Identification d’une altération glucotoxique de la fonction des cellules β pancréatiques unique à l’espèce humaine

Abstract

Introduction La culture prolongée d’îlots pancréatiques de rongeurs en présence de concentrations élevées de glucose s’accompagne d’une augmentation de l’apoptose des cellules β et d’altérations majeures de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose (SSIG) avec abaissement du seuil de stimulation et diminution de la SSIG maximale. Le but de cette étude était de caractériser les altérations glucotoxiques de la survie et de la fonction des cellules β dans des îlots humains en culture. Matériels et Méthodes Les îlots ont été isolés du pancréas de 14 donneurs non-diabétiques entre 2011 et 2016. Après une à deux semaines de préculture en milieu CMRL et/ou RPMI complet contenant 5mM de glucose et 10% de sérum de veau fœtal, les îlots ont été cultivés 7 jours en RPMI contenant 5, 8 ou 20mM glucose (G5, G8, G20). L’apoptose des cellules β a été mesurée sur coupes d’îlots (TUNEL/insuline double positivité). La fonction des cellules β a été évaluée en mesurant la concentration cytosolique de calcium ([Ca2+]c)(fura2-LR), et la sécrétion d’insuline lors d’une stimulation aiguë par des paliers de glucose (îlots périfusés à 0,5-2-5-10-30mM glucose). La sécrétion et le contenu en insuline ont été mesurés par dosage radio-immunologique et rapportés au contenu en ADN des îlots. Résultats Caractéristiques des donneurs: 11 hommes/3 femmes ; âge 17-74 (médiane 61) ans; indice de masse corporelle 21-33 (médiane 27,7) kg/m². Pendant la culture d'une semaine, la sécrétion était faible en G5 (~20 pg/îlot par heure) et stimulée 25x en G8 et 35x en G20. Après la culture, la proportion de cellules β dans les îlots (~70%), le pourcentage de cellules β apoptotiques (<1%), et le contenu en ADN des îlots (~250ng/îlot) étaient semblables dans les trois groupes, mais le rapport insuline/ADN des îlots était significativement réduit par la culture en G20 (103-72-21 pg insuline/ng ADN après culture en G5-G8-G20, respectivement). Du point de vue fonctionnel, les îlots cultivés en G5 présentaient une augmentation de la [Ca2+]c et de la sécrétion d’insuline en réponse à une stimulation par 10 et 30mM glucose. Après culture en G8, la stimulation survenait déjà au palier de 5mM glucose et la SSIG maximale aux paliers de 10 et 30mM glucose était plus élevée qu’après culture en G5. Après culture en G20, les îlots n’étaient que faiblement stimulés, et ce de façon maximale, à 5 et 10mM glucose, puis étaient inhibés de façon réversible lors d’une stimulation par 30mM glucose. Cette inhibition paradoxale n’est pas observée dans les îlots de rongeurs après culture en conditions glucotoxiques. Conclusions La culture d'îlots humains pendant une semaine à 8 au lieu de 5mM glucose augmente la sensibilité et l’amplitude de la réponse des cellules β au glucose. La culture d'une semaine à 20 mM glucose n’augmente pas l’apoptose des cellules β humaines mais réduit de 80% leur contenu en insuline et conduit à une inhibition paradoxale de la sécrétion d’insuline audessus de 10mM glucose unique à l'espèce humaine. Ces altérations fonctionnelles pourraient jouer un rôle dans l’adaptation puis la décompensation de la sécrétion d’insuline lors de l’intolérance au glucose et au début du diabète de type 2