1型糖尿病中胰腺β细胞有丝分裂再生的临床前研究综述

《Diabetic Medicine》：Pancreatic β-cell mitogenic regeneration in type 1 diabetes: A preclinical review

　　

1型糖尿病（T1D）由自身免疫性破坏产生胰岛素的胰腺β细胞所致，导致高血糖症。症状性T1D的一线治疗是外源性胰岛素替代以维持血糖控制。胰岛移植治疗仅适用于少数个体，干细胞来源的胰岛移植疗法正处于临床开发阶段。近期T1D免疫治疗的进展使β细胞能够免受自身免疫破坏，延缓疾病进展。在此治疗背景下，内源性胰腺β细胞再生策略有潜力逆转T1D中的β细胞损失，恢复受调控的内源性胰岛素分泌和稳定的血糖控制。本综述评估了通过残余β细胞增殖实现β细胞再生策略的临床前文献。研究人员涵盖了潜在再生疗法的治疗目标，借鉴了T1D中残余β细胞功能、免疫治疗和胰岛移植研究中的经验教训。研究人员综述了14个不同靶点/机制的作用，这些靶点/机制具有支持其在β细胞增殖中作用及治疗再生潜力的体外和/或体内数据。研究人员特别关注DYRK1A在β细胞增殖中的作用，评估了支撑这一充分验证靶点的各类小分子抑制剂和体内研究。研究人员就未来如何优化临床转化提供了观点，包括改进药物开发、临床试验指标的考量、患者分层，以及联合再生与免疫治疗方法以保护新生再生β细胞的潜力。

论文主体内容总结

1 引言

1.1 内源性胰腺β细胞在营养稳态中不可或缺的作用

胰腺β细胞在营养稳态中发挥关键作用，响应代谢需求产生并分泌胰岛素。在健康个体中，β细胞整合代谢、内分泌和神经信号，协调适量胰岛素直接分泌入门脉循环，促进抑制肝脏葡萄糖输出并维持代谢稳态。健康人胰腺中约有10亿个β细胞，主要分布于约100万个胰岛中。胰岛由β细胞、产生胰高血糖素的α细胞、产生生长抑素的δ细胞、产生胰多肽的PP细胞和产生生长激素释放肽的ε细胞组成，这些内分泌细胞以合胞体方式协同工作，通过多层旁分泌调节维持最佳激素输出。胰岛血管化程度高，为代谢活跃的内分泌功能提供必需的氧气和营养，胰岛缺氧可诱导胰岛素分泌缺陷。此外，胰岛受自主神经系统双臂调节，协调进食后胰岛素分泌的头期，调节胰岛血流、胰岛素分泌张力和低血糖时的胰高血糖素反应。

1.2 T1D中的β细胞衰竭与当前治疗格局

T1D影响全球约950万人，由自身免疫介导的功能性β细胞损失、胰岛素缺乏及随之而来的高血糖症（若不治疗）所致。α和δ细胞似乎免受直接免疫攻击，导致胰岛结构失衡，这可能促成T1D期间α细胞功能障碍。T1D与深刻的危及生命的合并症相关，包括心血管疾病、慢性肾病以及全因死亡率增加3.5倍。大多数T1D患者通过外源性胰岛素注射管理血糖控制。尽管胰岛素替代疗法在治疗和管理T1D方面取得成功，但该方法存在局限性，包括难以匹配治疗剂量与代谢需求、患者自我管理负担、体重增加和低血糖风险。近期连续血糖监测技术的进展使混合闭环系统得以开发，但这些系统无法重现内源性胰腺β细胞复杂的生理性胰岛素分泌调节。

近期，免疫治疗已成为首个能够改变T1D自然病程的治疗方法，将焦点从已确立疾病的治疗转向预防和保存内源性β细胞功能。多种免疫导向策略，包括抗CD3单克隆抗体、β细胞耗竭、共刺激阻断和低剂量抗胸腺细胞球蛋白，已证明可保存C肽，尤其是在病程早期给药时。最值得注意的是，替普利珠单抗（teplizumab）——一种抗CD3单克隆抗体——已被证明可将早期阶段进展为需胰岛素治疗的T1D的速率减半，并已获批用于治疗无症状早期疾病。然而，免疫治疗对早期T1D的益处仅限于筛查项目中识别出的个体，且在于减缓疾病进展而非恢复β细胞质量。约50%或更多的T1D人群具有极低水平的残余β细胞功能，目前依赖胰岛素管理其T1D；因此，联合方法有潜力将益处扩展至临床诊断后数月或数年的个体。

少数T1D患者接受胰岛移植治疗以改善血糖控制并减少对外源性胰岛素的依赖；然而，该方法受限于供体供应、免疫抑制需求以及异位同种异体移植物长期表现不佳。同样，干细胞来源的β细胞样移植策略近期已产生临床概念验证数据，另有试验正在进行中。尽管是T1D治疗的重要进展，这些异位同种异体细胞移植需要管理受者的免疫系统，长期移植物稳定性和功能尚不明确。自体移植策略，即从待治疗个体生成个性化诱导多能干细胞来源的胰岛，正处于临床开发的早期阶段。

1.3 内源性胰腺β细胞再生的治疗潜力

由于不完美的血糖控制是糖尿病并发症和严重发病率的驱动因素，长期目标是开发疾病修饰方法以恢复T1D中的内源性胰腺β细胞功能、营养调控的胰岛素分泌和稳定的血糖控制。其中一种方法是内源性β细胞再生：开发增强个体内源性功能性胰腺β细胞质量的治疗策略。原位胰腺β细胞再生相对于替代策略具有多项潜在优势：β细胞在正确解剖位置形成，使胰岛素直接分泌入门脉循环，支持最佳血糖控制；新β细胞来源于接受治疗的个体，避免了与移植治疗相关的急性炎症反应、异物反应和同种免疫管理需求；恢复功能性胰岛结构从而"再平衡"T1D中的旁分泌调节；天然胰岛血管化支持最佳β细胞功能；胰腺神经支配对β细胞功能的自主调节至关重要。

尽管有这些潜在优势，治疗性靶向β细胞再生面临许多挑战：识别和验证生物学靶点及分子；开发药物/生物制剂以有效且安全地靶向T1D患者的β细胞再生；优化治疗窗口以实现胰腺靶点参与同时最小化脱靶效应；恢复临床意义的β细胞质量并与其他治疗进行基准比较；长期保护新生β细胞免受复发性自身免疫攻击。本综述聚焦于通过残余β细胞增殖实现β细胞再生，涵盖治疗目标、分子靶点和策略，并总结未来可能促进临床转化的创新观点。

2 T1D的β细胞再生途径

2.1 应实现何种程度的β细胞再生？

对于为T1D患者带来益处的疾病修饰再生疗法，目标是实现稳定的、营养调控的内源性胰岛素分泌、改善血糖控制并避免糖尿病并发症和合并症的发展。实现这一目标可能不需要完全恢复"正常"β细胞质量。例如，约25%的正常β细胞质量可能足以预防症状性T1D的发作。对T1D残余β细胞功能的分析显示，残余血清C肽反应相对较高的个体表现出降低的血糖变异性。刺激后C肽>970 mmol/L与胰岛素独立性相关，刺激后C肽>400 pmol/L可能代表赋予受调控胰岛素和胰高血糖素分泌的功能阈值，而C肽>200 pmol/L可能有助于血糖控制但不赋予受调控的胰高血糖素分泌。在病程较长者中，T1D诊断后2-5年85%的人可检测到C肽，诊断后>5年超过50%的人仍可检测到，大多数保留混合餐耐量试验刺激的C肽。Joslin奖章获得者队列中超过三分之二可检测到C肽，该队列T1D病程>50年。值得注意的是，空腹C肽>170 pmol/L者表现出餐后反应性β细胞功能。此外，长期T1D中即使低水平C肽也可能有助于代谢控制。

关于β细胞质量，一项研究中儿童T1D患者β细胞质量相对非糖尿病供体减少约88%，青少年和成人T1D患者减少约95%。另一项研究中，自身抗体阴性非糖尿病供体β细胞质量为797 mg，而伴有胰岛炎的T1D为47.9 mg，无胰岛炎的T1D供体为5.5 mg，强调了β细胞质量的显著个体间变异。残余β细胞的存在与诊断年龄正相关，与病程负相关。

2.2 靶向β细胞增殖是否是可行的再生途径？

组织学显示人类胰腺β细胞增殖率在出生后第一年达到峰值，随后在儿童期下降至成年期<0.5%的基线水平。尽管在部分长期T1D供体的残余β细胞中偶尔可检测到β细胞增殖，但在T1D儿童和青少年供体中更为普遍。然而，T1D期间胰腺β细胞自发再生的证据有限。从90%β细胞损失的时间点出发，结合免疫治疗以减少β细胞死亡，净β细胞生长率为0.1%在12个月内不会有意义地改变β细胞质量。然而，如果净生长率能提高至0.5%，指数增长曲线有潜力在12个月内再生健康胰腺中β细胞数量的一半以上。此外，1%的净生长率可在约9个月内生成完整的β细胞补体。如前所述，可能不需要完整的β细胞质量，25%-50%的再生可能足以实现显著的临床获益。

3 DYRK1A作为β细胞再生的靶点

3.1 DYRK1A作为β细胞再生靶点的鉴定与临床前验证

驱动人β细胞增殖再生的最充分表征靶点是双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶1A。Harmine——一种天然产物DYRK1A抑制剂——在高通量筛选中被鉴定为可诱导促有丝分裂基因MYC的小分子，其促有丝分裂活性在原代大鼠和人β细胞体外得到证实。在体内糖尿病小鼠模型中，harmine在部分胰腺切除小鼠中诱导内源性β细胞增殖率约3倍调节，并在免疫缺陷NOD-SCID小鼠的人胰岛异种移植物中同样有效。化合物2.2c重现了harmine对人β细胞异种移植物的主要促有丝分裂作用。在独立研究中，5-碘杀结核菌素被鉴定为β细胞促分裂原，随后被确认为DYRK1A抑制剂，可增强离体人胰岛和异种移植人胰岛及内源性小鼠β细胞的复制。此外，人胰岛中DYRK1A的shRNA敲低诱导增殖，提供了DYRK1A作为β细胞靶点的遗传学验证。

氨基吡嗪类化合物GNF7156和GNF4877已证明可通过DYRK1A和GSK-3B双重抑制促进啮齿动物和人β细胞体外增殖，遗传拯救实验显示DYRK1A在调节增殖中发挥更主导作用。GNF4877能够通过增殖拯救β细胞质量并改善RIP-DTA小鼠的葡萄糖耐量。Leucettines增强Min6小鼠胰岛素瘤β细胞增殖，8周Leucettinib-92治疗改善糖尿病Goto-Kakizaki大鼠的葡萄糖刺激胰岛素分泌和葡萄糖耐量。

GLP1R激动剂与DYRK1A抑制协同增强人胰岛异种移植物中的β细胞增殖：单独使用harmine或与GLP1R激动剂exendin-4联合治疗3个月，分别导致β细胞增殖从约0.15%基线增加2倍和3倍。重要的是，harmine和exendin-4联合治疗显著增加人β细胞质量、胰岛素分泌和异种移植小鼠的葡萄糖耐量。

总之，对DYRK1A作为可成药β细胞促有丝分裂靶点的信心来自于靶向该激酶的多种化学结构以及众多临床前啮齿动物研究证明内源性啮齿动物和异种移植人β细胞的促有丝分裂活性。

3.2 DYRK1A在其他组织中的作用及潜在脱靶效应

DYRK1A在人胰岛以外的多个组织中表达，因此考虑系统性抑制的潜在脱靶效应很重要。临床前研究未发现5IT或harmine与exendin-4联合治疗的非胰腺组织毒性或异常变化证据。此外，大多数使用模型系统的外周组织DYRK1A抑制研究提示积极治疗效应，包括促进心肌梗死后心脏修复、减少结肠癌和三阴性乳腺癌进展、银屑病和皮炎的抗炎作用以及减少阿尔茨海默病样病理。有趣的是，人促再生巨噬细胞与人胰岛共培养可增强harmine驱动的β细胞增殖，提示DYRK1A抑制对这些免疫细胞类型的有益作用。然而，唐氏综合征中21号染色体三体导致的DYRK1A过表达参与神经发育改变，而DYRK1A抑制可能干扰神经突生长，提示非脑渗透性DYRK1A抑制剂可能更适合用于T1D。

3.3 DYRK1A作用机制

DYRK1A属于CMGC家族蛋白激酶，其活性通过酪氨酸残基自磷酸化调节，作为脯氨酸导向激酶，DYRK1A磷酸化含R-X(XX)-S/T-P共有基序的底物。推定DYRK1A底物包括微管相关蛋白Tau、细胞周期蛋白D1、FOXO1和LIN52。Wang等人鉴定DYRK1A/钙调神经磷酸酶/活化T细胞核因子通路为harmine响应中β细胞增殖的潜在介导因子，DYRK1A介导的NFAT磷酸化促进其在细胞质中滞留，而DYRK1A抑制促进NFAT去磷酸化并转位至细胞核以转录参与细胞增殖的基因。然而，NFAT过表达单独不足以诱导β细胞增殖，Wang等人提出DYRK1A抑制和LIN52磷酸化缺失破坏抗有丝分裂DREAM转录抑制复合物，驱动β细胞增殖。虽然许多研究聚焦于DYRK1A，但抑制DYRK1A和DYRK1B两者才能实现最大β细胞增殖，提示这些密切相关激酶之间的潜在功能冗余。细胞周期抑制剂p27Kip1的磷酸化被鉴定为DYRK1A/B依赖性并与啮齿动物和人β细胞增殖相关。尽管取得了显著进展，负责调节增殖的DYRK1A和DYRK1B β细胞底物仍有待最终确定。

除DYRK1抑制在促进β细胞增殖中的作用外，现有证据表明靶向额外信号通路可增强此效应。GSK3β抑制、ALK5/TGF-β和TGF-β/SMAD信号抑制或通过GLP1R激动作用激活cAMP/PKA通路均可增强DYRK1抑制介导的β细胞增殖。总之，这些发现提示靶向DYRK1A/B联合互补通路的组合方法可能代表促进T1D β细胞再生的临床可行策略。

4 参与驱动β细胞增殖的其他靶点和机制

4.1 表观遗传调节因子：Menin和Sirt2

妊娠期间人胰腺β细胞质量可增加至1.9倍，反映β细胞数量增加。啮齿动物妊娠期β细胞质量扩张更为显著，长期确立的β细胞促分裂原催乳素通过降低β细胞menin水平驱动增殖。Menin抑制剂Icovamenib治疗T1D的2a期试验初步结果已确立12周治疗期间增强C肽的概念验证疗效，在T1D诊断3年内且残余C肽水平较高的个体中获益最大。SIRT2抑制可增强啮齿动物和人β细胞体外增殖，基因缺失在高血糖期间增强小鼠β细胞体内增殖。β细胞靶向GLP1-SIRT2反义寡核苷酸偶联物增强链脲佐菌素诱导糖尿病小鼠的β细胞增殖，但不足以改善血糖水平。

4.2 细胞因子信号和免疫调节因子

小分子β细胞促分裂原筛选鉴定出WS6，可促进啮齿动物和人原代β细胞体外增殖，并通过增强β细胞增殖拯救RIP-DTA糖尿病小鼠的血糖控制。蛋白结合伴侣分析鉴定PA2G4和IKBKW为可能靶点。RANKL抑制不仅减少NOD/ShiLtJ小鼠的胰岛炎，还增加β细胞增殖，提示T1D中的双重治疗用途。TBK1抑制使用小分子PIAA在斑马鱼表型筛选中促进β细胞增殖，通过增强cAMP生成和PKA激活，增强STZ诱导糖尿病小鼠的功能性β细胞质量，并使离体人原代β细胞增殖增加约4倍，同时增强葡萄糖刺激胰岛素分泌。

4.3 组织发育和稳态调节因子

YAP1是Hippo信号通路的下游效应因子，在发育过程中多种组织的生长中发挥作用。YAP1在成熟β细胞中是"不允许"基因，但组成活性形式YAP的过表达诱导活性β细胞增殖约9倍和约3倍增加。R-spondin1肽给药在人胰岛异种移植物中诱导6至12倍β细胞增殖增加，而18周稳定化Fc-RSPO1融合蛋白治疗在NOD/MrkTac T1D小鼠中诱导内源性β细胞质量约4倍扩张。激活转录因子6是关键的未折叠蛋白反应基因，通过诱导E2F1在高血糖期间增强β细胞增殖，展示了β细胞葡萄糖代谢、胰岛素加工、蛋白质稳态和增殖之间的联系。

4.4 神经递质和中枢神经系统

γ-氨基丁酸是神经递质和β细胞自分泌兴奋因子。口服GABA 5周使人胰岛异种移植物中β细胞增殖增加约4倍，循环胰岛素增加约2倍。然而，近期一项随机临床试验评估口服GABA制剂每日给药6个月，未发现β细胞再生的证据。Moulle等人的研究阐述了自主神经系统在调节啮齿动物β细胞增殖中的双重作用，中枢营养感知通过副交感信号促进β细胞增殖，而外周营养感知依赖于降低交感张力以增强β细胞增殖。甘氨酸或β-丙氨酸激活甘氨酸受体通过PI3K/mTORC1信号激活增强啮齿动物和人原代胰岛中β和α细胞增殖。原代人胰岛细胞遗传敲低筛选鉴定GPR3为增殖负调节因子，GPR3缺失通过盐诱导激酶2激活增加β细胞增殖。

4.5 肠道激素

肠促胰岛素GLP1通过GLP1R增强啮齿动物和人胰岛的葡萄糖刺激胰岛素分泌。其在β细胞增殖中的作用更为复杂，在啮齿动物胰岛中有一定促有丝分裂能力，但在人类中证据有限，这可能是因为exendin-4的促有丝分裂效应仅在来自<9岁供体的异种移植人胰岛中检测到。然而，有证据支持GLP1R激动剂与DYRK1A抑制的协同效应，提示GLP1R激动剂作为β细胞再生辅助治疗的潜在作用。近期出版物使用cDNA文库筛选策略鉴定betagenin为β细胞促分裂原，基因修饰小鼠证明增加的betagenin可在糖尿病和非糖尿病小鼠中驱动β细胞质量扩张。Betagenin由TM4SF20基因编码，该基因在肠道中高表达。

5 有丝分裂后β细胞是否具有功能？

成熟胰腺β细胞寿命长，增殖率相对较低。当寻求治疗性增加β细胞增殖率以扩张β细胞质量时，考虑这可能对β细胞功能和存活产生的影响很重要。首先，儿童早期相对较高的β细胞增殖率最终产生完全功能性β细胞质量，大致表明增殖不损害长期β细胞功能。然而，在一项利用Ins-C-myc转基因渗漏的小鼠研究中，有丝分裂后β细胞被发现功能上不成熟。转向上述临床前文献，经GNF7156或GNF4877处理的人胰岛显示增殖显著增加但在体外和移植入STZ处理的NOD-SCID小鼠后保持葡萄糖刺激胰岛素分泌。同样，5-IT处理的胰岛显示增强的增殖和葡萄糖刺激胰岛素分泌。harmine和exendin-4双重治疗人胰岛异种移植小鼠3个月导致通过增殖显著扩张β细胞质量，在停止治疗后1个月保持稳定。此外，治疗组β细胞大小、凋亡和分化未改变。TBK1抑制增强人原代β细胞增殖和葡萄糖刺激胰岛素分泌。最后，人胰岛中YAP1表达增加β细胞增殖而不损害分化。总之，证据平衡表明β细胞增殖不损害功能或存活；然而，需要更多工作，特别是聚焦于人β细胞和再生β细胞质量在自身免疫背景下的长期持久性。

6 未来方向

本综述提供了临床前文献中大量具有驱动T1D β细胞再生潜力的靶点和分子的横截面。尽管过去20年取得显著进展，相对于其他治疗方法，临床转化的证据有限。这可能归因于多种因素，包括缺乏T1D免疫治疗（直到最近），可能使新生再生β细胞易受免疫攻击。随着第一代T1D免疫治疗现已进入临床使用，更多在开发中，预期T1D β细胞再生临床试验的兴趣将增加。此外，近年来已启动三项T1D β细胞再生2期试验，其中NCT06152042的初步结果显示积极效应。

临床前文献为β细胞再生提供了丰富的潜在靶点，工具化合物通常用于建立概念验证数据。需要进一步工作开发高质量药物样小分子或治疗药物，以生成T1D β细胞再生的可行药物先导物。此外，β细胞特异性药物靶向策略的发展将解锁更多药物先导物，特别是对于在其他组织中有负面效应的靶点。例如，harmine与HPi1单克隆抗体偶联递送相对于未偶联harmine在啮齿动物人胰岛异种移植物中产生约4倍增殖率增强。

未来重要的治疗策略可能是将免疫治疗与促进β细胞再生的方法相结合。这种方法的合理性得到免疫干预即使在临床诊断后也能保存残余β细胞功能的证据支持。在PROTECT试验中，诊断后不久给予teplizumab在78周时显著保存刺激后C肽。这提示抑制自身免疫攻击可能为再生机制恢复β细胞质量提供更允许的环境。测试这种组合方法，特别是在无症状筛查检测的早期T1D或新诊断症状性T1D且保留大量β细胞储备的个体中，代表重要的未来方向。作为未来临床试验的前驱，更大程度利用NOD/ShiLtJ小鼠等自身免疫临床前模型可能有助于评估再生β细胞在有或无组合免疫治疗下的长期持久性和功能性。未来试验将需要有效方法评估β细胞功能变化。刺激后C肽浓度和CGM时间范围提供了内源性β细胞功能和血糖控制的关键指标。此外，胰腺β细胞无创成像的近期进展提示该技术可能实现β细胞质量的动态和终点测量以监测疾病进展、预防和逆转。患者分层可能至关重要：残余C肽较高者更可能在给定治疗时间内达到关键功能性β细胞阈值。同样，较年轻年龄可能赋予β细胞增殖率更大的可塑性。

最后，虽然本综述聚焦于T1D，约20%或更多的T2D患者患有严重胰岛素缺乏性糖尿病，也可能受益于再生性β细胞治疗。