远端效应。

Cx36只有形式homomeric和同型的细胞间通道(6,35- - - - - -39),防止耦合β细胞与其他细胞的胞质信号分享他们需要换取协调自己的活动。这种选择性是适合适当的胰岛功能,尤其是β和α细胞功能在大多数条件下反对地。缝隙连接一直声称连接不同的胰岛细胞类型(258年),偶尔会在文化[耦合259年,260年]。然而,α和β细胞的直接证据善意的缝隙连接斑块尚未提供,示踪剂研究不支持大的发生这些细胞之间的耦合261年- - - - - -263年]。此外,α和β细胞功能2 +振动同步与伴细胞,α细胞振荡的同步异步与β细胞,在啮齿动物和人类胰岛(63年,262年,264年),这意味着缺乏同时Cx36-dependent耦合两种细胞类型。不过,因为大多数分泌细胞表达至少一个联接蛋白(6,57),目前尚不清楚为什么胰α细胞将是一个例外。胰高糖素分泌的正常振荡63年,263年]表明,α细胞也耦合,而是通过一种机制还有待解开。

小鼠的表型主要或完全耗尽Cx36显示典型的几种β细胞改变血糖紊乱,包括循环胰岛素减少振荡,葡萄糖耐受不良,增加基础分泌,减少glucose-induced胰岛素分泌的第一和第二阶段,并增加β细胞凋亡(51,62年,235年,248年,252年,256年]。自从人类β细胞也耦合Cx36 [234年),其编码基因位于染色体15 q14 [265年),一个与2型糖尿病相关的轨迹(266年),一个有趣的可能性是,改变Cx36信号可能与β细胞功能的丧失和大规模的人类诊所(267年]。这是支持的进一步发现Cx36的表达抑制慢性接触后几个循环分子导致这些疾病的发病机制,包括高浓度的葡萄糖、脂肪酸,氧化低密度脂蛋白,和细胞因子(235年,268年- - - - - -270年]。如果还没有人类Cx36致病作用的证据,这一概念是由一些动物和基因研究。老鼠发展中葡萄糖耐受不良,肥胖、胰岛素抵抗、外围高血糖、高胰岛素血症、高脂肪饮食后,增加β细胞群特性glucose-induced胰岛素分泌减少,Cx36表达式,和β细胞耦合(240年]。老鼠失效了Gjd2特性在β细胞功能改变,让人想起那些在人类之前公开的糖尿病的发展(例如,失去胰岛素振荡),后来,描述疾病(例如,增加基底释放胰岛素和失败增加胰岛素输出在餐后血糖浓度)(51,62年,235年,248年,252年,256年]。一个编码序列的单核苷酸多态性GJD2已被证明是致病的形式epilepsia股票与2型糖尿病的一个复杂的遗传模式(271年,272年),这表明遗传Cx36微妙的变化可能是人类致病。Cx36信号缺陷可能进一步提高循环的改变营养物质,特别是长期高血糖、高脂血症,消极地影响Cx36表达式(267年- - - - - -270年]。在老鼠身上,Cx36关联的水平在活的有机体内电阻的β肽观测到条件下繁殖细胞凋亡在1型糖尿病的发病235年,256年]。这是否是由于Cx36-dependent增强他们抵抗和/或改善修复机制仍有待确定。与这些研究结果一致,Th1细胞因子减少Cx36表达在转录水平(256年,改变表达式的Cx36成绩单已经检测到在I型糖尿病模型的全基因组扫描257年,273年]。

鉴于上述情况,问题是我们是否能够利用残雪生物学发展创新的治疗方法血糖紊乱。引人注目的是,磺脲,刺激胰岛素释放的β细胞的2型糖尿病患者,也促进了组装Cx36渠道和提高β耦合(211年,227年,238年,249年,274年),打开搜索其他创新分子针对Cx36 [274年]。这个联接蛋白也可能不能一次性即将实现的细胞疗法使用替代胰岛素生产细胞替换丢失或损坏的β细胞。这替换意味着移植细胞成为功能集成在宿主组织,这可能将涉及发展的适当Cx36-dependent细胞相互作用。胚胎干细胞和祖细胞在这个角度来看,到目前为止测试与适度的结果产生临床上有用的insulin-containing细胞而言,缺乏Cx36 [275年- - - - - -277年]。最近,迫使这联接蛋白异构体的表达促进神经元分化的祖细胞(278年]。是否可能同样适用于β细胞,这与神经元具有许多共同的特征,包括Cx36表达式,还有待证明。

6。现在和未来

β细胞共同作为多细胞系统,因此,在功能上集成在胰岛细胞的多种机制间接和直接的细胞间通讯。我们现在知道,许多的机制涉及到不同的家庭完整的膜蛋白,互动,和在功能上的重叠部分,以确保适当的胰岛细胞的功能。如果有说服力在活的有机体内现在支持生理相关证据的作用至少其中一些蛋白质,许多问题还有待解决,包括他们的分子和细胞机制控制β和α细胞功能?什么是他们的等级地位的错综复杂的网络途径支持重要的胰岛素和胰高血糖素的生产?这些蛋白质会与血糖紊乱,特别是在1型和2型糖尿病?他们是在表达和/或功能改变这些疾病的后果吗?我们可以采取这些蛋白质的好处,发展创新的治疗方法对β细胞疾病?许多挑战和障碍无疑将使这些问题的实验方法,特别在活的有机体内而在人类。不过,面临的挑战是值得的,因为回答其中的一些问题可能会提供新颖的看法的胰腺β细胞相互作用,以确保适当的控制血糖和新陈代谢。在一个乐观的角度来看,我们希望这样的一套知识分子和细胞的基础目标相关疾病的治疗,具有极高的医疗、社会和经济成本,已经在世界范围内的通病。

确认

作者是支持由瑞士国家科学基金会(310000 - 109402,CR32I3_129987 IZ73Z0_127935),青少年糖尿病研究基金会(40-2011-11和40-2011-11)和欧盟(BETAIMAGE 222980;IMIDIA;C2008-T7和BETATRAIN 289932)。