胰岛内皮细胞和β细胞是胰岛的重要组分，两者在细胞功能和存活方面存在着密切的相互促进关系。同时，胰岛内皮细胞在糖尿病发病机制和治疗学中起到一定的作用。因此，深入探讨胰岛内皮细胞与β细胞间对话涉及的分子和信号通路将有利于理解胰岛功能调控机制，并可能为糖尿病治疗提供新靶点。
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胰岛内除β细胞、α细胞等内分泌细胞外，还存在着许多非内分泌细胞，这些细胞组分使得胰岛组成一个完整的器官结构从而发挥正常功能[1]。胰岛内皮细胞与胰岛细胞的功能和存活密切相关，其构成的微血管向代谢活跃的胰岛细胞输送氧气、运输葡萄糖、输出胰岛素，同时胰岛内皮细胞能直接影响胰岛素基因的表达、胰岛素分泌及β细胞存活等生理过程。反之，胰岛β细胞同样也可影响内皮细胞的功能和存活。研究显示，胰岛内皮细胞涉及糖尿病的发病过程，部分降糖药物对胰岛内皮细胞也具有保护作用。本文阐述胰岛内皮细胞与β细胞间对话涉及的分子、信号通路，并对胰岛内皮细胞在糖尿病发病机制和治疗学中的作用进行讨论。
胰岛是高度血管化的器官，具有密集的毛细血管网络和强大的微循环系统，尽管其体积仅占胰腺组织体积的1%~2%，却需要整个胰腺血流量的10%[2]。胰岛内皮细胞构成的毛细血管壁具有厚度薄和高度窗孔化的特征，有利于β细胞准确感知血循环中的葡萄糖水平并快速转运出β细胞分泌的胰岛素。胰岛内皮细胞表达典型的内皮细胞标志物，如血管性血友病因子、白细胞分化抗原（CD）31、CD105、CD146、细胞黏附分子等，可摄取乙酰化低密度脂蛋白，并且能相互间形成紧密链接。此外，胰岛内皮细胞还可表达其他特异性的表面分子，如α-1抗胰蛋白酶、nephrin蛋白等，表明其具有一定的异质性[3]。胰岛内皮细胞与β细胞之间的紧密联系对两者都具有重要作用，这些作用是通过可溶性因子、细胞外基质、细胞表面蛋白、细胞外囊泡等途径实现的。
作为β细胞最主要的分泌产物，胰岛素不仅能通过自分泌和旁分泌的方式促进β细胞的存活，还可通过磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信号通路上调胰岛内皮细胞中内皮型一氧化氮合酶（eNOS）mRNA的表达[4]，加快胰岛内血流速度和胰岛素运输。β细胞可分泌大量血管内皮生长因子（VEGF）-A，作用于内皮细胞上的VEGF受体而发挥作用。在强力霉素诱导的胰岛β细胞特异性过表达VEGF-A的小鼠中，胰岛内VEGF-A水平升高72 h后可观察到胰岛内皮细胞明显增殖[5]。此外，β细胞合成和分泌的促血管生成素-1（Ang-1）是一种强大的血管活性因子，可与胰岛内皮细胞上的特异性受体酪氨酸激酶2（Tie-2）结合而发挥作用。与正常小鼠胰岛相比，在β细胞特异性敲除Ang-1小鼠中，虽然胰岛微血管的密度无明显减少，但其超微结构出现明显改变，表现为排列紊乱的开窗和细胞膜穴样内陷，即其结构遭到破坏，提示Ang-1对胰岛内皮细胞及其构成的微血管系统具有保护作用[6]。
胰岛内皮细胞分泌的血小板反应蛋白1（THBS1）可激活转化生长因子β1（TGF-β1），具有抗血管生成，维持胰岛形态的作用。在大鼠胰岛β细胞系INS-1E和离体人胰岛中，应用小干扰RNA敲减THBS1，再给予棕榈酸干预后发现，敲减组β细胞凋亡较正常对照组明显增加，提示THBS1具有抗脂毒性介导的β细胞凋亡作用[7]。内皮素-1（ET-1）是一种血管收缩蛋白，低氧可促进胰岛内皮细胞ET-1的产生。以16.7 mmol/L的葡萄糖孵育原代小鼠胰岛，并给予ET-1干预，结果显示，ET-1（1 nmol/L~1 μmol/L）可剂量依赖性促进胰岛素分泌，提示ET-1对β细胞的胰岛素分泌具有直接促进作用。因此，胰岛内皮细胞可通过ET-1调控胰岛素分泌。胰岛内皮细胞可合成和分泌肝细胞生长因子（HGF），HGF也可以显著促进胰岛素分泌，且该效应可被HGF中和抗体所阻断[8]。胰岛内皮细胞和胚胎期产生胰岛素的内分泌细胞可合成分泌结缔组织生长因子（CTGF），出生后个体的胰岛β细胞即丧失分泌CTGF的能力。给予小鼠原代胰岛不同浓度的人重组CTGF干预4 d后，250 ng/ml的人重组CTGF干预促进β细胞增殖的能力约为空白对照组的2倍，证实CTGF具有直接促进β细胞增殖的作用[9]。
胰岛内的细胞外基质不仅可分隔细胞组织，在细胞的移行、增殖及存活过程中也可发挥调控作用。细胞外基质大部分存在于基底膜内，胰岛被周围的细胞外基质所包绕，其中包含胶原酶Ⅳ、层黏连蛋白等多种细胞外基质组分[10]。胶原酶Ⅳ可由胰岛内皮细胞合成，是基底膜的主要成分之一。分离人原代胰岛，在给予胶原酶Ⅳ对其干预3 d后，行葡萄糖刺激的胰岛素分泌试验，结果显示，与对照组相比，胶原酶Ⅳ干预组的胰岛素分泌量明显升高，提示胶原酶Ⅳ可促进β细胞分泌胰岛素[11]。层黏连蛋白是基底膜的另一种重要成分，在胰岛内由内皮细胞生成。利用小干扰RNA敲减INS-1E细胞系的层黏连蛋白受体67（67LR），48 h后观察贴壁情况并行葡萄糖刺激的胰岛素分泌试验，结果表明，与对照组相比，67LR敲减组细胞贴壁能力减弱，胰岛素分泌能力下降，提示层黏连蛋白在促进β细胞黏附和胰岛素分泌方面具有重要作用[12]。
多种细胞表面蛋白在胰岛内皮细胞与β细胞间对话中起到重要作用。胰岛细胞间的联系使得胰岛作为一个完整的单位，对于多种刺激做出反应。间隙连接蛋白（Cx）类是最重要的细胞表面蛋白之一，以寡聚体的方式在相邻的细胞间形成连接细胞间的间隙。Cx36是β细胞间最主要的Cx，分离全身性Cx36基因敲除小鼠的胰岛，分别给予不同浓度葡萄糖进行干预后，与对照组相比，基因敲除组小鼠胰岛在低浓度葡萄糖（5 mmol/L）刺激时胰岛素分泌增加，但高浓度葡萄糖（20 mmol/L）刺激时的胰岛素分泌能力减弱，提示Cx36在β细胞分泌胰岛素过程中发挥调节作用[13]。目前认为，在小鼠原代胰岛中，胰岛内皮细胞和β细胞均能表达Cx30.2。此外，除胰岛内皮细胞和β细胞外，小鼠胰腺外分泌组织中的细胞（如内皮细胞、平滑肌细胞、胰腺导管细胞等）同样也可表达Cx30.2。上述结果提示，Cx30.2调节细胞连接，可能在胰腺多种细胞发挥功能中起到同步作用[14]。
细胞外囊泡作为一种新型的调控物质，其在细胞间对话中的作用受到广泛关注。分离纯化人胰岛来源的细胞外囊泡，通过Western印迹、实时定量PCR（RT-PCR）等方法对细胞外囊泡成分进行检测后发现，细胞外囊泡存在多种细胞表面分子和胰岛特异性的因子（如胰岛素、C肽等）。此外，细胞外囊泡中还检测到多种涉及β细胞胰岛素分泌和内皮细胞血管生成的mRNA（如VEGF-A、eNOS等）及microRNA（如miR-27b、miR-126等），提示胰岛来源的细胞外囊泡为β细胞与内皮细胞间对话提供了分子或物质基础[15]。
1型糖尿病（T1DM）是由自身免疫机制介导的胰岛β细胞破坏所引起，在其病程早期，巨噬细胞和细胞毒性T细胞浸润胰岛。胰岛血管壁是阻挡自身免疫细胞浸润的一层物理屏障，故胰岛内皮细胞被认为是T1DM发病机制中一个重要靶点。除作为物理屏障之外，某些细胞因子能激活大鼠胰岛内皮细胞，通过释放NO诱导凋亡相关的半胱天冬酶的表达和DNA损伤，从而诱导β细胞的凋亡。柯萨奇B病毒是公认的T1DM致病因素之一，在感染该病毒后，人胰岛内皮细胞被激活，细胞黏附分子和促炎性细胞因子的表达上调，有助于在炎症或免疫反应中选择性招募白细胞，从而引起胰岛炎症[16]。
2型糖尿病（T2DM）的发病机制包括遗传和环境因素，由胰岛素抵抗开始，逐渐出现胰岛β细胞功能障碍。从机制上讲，糖毒性、脂毒性、胰岛素原的生物合成以及晚期糖基化终末产物的堆积共同损害β细胞，引起β细胞功能障碍。在T2DM患者中，血管内皮细胞也发生明显损伤。在离体培养的胰岛内皮细胞中，高糖可通过c-Jun氨基末端激酶信号通路，增加活性氧簇的产生，直接引起胰岛内皮细胞凋亡。在T2DM动物模型中，明显的内皮细胞损害和微血管病变的发生早于血糖的升高和β细胞的病理改变。在肥胖的Zucker大鼠中，胰岛内皮细胞增厚，失去窗孔结构，并伴有VEGF-A的mRNA和蛋白水平的升高；而过多的VEGF-A表达则可导致细胞外基质过度产生，并招募巨噬细胞和其他白细胞，从而引起胰岛炎症和胰岛纤维化[17]。因此，在T2DM发生过程中，内皮细胞功能障碍、过度生成的细胞外基质及炎症可能共同导致β细胞功能障碍。
胰高糖素样肽-1（GLP-1）由小肠L细胞分泌，具有葡萄糖依赖的促胰岛素分泌的作用，还可促进β细胞增殖，抑制β细胞凋亡，目前GLP-1类似物已广泛应用于治疗T2DM患者。已有研究显示，200 μg/ml晚期氧化蛋白产物干预原代大鼠胰岛内皮细胞可引起细胞凋亡，减弱细胞活力；而添加100 nmol/L GLP-1则可显著逆转其细胞凋亡和细胞活力减弱，该效应可被GLP-1受体拮抗剂Exendin（9-39）所阻断，提示GLP-1通过GLP-1受体而抑制胰岛内皮细胞凋亡，增加细胞活力[18]。在高脂喂养的基础上给予利拉鲁肽干预C57BL/6J小鼠4周，分离其原代胰岛后发现，与对照组相比，利拉鲁肽干预组胰岛内皮细胞增生明显减少，胰岛内VEGF-A表达水平下降，推测利拉鲁肽可能通过下调胰岛VEGF-A表达，减轻胰岛内皮细胞负荷，保护胰岛内皮细胞[19]。然而，作为另一类基于GLP-1的降糖药物，二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂对胰岛内皮细胞的作用则与GLP-1不一致。将小鼠原代胰岛移植到糖尿病小鼠肾包膜下，使用DPP-4抑制剂西格列汀治疗糖尿病小鼠10周后取出胰岛移植物进行免疫组化染色，结果显示，与对照组相比，西格列汀治疗组胰岛移植物的内皮细胞面积增加，内皮细胞增生明显[20]。GLP-1与DPP-4抑制剂间作用不一致的具体机制尚不明确，可能受到动物模型、药物剂量、干预时间等多种因素的影响。有关其他种类的降糖药物对胰岛内皮细胞的影响，目前尚缺乏相关研究证据。本课题组既往的研究显示，0.5 mmol/L棕榈酸可导致脐静脉内皮细胞的氧化应激损伤，而1 mmol/L二甲双胍可明显逆转上述损伤效应，提示二甲双胍对脐静脉内皮细胞氧化损伤的保护作用[21]。鉴于脐静脉内皮细胞与胰岛内皮细胞在结构和功能上的相似性，故而推测二甲双胍对胰岛内皮细胞同样也可能具有一定的保护作用。因此，胰岛内皮细胞可能是降糖药物发挥作用的一个潜在新靶点。
综上所述，胰岛内皮细胞与β细胞间通过可溶性因子、细胞外基质、细胞表面蛋白、细胞外囊泡等途径建立起紧密的联系，细胞间对话在这两种细胞的功能和存活方面相互影响。值得关注的是，胰岛内皮细胞在糖尿病的发病机制中发挥重要作用，并且某些降糖药物对胰岛内皮细胞具有保护作用。因此，胰岛内皮细胞有望成为预防和治疗糖尿病的潜在新靶点。
所有作者均声明不存在利益冲突
