胰岛β细胞系研究概况

赵冬冬，杨沛霖，段佳慧，林树梅

(沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁沈阳 110866)

专论与讲座

胰岛β细胞系研究概况

赵冬冬，杨沛霖，段佳慧，林树梅*

(沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁沈阳 110866)

胰岛具有控制能量代谢的重要作用。全球糖尿病发病率快速增加，引起了科学家对胰岛细胞生物学研究的重视。然而，胰岛分离困难,且费用昂贵，胰岛功能在生物及分子水平上很难获得更加全面的认识。过去胰岛来源的细胞系由于其分化不稳定，仅作为原代胰岛细胞的替代品。如今，人们通过紫外线照射、病毒转染等方法建立了多种胰岛β细胞系，保持了很多正常胰岛的关键功能特性，而成为研究胰岛细胞生物学的有效工具。不同种类细胞系的生物学特征各有不同，根据研究需要，采用基因工程的方法创建更适合的亚系，是迄今为止改善细胞系特性的主要方法，为不同方面的研究提供便利。

细胞系；胰岛；糖尿病

糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是由于胰岛素分泌发生障碍引发的一种高血糖症。如今，全世界的糖尿病患病人数已经达到1.5亿人，并且发病率将会在未来的20年内翻一倍，其中近93%为Ⅱ型糖尿病[1]。糖尿病及并发症会给病患造成极大的痛苦[2]。胰腺中分散存在着胰岛，具有4种内分泌细胞，并起到重要的调控能量代谢作用。其中β细胞分泌胰岛素，对于血糖的控制方面相比其他细胞尤为重要，β细胞功能异常是Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病发病的关键因素，所以引起科学家对β细胞生物学研究的重视。由于胰岛β细胞系与正常胰岛β细胞的功能特性有很多相似之处，还具有可控性、均一性、易于观察检测、费用相对经济等优点，因而成为生物学研究的重要工具[3]。功能完善的β细胞系应该具有成熟β细胞的所有特性，例如高胰岛素含量、胰岛素合成分泌、生理刺激下调控胰岛素基因的表达等。从可供移植的胰岛素瘤细胞系的建立开始，β细胞系的研究取得了长足的进展，本文将对已经建立的β细胞系做一介绍，并讨论近几年它们作为各种实验模型的研究价值。

1 INS细胞系

INS细胞系来自胰岛β细胞经过放射线照射诱导成的瘤细胞。胰岛素原Ⅰ、Ⅱ多肽含量和大鼠正常胰岛β细胞的含量相似，其胰岛素含量为8 μg/106～10 μg/106细胞，经过2年(约80代)仍可稳定表达。INS细胞系具有正常胰岛β细胞的绝大部分功能性质，在体外通过免疫荧光染色之后，大部分细胞内胰岛素表达呈现阳性，而生长抑素、胰高血糖素、胰多肽则无表达。INS细胞系包括INS-1和INS-2，其中INS-1细胞系是通过辐射诱导成胰岛β细胞瘤，再把2-巯基乙醇(2-EM)加入到肿瘤细胞培养液中所建立的。这些细胞与胰岛β细胞有相似性，能够对生理浓度下葡萄糖的刺激做出反应以及分泌较多的胰岛素，因此，它可以为研究有关胰岛β细胞生理过程提供有价值的信息[4]。另外，此细胞系对环境应激刺激高度敏感，如氧化应激，这是由于该细胞内氧自由基清除的酶较少。这一特性使它成为研究细胞毒素与氧自由基介导的功能异常的理想模型[5]。INS-1细胞系还可以用来研究某些生长因子对β细胞的影响[6]。Beatriz等通过链脲佐菌素(STZ)体外诱导破坏INS-1细胞，探讨咖啡米皮提取物对其保护作用，研究结果表明，添加咖啡米皮提取物的ISN-1细胞存活率增加，推测该提取物可能是一种潜在的通过抗氧化作用调节胰岛素分泌功能的抗糖尿病物质[7]。目前INS-1还被用于研究血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)对大鼠INS-1细胞增殖、凋亡、胰岛素分泌以及相关基因表达的影响，并得出VEGF在高糖状态下对β细胞凋亡和胰岛素分泌有抑制作用，为探索VEGF在糖代谢中的作用提供了新的线索[8]。作为另一种细胞模型来研究IL-1β诱导INS-1细胞凋亡，来探讨寒温并用方对其保护作用中，证明了寒温并用方可以抑制IL-1β诱导的INS-1凋亡并促进INS-1细胞增殖，这在炎症性胰岛细胞受损糖尿病的预防及治疗中起到重要作用[9]。

2 NIT细胞系

被经常作为Ⅰ型糖尿病机制研究模型的NIT细胞系，它是在胰岛素启动子控制下表达SV40 T抗原的胰岛β瘤细胞。NIT细胞系只能分泌胰岛素，不能分泌生长抑素、胰多肽等其他胰岛内分泌激素。但是通过研究发现，经过18代培养后的NIT细胞系，大部分仍保持有分泌胰岛素的能力，只有极小部分细胞会分泌出胰高血糖素。通过放射性免疫检测，发现细胞培养液中胰高血糖素含量占胰岛素含量的0.3%。在该细胞内胰岛素的mRNA表达水平要远远高于胰高血糖素的mRNA表达水平，生长抑素的mRNA则没有表达。然而，NIT-1细胞在免疫学研究中有一定的限制性，其原因是它的细胞表面有一种亲嗜性逆转录病毒并且还表达T抗原[10]。由于NIT-l细胞转染葡萄糖调节蛋白78(GRP78)后所得到的NIT-GRP78具有抵抗炎症因子及链脲佐菌素的能力，避免了细胞凋亡，故NIT-GRP78经常被用于GRP78在β细胞同种异体移植中的免疫抑制及保护能力。近几年，NIT细胞系也被应用于研究血管紧张素-(1-7)[Ang-(1-7)]对胰岛素分泌作用及其影响因素的研究模型，结果发现Ang-(1-7)能够提高NIT细胞摄取葡萄糖的能力并抑制其纤维化进程[11]。

3 RIN细胞系

RIN细胞系是在可供移植的胰岛β细胞瘤中建立得到的，这个细胞系能够分泌生长抑素、胰岛素以及胰高血糖素[12]。将近交系NEDH大鼠早期肿瘤细胞经过大剂量的射线照射之后得到了两种细胞系，它们分别为来自裸鼠肿瘤的RIN-m细胞系与来自NEDH大鼠肿瘤的RIN-r细胞系[13]。RIN-m5F细胞系是一种来源于RIN-m的亚系，具有很强的胰岛素分泌能力，目前该细胞系是试验中最容易培养的，经常被用做胰岛β细胞凋亡以及胰岛素分泌机理研究的试验模型[14]。但是RIN-m5F细胞系严重缺乏葡萄糖激酶和葡萄糖磷酸化酶，从而导致了代谢异常的现象，并且在葡萄糖转运方面也存在异常，因此，导致了该细胞系的胰岛素分泌(GSIS)反应现象不够理想。研究者采用RIN-m5F细胞系作为睡莲提取物有效成分(Nymphayol)对糖尿病的作用研究试验模型，其结果发现Nymphayol具有降低血糖的作用，原因是Nymphayol能够刺激胰岛素的分泌，并且会促进葡萄糖的吸收与利用[15]。

4 HIT细胞系

HIT细胞系经常被用作胰岛内分泌方面研究的理想模型，是从转染了猴病毒40(SV40)之后的叙利亚仓鼠(金丝熊)胰岛β细胞中分离得到的，HIT细胞系具有正常胰岛β细胞分泌胰岛素的特性，从其母系中筛选出分泌胰岛素较高的亚系获得了HIT-T15细胞系，这种细胞系保留了正常胰岛β细胞的许多特性，其中GSIS就与正常胰岛β细胞相近，也被广泛作为胰岛素分泌调节机理研究模型。进一步的研究发现，HIT-T15细胞系在分泌胰岛素的过程中也会有分泌胰高血糖素的现象[16]。此外，HIT-T15细胞系也作为匹格列酮对β细胞晚期糖基化终末产物抑制作用的研究，并且效果显著，同时也证明了匹格列酮具有保护β细胞的作用[17]。高翠翠等[18]利用此细胞系作为硫辛酸对高糖诱导的细胞保护作用机理的研究中发现，α-硫辛酸(α-LA)可以通过抑制氧化与凋亡来保护高糖诱导后的细胞，并证明了其保护作用与 GSK-3β有关。

5 βTC细胞系

βTC细胞系是通过将SV40的T抗原片段导入到小鼠的胰岛细胞核内并使其表达而建立的胰岛细胞系。该细胞系可以维持分化50代，能够产生胰岛素原Ⅰ和Ⅱ，并能有效地分泌胰岛素，GSIS葡萄糖最大刺激阈值要比正常β细胞低，葡萄糖浓度为0.5 mmol/L的时候，胰岛素开始分泌并且渐渐升高，其浓度升至1.25 mmol/L时[19]，胰岛素分泌量达到最大，其分泌量相当于30倍的基础分泌量，与此同时也可以分泌微量的胰高血糖素，而且培养20代以后，己糖激酶活化葡萄糖的能力也开始逐渐增强。Efrat等培养出了一种条件性转化分化更加成熟的胰岛βTC-tet细胞系。该细胞系可以在四环素抑制剂存在下表达SV40 T抗原，而在有四环素的情况下SV40 T抗原的表达被抑制。该细胞系在没有四环素存在情况下，保留正常葡萄糖反应以及高胰岛素含量等特性，剂量-效应曲线处于正常的生理范围内，并且活性比例与己糖激酶、葡萄糖激酶高度一致。如果在培养基内注入四环素，细胞将会出现停止生长的现象，但是并不凋亡，还会保持分泌一定量的胰岛素，3周以后GSIS会越来越弱[20]。

6 βHC细胞系

βHC细胞系也是来自于转基因的小鼠胰岛β细胞。该细胞系与βTC细胞系相比差异之处是体外培养周期不同，βHC细胞系建立于10周龄高度增殖的小鼠胰岛β细胞，而βTC细胞系建立于转基因的13周龄小鼠胰岛素瘤细胞。目前βHC细胞系已经建立了8个品系，都具有分泌胰岛素的特性。βHC细胞的谷氨酸脱羧酶(GAD)水平与正常胰岛细胞相似，与其他β细胞系相比要高。通过试验发现，βHC细胞系更适用于由于自身免疫造成β细胞功能障碍的Ⅰ型糖尿病研究模型[21]。在对Ⅰ型糖尿病的研究中，此细胞系的GAD水平要高于其他胰岛素瘤细胞系。βHC细胞系中表达MHCI型抗原，而其他的胰岛素瘤细胞系中却出现缺失的现象。有科学家用βHC-9细胞系证明了突触融合蛋白4(Syntaxin 4)与Synip抗体可以调节胰岛素的分泌[22]。

7 MIN细胞系

MIN细胞系与βTC细胞系相类似。其中MIN6对葡萄糖的刺激会发生反应，而MIN7对葡萄糖刺激却反应迟钝。MIN6可以分泌多种内分泌激素，不仅能分泌胰岛素，而且还可以分泌生长抑素、胰高血糖素以及脑肠肽，这种特性可以稳定持续30代。此外，MIN6也是β细胞发育和分化功能研究的一种模型，更是作为葡萄糖代谢及胰岛素分泌机理研究的很好模型。但是经过多次传代后，细胞的形态及生长的规律都会发生改变，而且MIN6会向低分化多潜能的前体细胞逆向转化，并完全丧失GSIS功能[23]。最近的一项研究表明，用MIN6细胞系破坏肥胖无脂肪JCR老鼠的胰腺功能的混合污染物，探讨胰岛素分泌的影响。结果表明，这种混合污染物会导致胰腺功能障碍，并且诱导糖尿病的发生[24]。不论是Ⅰ型还是Ⅱ型糖尿病都是由遗传和环境因素共同作用引起的[25]。近年来经过流行病学调查表明，儿童和青少年患Ⅰ型糖尿病(T1DM)的数目逐年增加。T1DM的病因复杂，可以用MIN6细胞来探索T1DM的发病机制[26]。

8 CM细胞系

CM细胞系是源于人的胰岛细胞系，最开始发现于原发性胰岛素瘤患者的腹水，该细胞系与健康的胰岛β细胞的抗原物质相近，通常用其作为体外模型来研究Ⅰ型糖尿病病患β细胞破坏的免疫机理。早晚期传代的CM细胞系都具有葡萄糖信号途径，并且能够表达与健康胰岛β细胞相近的胰岛素mRNA，所以说，该细胞系是作为β细胞信号传导与基因表达研究的常用模型[27]。但是近几年研究中发现，CM细胞系并不是体外试验的适宜模型，因为其在体外增殖过程中，染色体发生了异常。

9 结语

自1962年从可移植的胰岛素瘤发现开始到如今，对于胰岛细胞系的研究取得了很大进展。胰岛β细胞系由于在体外拥有很强的增殖能力常被用于糖尿病发病机理、胰岛素分泌机理，以及糖尿病治疗等的研究模型。但是以上介绍的细胞系仍存在不稳定特性，当培养过长的时间之后会出现胰岛素的含量降低、GSIS曲线向左侧移动的现象。因此，对如今存在的细胞系通过基因工程完善或从已建的细胞系中筛选出稳定的、分化成熟的以及功能完善的细胞系来改进这些缺点，是进行相关研究中亟待解决的问题。

[1] Hong O S,Buss J,Thomas E,et al.Type 2 diabetes and hearing loss[J].Dis Mon,2013,59(4):139-146.

[2] 李伟芳.老年2型糖尿病及其慢性并发症的相关研究[D].河南郑州：郑州大学，2015.

[3] 林娟娜.3'-甲氧基葛根素对H2O2氧化损伤INS-1胰岛β细胞的保护作用及其作用机制[D].广东广州：暨南大学，2014.

[4] Fei X,Jiang L,Liu X,et al.Bisphenol A induces oxidative stress-associated DNA damage in INS-1 cells[J].Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen,2014,769:29-33.

[5] Hohmeier H E,Tran V V,Chen G,et al.Inflammatory mechanisms in diabetes:lessons from the beta-cell[J].Int J Obes Relat Metab Disord,2003,27(S3):12-16.

[6] Li L,El-Kholy W,Rhodes C J,et al.Glucagon-like peptide-1 protects beta cells from cytokine-induced apoptosis and necrosis: role of protein kinase B[J].Diabetologia,2005,48(7):1339-1349.

[7] Fernandez-Gomez B,Ramos S,Goya L,et al.Coffee silverskin extract improves glucose-stimulated insulin secretion and protects against streptozotocin-induced damage in pancreatic INS-1E beta cells[J].Food Res Int,2016，89:1015-1022.

[8] 邓 浩，丁振宇，王 椿，等.VEGF对大鼠胰岛瘤细胞增殖、凋亡及胰岛素分泌功能的影响[J].四川大学学报：医学版，2016，47(1):33-38.

[9] 刘树林，李赛美，李小兵，等.寒温并用方对IL-1β诱导INS-1细胞凋亡的影响[J].吉林中医药，2015(12):1268-1271.

[10] 陈 晶，李 璟.糖尿病细胞模型及研究进展[J].临床与病理杂志，2016，36(4)：507-514.

[11] 张雪莲，杨金奎，尚 军，等.Ang-(1-7)与Mas结合促进NIT细胞分泌胰岛素[J].基础医学与临床，2012，32(8):906-910.

[12] Chick W L,Warren S,Chute R N,et al.A transplantable insulinoma in the rat[J].Proc Natl Acad Sci USA，1977,74(2):628-632.

[13] Gazdar A F,Chick W L,Oie H K,et al.Continuous,clonal, insulin- and somatostatin-secreting cell lines established from a transplantable rat islet cell tumor[J].Proc Natl Acad Sci，1980, 77(6):3519-3523.

[14] 覃海静，卢德成，邝晓聪，等.链脲佐菌素诱导急性非糖尿病小鼠胰岛β细胞凋亡模型的建立[J].广东医学，2015(9):1335-1337.

[15] Subash-Babu P,Ignacimuthu S,Alshatwi A A,et al.Nymphayol increases glucose-stimulated insulin secretion by RIN-5F cells and GLUT4-mediated insulin sensitization in type 2 diabetic rat liver[J].Chem Biol Int,2014,226:72-81.

[16] 李 鑫.Pdx1、Ngn3和MafA共转染大鼠肝细胞转分化成为胰岛素分泌细胞的实验研究[D]. 北京：中国医科大学,2014.

[17] Puddu A,Sanguineti R,Durante A,et al.Pioglitazone attenuates the detrimental effects of advanced glycation end-Products in the pancreatic beta cell line HIT-T15[J].Regul Pept,2012,177(1-3):79-84.

[18] 高翠翠，唐 雪，蔺 忆，等.硫辛酸对高糖诱导小鼠RIN-m5F细胞保护作用的机制[J].食品与生物技术学报，2015，34(9):949-955.

[19] 侯 健.人类血糖调控模型及其应用基础研究[D].黑龙江哈尔滨：哈尔滨工程大学,2013.

[20] Hohmeier H E,Newgard C B.Cell lines derived from pancreatic islets[J].Mol Cell Endocrinol,2004,228(2):121-128.

[21] Radvanyi F,Christgau S,Baekkeskov S,et al.Pancreatic beta cells cultured from individual preneoplastic foci in a multistage tumorigenesis pathway:a potentially general technique for isolating physiologically representative cell lines[J].Mol Cell Biol,1993,13(7):4223-4232.

[22] Saito T,Okada S,Yamada E,et al.Syntaxin 4 and SYNIP (syntaxin 4 interacting protein) regulate insulin secretion in the pancreatic β HC-9 cell[J].J Biol Chem,2003,278(38):36718-36725.

[23] O'Driscoll L,Gammell P,Mckiernan E,et al.Phenotypic and global gene expression profile changes between low passage and high passage MIN-6 cells[J].J Endocrinol,2007,191(3):665-676.

[24] Mailloux R,Fu A,Florian M,et al.A Northern contaminant mixture impairs pancreas function in obese and lean JCR rats and inhibits insulin secretion in MIN6 cells[J].Toxicology,2015,334:81-93.

[25] 张 许，朱云霞，韩 晓.MiRNA-24,miRNA-34a和miRNA-375抑制小鼠胰岛β细胞系MIN6细胞中Neurod1/BETA2的蛋白表达[J].医学分子生物学杂志，2015，12(4):197-201.

[26] Sun C,Xue L,Zhu Z,et al.Insights from lncRNAs profiling of MIN6 beta cells undergoing inflammation[J].Mediators Inflamm,2016,2016:1-10.DOI:10.1155/2016/9275106.

[27] Baroni M G,Cavallo M G,Mark M,et al.Beta-cell gene expression and functional characterization of the human insulinoma cell line CM[J].J Endocrinol,1999,161(1):59-68.

Introduction to Pancreatic Islet β Cell Lines

ZHAO Dong-dong,YANG Pei-lin,DUAN Jia-hui,LIN Shu-mei

(CollegeofAnimalHusbandryandVeterinaryMedicine,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang,Liaoning,110866,China)

Pancreatic islet has the important role in controlling energy metabolism.A rapidly increasing incidence of diabetes in the world has attracted the attention of the scientists in the islet cell biology.However,the separation of islet is difficult and expensive,the function of islet is difficult to obtain more comprehensive understanding in the biological and molecular levels.The cell lines of islet source were only used as a substitute for the original generation of islet cells because the differentiation is not stable in the past.Nowadays,people have established a wide variety of islet β cell lines through ultraviolet light,virus transfection and other methods,they keep a lot of normal key features,and become the effective tools for the study of islet cell biology.The biological characteristics of different kinds of cell lines are different.The main methods to improve cell line features so far are to create more suitable sublines by the method of genetic engineering according to research needs in order to provide conveniences for the different aspects of the study.

cell line;pancreatic islet; diabetes mellitus

2016-09-30

国家自然科学基金项目(31402160

赵冬冬(1992-)，女，辽宁阜新人，硕士研究生，主要从事动物生理与生殖内分泌学研究。*通讯作者

S852.163

A

1007-5038(2017)03-0115-04