GLP-1 receptor signaling increases PCSK1 and β cell features in human α cells

引言

2型糖尿病（T2DM）的主要特征是胰岛功能障碍，具体表现为β细胞胰岛素分泌不足和α细胞胰高血糖素分泌过多。胰高血糖素样肽-1（GLP-1）是一种由肠道L细胞和胰岛α细胞产生的肠促胰岛素激素，能够增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）。GLP-1通过其受体GLP-1R发挥作用，激活腺苷酸环化酶，增加细胞内cAMP水平，从而增强胰岛素分泌。除了在L细胞中产生外，α细胞在特定条件下也可以表达前 prohormone convertase 1/3（PC1/3，基因名为PCSK1），并产生GLP-1。然而，α细胞中PCSK1表达的调控机制尚不清楚。

 

研究方法

研究团队通过一系列体内外实验，探讨了GLP-1R激动剂利拉鲁肽（liraglutide）对α细胞GLP-1和PCSK1表达的影响。实验设计包括：

动物实验：使用 tamoxifen 诱导的β细胞特异性GLP-1R敲除（KO）小鼠模型，评估利拉鲁肽对α细胞GLP-1生产和PCSK1表达的影响。

单细胞RNA测序（scRNA-Seq）：应用DART-Seq技术，对人类胰岛细胞进行单细胞转录组分析，以高灵敏度检测低丰度转录本。

免疫组化（IHC）：对小鼠和人类胰岛样本进行免疫染色，以验证GLP-1和PCSK1的表达变化。

活性GLP-1测量：使用电化学发光免疫分析法测量人类胰岛样本中活性GLP-1的含量。

研究结果

β细胞GLP-1R信号增强α细胞PCSK1和GLP-1表达

小鼠模型实验：

图一

研究发现，利拉鲁肽处理能够显著增加野生型（WT）小鼠胰岛中GLP-1的染色强度，而在GLP-1R敲除（KO）小鼠中则无此效果（图1B和1C）。

免疫共染色显示，利拉鲁肽处理显著增加了WT小鼠α细胞中PC1/3与胰高血糖素的共定位，而在KO小鼠中未观察到这一现象（图1D和1E）。

进一步分析发现，β细胞GLP-1R的缺失导致胰岛中中央定位的α细胞数量增加，表明β细胞GLP-1R信号对维持正常的胰岛形态具有重要作用。

DART-Seq技术验证：

图二

DART-Seq技术改进了对低丰度转录本的检测灵敏度，特别是在人类胰岛α细胞中检测到PCSK1表达（图2A至2C）。

通过DART-Seq分析，研究发现利拉鲁肽处理显著增加了人类胰岛α细胞亚群中PCSK1的表达，并伴随β细胞相关基因（如INS、IAPP和MAFA）的表达增加。

单细胞转录组分析：

单细胞转录组分析揭示了α细胞和β细胞的显著异质性，不同亚群的细胞在成熟度和功能相关基因表达上存在差异。

 

图三

假时间轨迹分析显示，α细胞亚群在利拉鲁肽处理后表现出向β细胞特征转变的趋势，特别是α-1亚群中PCSK1、INS和IAPP的表达显著增加（图3D和3E）。

活性GLP-1测量：

图五

研究发现，利拉鲁肽处理显著增加了人类胰岛中活性GLP-1的含量，证实了α细胞在GLP-1R激动剂作用下能够产生具有生物活性的GLP-1（图5E）。

β细胞GLP-1R信号增加双激素表达的胰岛细胞

小鼠模型实验：

利拉鲁肽处理显著增加了WT小鼠胰岛中双激素表达的胰岛细胞（即同时表达胰岛素和胰高血糖素的细胞）的比例，而在KO小鼠中未观察到这一现象（图6A和6B）。

进一步分析显示，这些双激素细胞主要分布在胰岛的外围区域，表明β细胞GLP-1R信号通过旁分泌机制影响α细胞。

人类胰岛验证：

免疫组化分析显示，利拉鲁肽处理显著增加了人类胰岛中GLP-1+和双激素表达的细胞数量（图5A至5D）。

讨论

本研究揭示了GLP-1R激动剂通过β细胞GLP-1R信号增强α细胞PCSK1和GLP-1表达的新机制。这些发现不仅为理解GLP-1在胰岛功能调节中的作用提供了新的视角，还为开发针对α细胞GLP-1生产的糖尿病治疗新策略提供了理论依据。通过DART-Seq技术，研究团队验证了一种高灵敏度的单细胞RNA测序方法，为未来胰岛细胞功能研究提供了重要的工具。

结论

研究结果表明，β细胞GLP-1R信号通过增强α细胞PCSK1表达，促进GLP-1的产生，并诱导α细胞向β细胞样细胞转变。这一过程可能通过旁分泌机制实现，涉及β细胞分泌的特定因子。这些发现为开发新型糖尿病治疗策略提供了潜在的靶点，并强调了GLP-1R激动剂在调节胰岛细胞功能中的重要作用。

方法学细节和关键图表

动物实验设计（图1A）：

8周龄的雄性和雌性小鼠接受高脂饮食（HFD）6周，随后转为含tamoxifen的HFD饮食，以诱导β细胞GLP-1R敲除。

小鼠接受利拉鲁肽（200 μg/kg）或生理盐水处理2周后，收集组织样本进行分析。

DART-Seq技术（图2A至2C）：

DART-Seq通过在DROP-Seq的基础上增加特定探针，显著提高了对低丰度转录本（如PCSK1）的检测灵敏度。

与DROP-Seq相比，DART-Seq在检测PCSK1表达方面表现出更高的信号强度和单细胞分辨率。

单细胞转录组分析（图3D和3E）：

假时间轨迹分析显示，α细胞亚群在利拉鲁肽处理后表现出向β细胞特征转变的趋势，特别是α-1亚群中PCSK1、INS和IAPP的表达显著增加。

活性GLP-1测量（图5E）：

利拉鲁肽处理显著增加了人类胰岛中活性GLP-1的含量，证实了α细胞在GLP-1R激动剂作用下能够产生具有生物活性的GLP-1。

图六

双激素表达的胰岛细胞分析（图6A和6B）：

利拉鲁肽处理显著增加了WT小鼠胰岛中双激素表达的胰岛细胞的比例，而在KO小鼠中未观察到这一现象。

 

名称	货号	规格
V-PLEX GLP-1 Active Kit , SECTOR (1 PL)	K1503OD-1	1PL
V-PLEX Vascular Injury Panel 2(human) Kit (5 Plate)	K15198D-2	5Plate
V-PLEX Vascular Injury Panel 2(human) Kit (1 Plate)	K15198D-1	1Plate