Pancreatic beta cells turnover: effects of endogenous hyperinsulinemia and amyloid deposits

OBIETTIVI: L'attività scientifica ha riguardato due progetti di ricerca. Nel primo progetto abbiamo investigato l'effetto di elevati livelli locali di insulina sul turnover beta cellulare in un modello di iperinsulinismo endogeno. Nel secondo progetto abbiamo investigato la presenza e la quantità dei depositi di amiloide ed il loro ruolo nella morte beta cellulare nel diabete di tipo 2 e nel diabete secondario a patologie pancreatiche. BACKGROUND: La terapia insulinica preserva la massa beta cellulare nei pazienti diabetici sia attraverso meccanismi di quiescenza delle cellule beta sia attraverso un effetto diretto sulla proliferazione cellulare. Comunque, i dati relativi all'effetto di elevati livelli di insulina sulla massa e sul turnover beta cellulare sono sporadici. E' stato suggerito che i depositi di amiloide possano essere coinvolti nella patogenesi del diabete di tipo 2 causando la morte delle cellule beta. Comunque, i dati presenti in letteratura rendono controverso il ruolo di IAPP, il maggiore costituente di tali depositi, nella patologia diabetica. PAZIENTI E METODI: 1° progetto di ricerca: Campioni di tessuto pancreatico sono stati ottenuti da 5 pazienti con insulinoma pancreatico e 10 soggetti di controllo non diabetici. Le sezioni di tessuto sono state colorate per insulina, Ki67 (marker di replicazione cellulare) e TUNEL (saggio per apoptosi cellulare) e poi sottoposte ad analisi morfometrica quantitativa. 2° progetto di ricerca: Campioni di tessuto pancreatico sono stati ottenuti da 7 pazienti con diabete di tipo 2, 10 pazienti con diabete secondario a pancreatite cronica o carcinoma pancreatico e 11 soggetti di controllo non diabetici. Le sezioni di tessuto sono state colorate per insulina, TUNEL e Thioflavina S (specifica per individuare i depositi di amiloide) e, quindi, sottoposte ad analisi morfometrica. RISULTATI: 1° progetto di ricerca: L'area frazionale beta cellulare era 1.11%±0.67% nella parte di tessuto pancreatico libera da tumore dei pazienti con insulinoma e 0.78%±0.26% nel tessuto pancreatico del gruppo di controllo (p=0.19). Non c'erano differenze nelle dimensioni delle isole di Langerhans (p=0.62) o nel diametro nucleare delle cellule beta (p=0.20). Sia la replicazione che l'apoptosi beta cellulare erano infrequentemente rilevate, senza alcuna misurabile differenza tra i gruppi. Non c'erano differenze neanche nella percentuale di cellule dei dotti pancreatici esprimenti insulina (p=0.47), un marker surrogato di neogenesi beta cellulare. 2° progetto di ricerca: L'area frazionale beta cellulare era 0.33% ± 0.07% nel tessuto pancreatico dei pazienti con diabete secondario a patologie pancreatiche, 0.57% ± 0.09% nei pazienti con diabete di tipo 2 e 0.76% ± 0.13% nel gruppo di controllo (p=0.021). Non c'erano differenze sia nell'apoptosi beta cellulare (p=0.10) sia nell'estensione dei depositi di amiloide insulari (p=0.13) o nell'area occupata dall'amiloide nelle isole di Langerhans (p=0.24) CONCLUSIONI: L'area ed il turnover beta cellulare non erano significativamente alterati in prossimità degli insulinomi intra-pancreatici. Futuri studi in vivo, in modelli animali, potrebbero essere utili per valutare l'impatto di insulina esogena sul turnover beta-cellulare. Abbiamo trovato una differenza significativa nell'area beta cellulare ma nessuna differenza nell'apoptosi delle cellule beta e nella quantità di amiloide insulare tra i pazienti con diabete di tipo 2, i pazienti con diabete secondario a pancreatite cronica o carcinoma pancreatico e soggetti di controllo. I depositi di amiloide non possono essere la causa di morte beta cellulare nel diabete di tipo 2. Appropriati modelli animali e tecniche più sofisticate potranno essere utilizzati in futuro per comprendere i meccanismi di aggregazione di IAPP ed il suo ruolo nel diabete di tipo 2.

OBJECTIVES: The research activity focused on two research projects. In the first project, we investigated the effects of high local insulin levels on beta cell turnover in a model of endogenous hyperinsulinism. In the second project, we investigated the presence and quantity of amyloid deposits and their role on beta cell death in type 2 diabetes and diabetes secondary to pancreatic diseases. BACKGROUND: Insulin therapy has been suggested to preserve beta-cell mass in patients with diabetes through the mechanisms of beta-cell rest as well as direct effects on beta-cell proliferation. However, data about the effects of hyperinsulinism on beta-cell mass and turnover in humans are sparse. Amyloid aggregates have been suggested to be involved in the pathogenesis of type 2 diabetes, causing beta cell death. Data present in literature make IAPP role in type 2 diabetes controversial. PATIENTS AND METHODS: First research project: pancreatic tissue specimens from 5 patients with pancreatic insulinomas and 10 non diabetic control subjects were examined. Pancreatic sections were stained for insulin, Ki67 (replication) and TUNEL (apoptosis), and quantitative morphometric analyses were performed. Second research project: pancreatic tissues from 7 patients with type 2 diabetes, 10 patients with diabetes secondary to chronic pancreatitis or pancreatic carcinoma and 11 non diabetic control subjects were examined. Pancreatic sections were stained for insulin, TUNEL (apoptosis) and Thioflavin S (amyloid) and morphometric analysis were performed. RESULTS: First research project: fractional beta-cell area was 1.11%±0.67% in the tumor-free pancreatic tissue of the insulinoma patients and 0.78%±0.26% in the control group (p=0.19). There also were no differences in islet size (p=0.62) or beta-cell nuclear diameter (p=0.20). Beta-cell replication and apoptosis were infrequently detected, without any measurable differences between the groups. There were also no differences in percentage of duct cells expressing insulin (p=0.47), a surrogate marker for islet neogenesis. Second research project: fractional beta cell area was 0.33% ± 0.07% in the pancreatic tissue of patients with diabetes secondary to pancreatic diseases, 0.57% ± 0.09% in patients with type 2 diabetes and 0.76% ± 0.13% in the control group (p=0.021). There were no differences in beta cell apoptosis (p=0.10) and extent of islet amyloid (p=0.13) or islet amyloid area (p=0.24) CONCLUSIONS: Beta-cell area and turnover are not significantly altered in the proximity of intra-pancreatic insulinomas. Future in vivo studies, ideally employing larger animal models, are warranted to further evaluate the impact of exogenous insulin on beta-cell turnover. A significant difference in beta cell area but no differences in beta cell apoptosis and amyloid deposition were found between type 2 diabetic patients, patients with diabetes secondary to chronic pancreatitis or pancreatic carcinoma and control subjects. Amyloid deposition is not a cause of beta cell death in type 2 diabetes. Future larger studies, involving also appropriate animal models and sophisticated techniques, could be useful to better understand the aggregation mechanisms of IAPP and its role in beta cell death.