5.1　胰腺的胚胎发育

人类的胰腺发育起源于内胚层原肠管（primitive gut tube）的前肠后端（posterior foregut）（图5-2）。在小鼠胚胎发育的E8.5或人妊娠期第26天前后，原肠管背侧由于与脊索（notochord）接触而导致该区域细胞的Sonic hedgehog信号被抑制，进而诱导胰腺发育的关键转录因子PDX1的表达，这些细胞通过外翻形成胰腺早期的背侧原基（dorsal bud）。妊娠期第29～30天，成对的背侧动脉（dorsal aortae）融合，阻断了背侧原基与脊索的接触，并且随着脏壁中胚层（splanchnic mesoderm）的形成，融合的背侧动脉在妊娠期第35～37天也会与背侧原基分离。此外，来自临近轴旁中胚层（paraxial mesoderm）的Retinoic acid信号对背侧原基的形成也十分重要。随后在小鼠胚胎发育的E9.5或人妊娠期第30天，与背侧原基相对的腹侧原肠管则会在横膈膜和心脏中胚层（cardiac mesoderm）的诱导下形成两个腹侧原基（ventral bud），左侧的腹侧原基会逐渐消退，而右侧的腹侧原基会在小鼠胚胎发育的E10.5或人妊娠期第35天左右向后端迁移，并在妊娠期6～7周左右发生肠管旋转时与背侧原基发生融合。在随后的发育中，两个胰腺原基都会延伸进周围的间充质中，间充质能提供胰腺上皮细胞生长与增殖所需的FGF7及FGF10，此时的胰腺原基主要由表达转录因子PDX1、SOX9、NKX6-1、GATA4及FOXA2的胰腺前体细胞组成，并且胰腺前体细胞间会形成一个主要的中央腔结构以及众多散布的微腔结构［2，3］。

从小鼠胚胎发育的E12.5或人妊娠期第40天左右开始，胰腺发育开始进入形态建成和细胞分化的重要阶段，在这个过程中，胰腺前体细胞通过扩增和分支形成复杂且有序的胰腺管道系统，同时伴随着胰腺前体细胞向Tip细胞和Trunk细胞的特化。在小鼠胚胎发育的E14.5或人妊娠期第45～47天前后，胰腺原基的上皮结构会开始分支并形成小叶结构。妊娠期第7周开始，位于原基中央的管状结构（trunk）中高表达SOX9和NKX6-1的细胞开始不再表达GATA4，而位于原基边缘的簇状结构（tip）中的细胞则维持高表达SOX9、NKX6-1和GATA4。到妊娠期第14周，管状结构和簇状结构分化完成，此时GATA4阳性的簇状结构细胞不再表达SOX9及NKX6-1。在后续的发育过程中，簇状结构会分化为腺泡细胞，管状结构细胞是双潜能前体细胞，能够分化为胰管细胞或者内分泌细胞。其中，NGN3是调控内分泌前体细胞分化的关键转录因子。在小鼠的胰腺中特异性敲除Ngn3时，无法形成内分泌细胞；人妊娠期第7.5周可以在胚胎胰脏胰腺中检测到NGN3的表达，这与表达胰岛素的内分泌细胞出现的时间相同。然而人类NGN3纯合突变个体的胰腺中仍有少量的胰腺β细胞形成，这暗示了在人类胰腺发育过程中可能存在不依赖于NGN3的内分泌细胞形成路径。在小鼠胰腺的胚胎发育中，Notch通路是调控Ngn3表达的关键信号，Notch通路的抑制对于Ngn3的表达是必需的，这种调控机制在人类胰腺发育中也是高度保守的［2，3］。

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图5-2　小鼠胰腺发育模式图［3］

内分泌前体细胞分化为不同的内分泌细胞后迁移出管道上皮，聚集形成初始胰岛结构，最终在内皮细胞、间充质细胞和神经细胞等多种非胰腺细胞的参与下完成胰岛功能建成。关于胰岛形成的方式存在不同的理论模型。最早的理论认为，内分泌前体细胞在胰腺管道上皮中分化为不同的内分泌细胞，并聚集形成初始胰岛结构，随后从管道上皮上整体脱落形成完整的胰岛［4］。后来的研究认为，内分泌前体细胞首先从胰腺管道上皮迁出，迁移出的内分泌细胞再重新聚集形成初始胰岛结构。该模型认为，内分泌前体细胞随着Ngn3表达的上调失去极性，细胞骨架的粘连分子发生改变，经过上皮-间充质细胞转变（epithelial-mesenchymal transition，EMT）过程失去上皮细胞性质变为间充质细胞，迁移出的内分泌细胞重新聚集形成初始胰岛结构，在此期间已迁移的内分泌细胞会给新迁移的细胞提供招募和聚集信号［5］。但近期的研究结果更支持Walter Hard等最早提出的模型，即内分泌细胞并不是通过迁移和再聚集形成胰岛，而是在发育过程中一直维持细胞间相互接触的状态，后分化的内皮细胞将先分化的内分泌细胞不断外推，在导管上形成“半岛型”的凸起结构（peninsular structure）。在半岛结构的表面是最先分化的是α细胞，而之后分化的β细胞构成了半岛结构的核心。半岛结构随着分化细胞数量的增加而逐渐增大，并从导管上脱落形成胰岛［6］。值得注意的是，最早在小鼠胚胎发育E8.5-E12.5，胰腺背侧原基会出现一群同时表达Glucagon和Insulin的内分泌细胞，这些细胞在后续的发育过程中继续成熟为分泌Glucagon的胰腺α细胞，和分泌胰岛素的胰腺β细胞。但是与小鼠不同的是，人类胰腺发育过程中最早在妊娠期7.5周前后才会第一次出现表达胰岛素的内分泌细胞，随后在妊娠期第8周出现表达胰高血糖素的细胞和表达生长激素抑制素的细胞，在第9周出现表达饥饿激素的细胞［2，3］。

小鼠和人类的胰腺在胎儿出生后的很长一段时间内会继续发育，主要包括细胞数量增加和细胞功能成熟。内分泌细胞的数量在出生后直至青少年时期不断增加，但是增加的内分泌细胞并不是通过新生（de novo generation）的方式产生，而是通过已有的内分泌细胞分裂增殖产生；出生后的胰岛会在内皮细胞、间充质细胞和神经细胞参与下形成复杂的血管和神经网络，从而实现血糖稳态的快速和精确调控；负责外分泌功能的腺泡细胞数量在出生后也会显著增加，并且腺泡细胞通过调控粗面内质网比例满足消化酶分泌的需求。在胎儿出生后，母乳喂养和自主进食等饮食方式的变化也会进一步促进内分泌细胞和外分泌细胞的功能成熟［7］。