Evidence of beta cell dedifferentiation in human type 2 diabetes

Context. Diabetes is associated with a deficit of insulin-producing beta cells. Animal studies show that beta cells become dedifferentiated in diabetes, reverting to a progenitor-like stage, and partly converting to other endocrine cell types. Objective. To determine whether similar processes occur in human type 2 diabetes, we surveyed pancreatic islets from 15 diabetic and 15 non-diabetic organ donors. Design. We scored dedifferentiation using markers of endocrine lineage, beta cell-specific transcription factors, and a newly identified endocrine progenitor cell marker, aldehyde dehydrogenase 1A3 (ALDH1A3). Results. By these criteria, dedifferentiated cells accounted for 31.9% of beta cells in type 2 diabetics vs. 8.7% in controls, and for 16.8% vs. 6.5% of all endocrine cells (p<0.001). The number of ALDH1A3-positive/hormone-negative cells was threefold higher in diabetics compared to controls. Moreover, beta cell-specific transcription factors were ectopically found in glucagon- and somatostatin-producing cells of diabetic subjects. Conclusions. The data support the view that pancreatic beta cells become dedifferentiated and convert to alpha- and delta-“like” cells in human type 2 diabetes. The findings should prompt a reassessment of goals in the prevention and treatment of beta cell dysfunction.

Recenti studi sugli animali hanno dimostrato che le cellule β del pancreas nei modelli murini di diabete di tipo 2, diventano dedifferenziate in risposta all’iperglicemia, ritornando ad uno stato simile alla cellula progenitrice. Inoltre, le cellule β si convertono in altre cellule endocrine, comprese cellule che producono glucagone, dette "α-like", fornendo così una potenziale spiegazione per l’ iperglucagonemia che accompagna il diabete. Partendo dai risultati ottenuti con il modello murino, abbiamo analizzato, con tecniche di immunofluorescenza al confocale e microscopia elettronica, campioni di pancreas umani fissati e inclusi in OCT di 15 donatori sani e 15 donatori con diabete di tipo 2 (M/F 9/6 vs 7/8 NS; età (±SD) 56±18 vs 66±17 NS; BMI (kg/m2) 26±6 vs 29±6 NS; anni dalla diagnosi di diabete di tipo 2 12±8). All’esito di tali analisi abbiamo rilevato, nei soggetti diabetici, un aumento di quasi tre volte del numero di cellule delle isole pancreatiche che non producono più nessuno dei quattro principali ormoni pancreatici, ma che ancora conservano le caratteristiche di cellule endocrine (positività per Sinaptofisina e Cromogranina A). Tali cellule rappresentavano il 31,9% delle cellule β nei diabetici rispetto all’8,7% dei controlli, e costituivano il 16,8% di tutte le cellule endocrine nelle isole dei diabetici, contro il 6,5% dei controlli (p <0.001). Inoltre, l’espressione dei fattori di trascrizione FOXO1 e NKX6.1, marcatori della β cellula matura, sono risultati diminuiti o dislocalizzati (dal nucleo al citoplasma) nelle cellule β dei diabetici, confermando che la disfunzione β cellulare si accompagna ad una perdita della maturità della cellula stessa. Un 15% delle cellule glucagone-positive nei diabetici è risultato positivo per FOXO1 citoplasmatico, con un aumento di 7 volte rispetto ai controlli (p=0.005). Poiché FOXO1 citoplasmatico è inattivo, i risultati sono compatibili con la spiegazione che queste cellule rappresentano antiche cellule β che, attraverso la perdita di funzione di FOXO1, sono in fase di conversione in cellule che producono glucagone-"α-like". Infine, nei roditori le cellule β dedifferenziate ritornano ad una fase di cellula progenitrice, caratterizzata dall’espressione del fattore di trascrizione Neurogenin3. Neurogenin3 è assente nel pancreas umano adulto. Tuttavia, utilizzando le informazioni raccolte dal profilo di espressione genica di modelli animali di de-differenziazione β cellulare, abbiamo scoperto che ALDH1A3 rappresenta un nuovo marker di tale popolazione cellulare. Abbiamo trovato un aumento di quasi quattro volte del numero di cellule positive per ALDH1A3 con NKX6.1 citoplasmatico (marker esclusivo della β cellula) nei diabetici rispetto ai controlli (p=0.009). Inoltre, queste cellule erano insulino-negative. Questi dati sono coerenti con la possibilità che, allorché le cellule β perdono la loro identità (indicato dalla perdita di insulina e trasferimento di NKX6.1 nel citoplasma), esse acquisiscono l’immunoreattività per ALDH1A3, presentando un aspetto dedifferenziato. I nostri dati sostengono quindi i risultati ottenuti dai modelli sperimentali, suggerendo che, nel diabete di tipo 2, le cellule β non si perdono in modo permanente e in parte si convertono in cellule α, potendo quindi giustificare l’iperglucagonemia che si riscontra nei soggetti diabetici. In conclusione, l'ipotesi è che le cellule β sottoposte allo stress iperglicemico dedifferenzino per trovare riposo (sleeping cells), preservando la ri-differenziazione a condizioni metaboliche più favorevoli.