生物标志物检测--打通免疫学研究道路的重磅组合拳!
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胰岛炎症导致肥胖相关2型糖尿病中b细胞胰岛素分泌失败。然而,关于驻留免疫细胞在这种背景下或在稳态中的作用,目前相关研究结果相对较少。

瑞士巴塞尔大学的一项研究中,作者试图鉴定胰岛中的免疫细胞,并研究它们在生理和疾病中的作用。通过比较C57BL/6和BALB/c小鼠,确定间充质细胞衍生的IL-33是胰岛免疫调节特征。发现ILC2s是胰岛中主要的IL-33反应细胞,通过分泌IL-13和GM-CSF诱导巨噬细胞和树突状细胞产生视黄酸(RA)。骨髓细胞来源的RA增强了b细胞的胰岛素分泌。胰岛IL-33-ILC2-髓样细胞回路在急性b细胞损伤后被激活,间充质细胞来源的IL-33协调胰岛中的免疫代谢串扰,而这种串扰促进了胰岛素的分泌。同时也表明胰岛驻留的第2组先天淋巴细胞刺激局部髓系细胞产生视黄酸,而视黄酸又反作用于b细胞。

 2 型糖尿病发生时,由于肥胖和遗传易感性,胰岛素的分泌无法补偿受损细胞对胰岛素的反应(即胰岛素抵抗)。白色脂肪组织(WAT) 是在肥胖相关代谢过程中持续激活 1 型免疫功能障碍。研究表明 2 型免疫细胞调节 WAT 功能并限制体重增加,肥胖期间交替激活的巨噬细胞、调节性 T 细胞 (Tregs)、嗜酸性粒细胞和第 2 组先天淋巴细胞 (ILC2) 改变为lean WAT 。

在肥胖和糖尿病期间,胰岛会发生炎性反应,葡萄糖、饱和脂肪酸和细菌产物刺激胰岛衍生的趋化因子和细胞因子(如IL-1b),并募集和激活巨噬细胞。而胰岛免疫系统的组成部分也可能有正向调节作用,在实验性 b 细胞消融模型中,巨噬细胞促进 b 细胞增殖和再生,但其他胰岛免疫细胞是否有助于b细胞功能的维持,目前仍未见详细研究和确认。

结果

IL-33的表达

为了将Th1-Th2免疫模式在代谢稳态中的作用扩展到胰岛,作者比较了BALB/c和C57BL/6小鼠株。BALB/c小鼠在腹膜内葡萄糖耐受量试验(GTT)中的血糖清除速度比年龄匹配的C57BL/6小鼠(图1A)更快,后者显示胰岛素分泌和受体活性,且身体和脂肪含量相当(图S1A)。尽管BALB/c小鼠比C57BL/6小鼠对胰岛素更敏感,但GTT期间各组间的循环胰岛素浓度相似(图1B)。与C57BL/6胰岛相比,BALB/c胰岛IL-33的表达增加,但Tslp(胸腺基质淋巴细胞生成素)和IL-25的表达没有增加(图1E),这意味着IL-33在胰岛中具有潜在的调节功能。

图1  IL-33在胰腺胰中的表达

使用IL-33-LacZ基因陷阱(IL-33Gt/+)报告菌株来观察胰腺中内源性IL-33的表达实验中证实胰岛中表达波形蛋白的主要群体是Sca-1+细胞(已通过流式细胞术分类),而不是富含b细胞和其他Sca-1细胞(图1K)。为了表征胰岛中的IL-33,作者用2型糖尿病环境的成分刺激胰岛。结果表明研究间充质细胞来源的IL-33作为胰岛应激信号调节内分泌功能的可能作用。编码IL-33受体IL-1受体样1(IL-1rl1,编码T1-ST2)的基因在CD45 +细胞中的表达高于非免疫细胞(图2A)。定量分析喂食周粮的BALB/c和C57BL/6小鼠的胰岛免疫细胞(参见图S2A中的门控策略)。每个胰岛平均含有6个pan-CD45+免疫细胞;巨噬细胞是主要的免疫亚群(图2B和2C)。得出常驻ILC2是胰岛中IL-33的主要应答者,同时内源性IL-33是维持胰岛ILC2群体正常分泌及功能的必要因子。

图2 胰岛IL-33反应细胞是第2组先天淋巴细胞

IL-33促进胰岛素分泌

为了检测IL-33信号在体内胰岛居民IL-C2s中的作用,作者每隔一天给喂食周粮的C57BL/6小鼠注射一剂(急性)或三剂(慢性)生理盐水或小鼠重组IL-33(图3)。结果提示:IL-33可能是b细胞功能的关键调节因子,并通过刺激胰岛素分泌介导快速降糖效应。

图3  IL-33治疗促进葡萄糖处理和胰岛素分泌

后续作者研究探讨IL-C2s是否能直接作用于b细胞。研究发现:与非条件培养基相比,IL-C2条件培养基改善了胰岛GSIS(图4I),而不影响胰岛素含量(图S4J)。数据表明,IL-33诱导的胰岛素分泌不是IL-33对b细胞的直接作用,需要通过IL-C2和IL-C2分泌因子介导。

图4  ilc2s可促进IL-33诱导的胰岛素分泌

IL-33-IL-C2轴诱导胰岛髓样细胞产生RA

胰岛IL-C2s产生IL-13和Csf2,已知其在巨噬细胞和树突状细胞中印迹RA产生能力。作者试图确定IL-33-IL-C2轴是否也促进了胰岛常驻髓样细胞中RA的产生。维生素A被乙醇脱氢酶氧化生成视网膜色素。然后,视网膜通过乙醛脱氢酶(ALDH)转化为RA,其主要亚型由Aldh1a2编码。与生理盐水对照组相比,IL-33剂量依赖性地上调胰岛中Aldh1a2的表达(图5A)。通过流式细胞术从盐水和IL-33处理的小鼠中分离胰岛巨噬细胞和树突状细胞。每个子集分别表达其谱系特征基因Emr1(编码F4/80)或Flt3,以确保其身份(图S5A)。结果提示:IL-33激活的IL-C2s以IL-13和Csf2依赖的方式印迹具有RA产生能力的胰岛常驻髓样细胞。树突状细胞而非巨噬细胞依赖内源性IL-33维持其在胰岛中的生理性ALDH活性。

图5  IL-33调节胰岛髓系细胞中产生视黄氨酸的能力

IL-33介导的胰岛素分泌依赖于维生素A

后续研究了IL-33诱导的胰岛素分泌是否依赖于RA信号。RA的药物形式,即全反式RA,在体外诱导胰岛分泌胰岛素,胰岛素含量与DMSO对照组相似(图6A和图S6A)。许多RA生物活性由RA受体(RARa、RARb和RARg)或视黄酸X受体(RXRa)介导,其基因表达可以自我诱导,观察到全反式RA完全上调。

图6  il-33诱导的胰岛素分泌需要维甲酸前体维生素A

慢性与急性胰岛炎症调节IL-33-IL-C2轴

为了研究IL-33-IL-C2轴在病理环境中的作用,小鼠喂食一周或高脂肪饮食3个月时,肥胖小鼠体重增加,GTT受损(图S7A和S7B)。与生理盐水对照组相比,肥胖并没有阻碍IL-33介导的IL-2或随后IL-33处理的小鼠胰岛中嗜酸性粒细胞的积聚(图S7E)。接下来,我们使用单次高剂量链脲佐菌素(STZ)选择性诱导b细胞损伤(图S7F)。结果提示:在肥胖期间,胰岛中的IL-33-IL-C2轴存在缺陷,并在急性b细胞应激后被激活。IL-C2s可能不仅促进胰岛素分泌,而且有助于损伤后b细胞的恢复。

图7  IL-33-急性胰岛的ILC2轴在慢性和急性胰岛压力期间发生改变

结论

研究进一步扩展了IL-C2s功能的理解,除介导组织保护和修复过程,还对炎症线索的反应表现出表型可塑性,包括IL-1b,在2型糖尿病期间,胰岛中IL-1b升高。

由巨噬细胞产生的微生物群驱动的IL-1b促进ILC3s释放Csf2,这种释放反过来调节吞噬细胞中RA的产生,并导致局部Treg稳态。研究表明,胰岛IL-C2s和髓样细胞之间类似的相互作用促进胰岛素分泌,因此这些相互作用与经典的免疫反应无关。维生素A或类风湿关节炎相关基因缺陷会阻碍胎儿胰岛的发育,并使b细胞质量和功能在成年期无法维持,确定常驻巨噬细胞,尤其是树突状细胞是胰岛内的内源性RA产生细胞。IL-33诱导的胰岛素分泌需要维生素A及其转化为RA。

研究已经确定了胰岛内的免疫代谢串扰,并表明这种串扰是由释放IL-33的间充质细胞启动的,并导致胰岛素分泌作用。IL-33作用于常驻IL-C2s,诱导髓样细胞产生RA的能力,以支持胰岛素分泌。

展望

该项研究指出IL-33作用于常驻IL-C2s,诱导髓样细胞产生RA的能力,以支持胰岛素分泌,IL-C2s可以影响b细胞生理学。阻断促炎性1型免疫,选择性激活2型免疫可以为糖尿病患者的免疫治疗提供可参考途径。

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