膵島またはランゲルハンス島は、膵臓の内分泌細胞（ホルモン産生細胞）を含む領域であり、1869年にドイツの病理解剖学者パウル・ランゲルハンスによって発見されました。[1]膵島は膵臓の容積の1～2%を占め、膵臓の血流の10～15%を受け取ります。[2] [3]膵島はヒトの膵臓全体に密集して配置されており、グルコースの代謝に重要な役割を果たしています。[4]

構造

健康な成人の膵臓には、約100万個の膵島が分布しています。膵島の大きさは様々ですが、平均直径は約0.2mmです。[5] :928各膵島は、薄い線維性の結合組織被膜によって周囲の膵臓組織から隔てられており、この被膜は膵臓全体に織り込まれた線維性結合組織と連続しています。[5] :928

微細解剖学

膵島で産生されるホルモンは、少なくとも5種類の細胞によって血流中に直接分泌されます。ラットの膵島では、内分泌細胞の種類は以下のように分布しています。[6]

膵島の細胞構造は種によって異なることが知られています。 [7] [8] [9] 特に、げっ歯類の膵島は、クラスターの中心部にインスリン産生β細胞が優勢を占め、周辺部にはα細胞、δ細胞、PP細胞がほとんど存在しないという特徴がありますが、ヒトの膵島では、クラスター全体にわたってα細胞とβ細胞が互いに密接な関係にあります。[7] [9]

膵島におけるβ細胞の割合は種によって異なりますが、ヒトでは約40～50%です。内分泌細胞に加えて、間質細胞（線維芽細胞）、血管細胞（内皮細胞、周皮細胞）、免疫細胞（顆粒球、リンパ球、マクロファージ、樹状細胞）、神経細胞が存在します。[10]

膵島には大量の血液が流れており、膵島1gあたり5～6mL/分という膨大な量です。これは膵臓の外分泌組織の15倍にも相当します。[10]

膵島は、傍分泌および自己分泌のコミュニケーションを通じて互いに影響を与え合っており、β細胞は6～7個の他のβ細胞と電気的に結合しているが、他の細胞種とは結合していない。[11]膵島は豊富な神経支配と血管新生を特徴とするが、げっ歯類の膵島とヒトの膵島には顕著な違いがある。研究によると、ヒトの膵島の血管密度はげっ歯類の膵島の約5倍低いことが示されている。[12] [13]膵島内の血管網は糸球体のような構造をしており、各内分泌細胞のすぐ近くに位置する高度に窓のある内皮細胞から構成されている。[14] [15]その結果、膵島内の酸素分圧は周囲の外分泌組織よりも大幅に高くなる。[16]

  • 染色された膵島。
    染色された膵島。
  • 膵島、アルファ細胞が見える
    膵島、アルファ細胞が見える
  • ベータ細胞を示す膵島。
    ベータ細胞を示す膵島。

関数

膵島のパラクリンフィードバックシステムは次のような構造をしている：[ 17 ]

多数のGタンパク質共役受容体（GPCR）が膵島からのインスリン、グルカゴン、ソマトスタチンの分泌を制御しており、[19]これらのGPCRの一部は2型糖尿病の治療に使用される薬剤の標的となっています（GLP-1受容体作動薬、DPPIV阻害剤を参照）。

  • 膵ポリペプチドに対する免疫染色したマウス膵島
    膵ポリペプチドに対する免疫染色したマウス膵島
  • インスリンに対する免疫染色されたマウスの膵島
    インスリンに対する免疫染色されたマウスの膵島
  • グルカゴン免疫染色したマウス膵島
    グルカゴン免疫染色したマウス膵島

電気活動

パッチクランプ法を用いて膵島の電気的活動が研究され、無傷の膵島細胞の挙動は分散した細胞の挙動とは大きく異なることが明らかになった。[20]

臨床的意義

糖尿病

膵島のβ細胞はインスリンを分泌するため、糖尿病において重要な役割を果たします。β細胞は免疫攻撃によって破壊されると考えられています。

1 型糖尿病では、膵島内のベータ細胞が自己免疫プロセスによって選択的に破壊されるため、臨床医と研究者は、完全な膵臓移植や人工膵臓の代替となる、生理的なベータ細胞機能の回復手段として、膵島移植を積極的に研究しています。[21] [22]膵島移植は、1970 年代初頭にインスリンを必要とする糖尿病の治療の実行可能な選択肢として登場し、その後 30 年間にわたって着実に進歩しました。[23] 2008 年時点の臨床試験では、不安定な 1 型糖尿病の患者に死体ドナーの膵島を移植した後、インスリン非依存と代謝コントロールの改善が再現可能に得られることが示されています。[22]また、膵島移植の対象とならない 1 型糖尿病患者には、毎日のインスリン注射が効果的な治療です。[要出典]

高BMIの人は、移植時の技術的合併症が起こりやすいため、膵臓ドナーとしては不適です。しかし、膵臓が大きいため、より多くの膵島を分離することが可能であり、より適切な膵島ドナーとなります。[24]

膵島移植は、この疾患の治療に必要なβ細胞からなる組織のみを移植する治療法です。そのため、膵臓全体の移植よりも優れた利点があります。膵臓全体の移植は、より高度な技術が要求され、例えば膵炎による臓器喪失のリスクがあります。[24]もう1つの利点は、全身麻酔を必要としないことです。[25]

1型糖尿病に対する膵島移植（2008年現在）では、ドナー膵島の拒絶反応を防ぐために強力な免疫抑制剤が必要である。[26]

膵島は門脈に移植され、その後肝臓に移植される。[24]移植後数分で門脈枝血栓症のリスクがあり、膵島生存率が低い。これは、この部位の血管密度が術後数ヶ月で内因性膵島よりも低くなるためである。したがって、膵島の生存には新生血管形成が重要であり、これは膵島や血管内皮細胞によって産生されるVEGFなどによってサポートされる。 [10] [25]しかし、門脈内移植には他の欠点があるため、膵島移植に適した微小環境を提供する他の代替部位が検討されている。[24]膵島移植の研究では、膵島のカプセル化、CNIフリー（カルシニューリン阻害剤）免疫抑制、膵島損傷のバイオマーカー、膵島ドナー不足にも焦点が当てられている。[27]

成人幹細胞や前駆細胞に由来するインスリン産生細胞などの代替β細胞源は、移植用臓器提供者の不足を解消するのに貢献すると考えられる。再生医療の分野は急速に発展しており、近い将来に大きな希望を与えている。しかし、1型糖尿病は膵臓のβ細胞が自己免疫によって破壊されることによって起こる。したがって、効果的な治療法には、適切かつ安全な免疫介入とβ細胞再生アプローチを組み合わせた、連続的かつ統合的なアプローチが必要となる。[28]また、健常および糖尿病のヒトおよびマウスの膵島において、α細胞が自発的に運命を転換し、β細胞に分化転換できることが実証されており、将来、β細胞再生の供給源となる可能性がある。[29]実際、膵島の形態と内分泌の分化は直接関連していることが判明している。[30]内分泌前駆細胞は凝集して移動し、芽のような膵島前駆細胞、すなわち「半島」を形成することで分化します。半島の外層はα細胞で構成され、その後β細胞がその下層に形成されます。凍結保存は、膵島の供給網を改善し、移植成績を向上させる可能性を示しています。[31]

その他の動物

脊椎動物の主要なグループと様々な無脊椎動物の代表種を対象に、膵島の進化を研究するための広範な比較解剖学的研究が行われてきた。[32] [33]

無脊椎動物や原始的な脊索動物（ホヤ類やナメクジ類）には膵島器官が存在しない。脊椎動物の進化の過程で、インスリン、ソマトスタチン、グルカゴン、プロスタグランジンEに関連するペプチドを分泌する細胞種は脳から消化管粘膜へと移動し（ホヤ類ではインスリンが最初に、ナメクジ類では4つ全て）、その後順次移動して膵島構造を形成した（無顎魚ではインスリンとソマトスタチンが最初に、顎軟骨魚ではグルカゴンが続く。肉鰭類ではプロスタグランジンEはほとんど存在しないか全く存在しない。一部の条鰭類ではプロスタグランジンEが多数存在する。ナマズではグレリンが検出される）。鳥類では、 IGF-1、PYY、副腎皮質メデュリンなどの他のペプチド分泌細胞が膵島に局在していることが報告されている。[34]

注目すべきことに、アメリカアンコウの膵臓は哺乳類の膵臓とは異なり、内分泌細胞が豊富で膵外分泌組織がほとんど含まれていない島を持っているため、研究のための内分泌細胞の理想的な供給源となっています。[35] [36]これにより、最終的にグルカゴンと他の2つのグルカゴン様ペプチド（ GLP-1とGLP-2 ）の配列を含むプレプログルカゴンのcDNAの単離が可能になりました。[37] [38]

研究

カンナビノイド受容体はランゲルハンス島に広く発現しており、いくつかの研究では、膵臓内分泌機能に関連してCB1受容体とCB2受容体の特異的な分布とメカニズムが調査されており、エンドカンナビノイドは膵臓β細胞の機能、増殖、生存、インスリン産生、分泌、抵抗性を調節するため、これらの受容体は重要な恒常性維持の役割を果たしている。[39] [40] [41] [42]

追加画像

  • 膵島、暗い色の腺房膵臓組織の中で明るい色の組織、ヘマルム・エオジン染色。
    膵島、暗い色の腺房膵臓組織の中で明るい色の組織、血球エオシン 染色。
  • 犬の膵臓のイラスト。250倍。
    犬の膵臓のイラスト。250倍。
  • ラットの膵島（上）とヒトの膵島（下）、および膵臓の腹側（左）と背側（右）の構造的差異。異なる細胞の種類は色分けされている。げっ歯類の膵島は、ヒトの膵島とは異なり、特徴的なインスリンコアを示す。
    ラットの膵島（上）とヒトの膵島（下）、および膵臓の腹側（左）と背側（右）の構造的差異。異なる細胞の種類は色分けされている。げっ歯類の膵島は、ヒトの膵島とは異なり、特徴的なインスリンコアを示す。

参照

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