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討論
我們以前曾記錄到,無論移植的是腎臟、肝臟還是脾臟,移植胰島的血管密度、血流量和組織Po2都明顯下降。在本研究中,我們測量了組織pH值,以評估這些變化的代謝后果。我們發(fā)現(xiàn),與內(nèi)源性胰島相比,1天大和1個(gè)月大的胰島移植組織的pH和Po2都有所下降。此外,在移植后1個(gè)月調(diào)查的糖尿病受者中,胰島移植物氫離子濃度與組織Po2呈負(fù)相關(guān)。
眾所周知,當(dāng)糖酵解率高,從而產(chǎn)生乳酸,而對流和/或擴(kuò)散運(yùn)輸排泄不足時(shí),組織中就會出現(xiàn)氫離子積聚??焖偕L的腫瘤通常會出現(xiàn)嚴(yán)重的組織酸中毒,這是因?yàn)樗鼈兊男玛惔x率很高,而營養(yǎng)血液供應(yīng)往往無法充分滿足這種新陳代謝率。腫瘤中的Po2值,如本研究和以前的研究中記錄的移植胰島的Po2值一樣低,通常伴隨著低于7.0的pH值。相比之下,移植胰島中組織pH值的下降幅度不超過0.11-0.15個(gè)pH單位。然而,腫瘤細(xì)胞有很高的乳酸生成率(如參考文獻(xiàn)24、33),而胰島細(xì)胞,尤其是-細(xì)胞,乳酸脫氫酶活性很低。不過,在缺氧環(huán)境中培養(yǎng)的胰島體外實(shí)驗(yàn)顯示,乳酸的產(chǎn)生量有所增加。鑒于-細(xì)胞中乳酸脫氫酶的活性很低,產(chǎn)生的乳酸可能主要反映了移植物中非-細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸。與目前關(guān)于移植胰島pH值降低的發(fā)現(xiàn)一致,我們在最近的一項(xiàng)微透析研究中注意到,與體外研究的胰島相比,移植胰島的乳酸/丙酮酸比率高出3-4倍。如本研究所示,在體內(nèi)觀察到的這些新陳代謝變化似乎在取回移植小鼠后也立即保持不變。在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件(95%空氣-5%CO2)下培養(yǎng)后,從胰島移植中提取的胰島培養(yǎng)基中的乳酸/丙酮酸比率比新鮮分離的對照胰島高出兩倍。將取回的小胰島置于缺氧環(huán)境(1%氧氣)中,乳酸/丙酮酸比率會進(jìn)一步顯著增加。盡管還有待進(jìn)一步研究,但這表明酶機(jī)制發(fā)生了變化。正如之前的一項(xiàng)研究評估的那樣,從胰島移植中提取的胰島似乎還表現(xiàn)出其他功能紊亂,如葡萄糖刺激的胰島素釋放惡化。
在組織pH值降低的同時(shí),還發(fā)現(xiàn)與內(nèi)源性胰島相比,所有移植胰島的Po2都明顯降低。在大多數(shù)情況下,Po2與組織中的pH值之間沒有嚴(yán)格的相關(guān)性。血糖正常受者1個(gè)月大的胰島移植組織的Po2低于相應(yīng)的1天大的胰島移植組織,而組織pH卻沒有類似的差異。然而,在糖尿病受體的1個(gè)月齡胰島移植中,組織Po2與氫離子濃度呈負(fù)相關(guān)。有趣的是,該實(shí)驗(yàn)組移植胰島的組織Po2值也往往最低??梢酝茰y,在這個(gè)低范圍內(nèi),非氧化葡萄糖代謝的速度只與氧氣供應(yīng)成正比。另外,當(dāng)移植的小胰島暴露于持續(xù)的高血糖時(shí),酶機(jī)制可能會發(fā)生改變,正如之前在90%胰腺部分切除術(shù)后剩余的小胰島中觀察到的那樣。不過,這還有待進(jìn)一步研究。
與本研究中胰島移植所記錄的Po2值相似的Po2值曾被證明會影響胰島功能。在TC3細(xì)胞(一種胰島素瘤細(xì)胞系)中,Po2值低于25mmHg會使這些細(xì)胞從有氧代謝逐漸轉(zhuǎn)向無氧代謝,同時(shí)乳酸鹽的產(chǎn)生也會增加。當(dāng)Po2值為7mmHg時(shí),TC3細(xì)胞的胰島素分泌減少。同樣,當(dāng)Po2低于12mmHg時(shí),單個(gè)大鼠胰島細(xì)胞聚集體(5-10個(gè)細(xì)胞)在葡萄糖刺激下的胰島素分泌也會受到影響。對胰島的體外研究也表明,接近正?;蛭A性的細(xì)胞外pH值對葡萄糖刺激的胰島素分泌起著關(guān)鍵作用。然而,研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞外pH值(pH值7.0)的顯著降低會使葡萄糖刺激的胰島素釋放惡化。
與本研究中胰島移植中記錄到的Po2值相似的Po2值以前曾被證明會影響胰島功能。在TC3細(xì)胞(一種胰島素瘤細(xì)胞系)中,Po2值低于25mmHg會逐漸使這些細(xì)胞從有氧代謝轉(zhuǎn)向無氧代謝,同時(shí)乳酸鹽的產(chǎn)生也會增加。當(dāng)Po2值為7mmHg時(shí),TC3細(xì)胞的胰島素分泌減少。同樣,當(dāng)Po2低于12mmHg時(shí),單個(gè)大鼠胰島細(xì)胞聚集體(5-10個(gè)細(xì)胞)在葡萄糖刺激下的胰島素分泌也會受到影響。對胰島的體外研究也表明,接近正?;蛭A性的細(xì)胞外pH值對葡萄糖刺激的胰島素分泌起著關(guān)鍵作用。然而,研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞外pH值(pH值7.0)的顯著降低會使葡萄糖刺激的胰島素釋放惡化。細(xì)胞外pH值的適度降低,即與本研究中記錄的pH值相似,似乎不會對胰島素的釋放產(chǎn)生不利影響。
測定胰島移植的胰島素含量是為了評估胰島功能與組織pH和Po2的關(guān)系。在非糖尿病動物中,移植后當(dāng)天的胰島素含量為4,000納克,隨后一個(gè)月內(nèi)降至2,300納克。由于這些移植物由250個(gè)胰島組成,這意味著每個(gè)胰島在移植后1天內(nèi)含有16納克胰島素,移植后1個(gè)月內(nèi)含有9納克胰島素。相比之下,對大鼠胰島進(jìn)行的體外研究顯示,胰島素含量明顯更高(40-60納克/胰島)。移植后初期非特異性炎癥和局部低Po2導(dǎo)致的β細(xì)胞死亡可能是造成這種差異的部分原因。然而,低組織Po2也可能在移植后抑制胰島素的產(chǎn)生。
與之前的大量研究結(jié)果一致,與非糖尿病動物相比,糖尿病動物在移植后1天和1個(gè)月內(nèi)的移植物胰島素含量進(jìn)一步下降。然而,正如之前觀察到的那樣,植入糖尿病環(huán)境中的小鼠仍能繼續(xù)產(chǎn)生胰島素。幾周后,當(dāng)受者通過第二次胰島移植治愈糖尿病時(shí),這種胰島似乎也有能力恢復(fù)功能,并使葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌恢復(fù)正常。做到這一點(diǎn)的前提條件是胰島質(zhì)量不變或增加,而我們在所用的實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭蟹磸?fù)證明了這一點(diǎn)。我們以前曾注意到,與非糖尿病動物相比,糖尿病動物胰島移植物的組織Po2較低,并認(rèn)為高血糖對移植物胰島素含量的不利影響可能部分歸因于胰島細(xì)胞在糖尿病環(huán)境中暴露于更明顯的缺氧狀態(tài)。然而,在本研究中,非糖尿病和糖尿病受者的胰島移植組織Po2在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有顯著差異。此外,所有胰島移植組織的pH值也相似。因此,暴露在糖尿病環(huán)境中的胰島的胰島素含量較低,不太可能是由于進(jìn)一步轉(zhuǎn)向無氧代謝所致。
總結(jié)
總之,本研究表明,與內(nèi)源性胰島相比,先前觀察到的1天齡和1個(gè)月齡胰島移植組織Po2降低與組織pH值降低同時(shí)存在。這應(yīng)被視為表明移植后葡萄糖代謝轉(zhuǎn)向更多的無氧代謝。這對胰島功能的重要性值得進(jìn)一步研究。