糖尿病影响着超过 5 亿人，占所有成年人的近 10%。糖尿病的根本原因是胰腺缺乏产生胰岛素的功能性 β 细胞。人类的 β 细胞在出生前后的短暂时间窗口内增殖，在胚胎期和幼儿期之后，β 细胞增殖率非常低。因此，迫切需要能够在体内或体外诱导成人 β 细胞再生和扩增的糖尿病治疗方式。
2015 年，西奈山伊坎医学院糖尿病、肥胖和代谢研究所所长 Andrew Stewart 及团队在 Nature Medicine 上发文，他们发现小分子 harmine （哈尔明）可以诱导 β 细胞的增殖。harmine 是一种在某些植物中发现的天然化合物，通过抑制酶 DYRK1A 起作用；2020 年，Andrew Stewart 的团队发现，目前市场上的任何 GLP-1 受体激动剂都可以与任何 DYRK1A 抑制剂产生协同作用，从而产生更高的 β 细胞复制率。
他们的早期研究表明，抑制 β 细胞中的 DYRK1A 可在体外诱导细胞增殖。并利用一种名为 iDISCO+ 的先进激光显微镜技术来可视化和量化 β 细胞的存活、功能和增殖。iDISCO+ 使组织透明，从而可以对免疫标记组织进行 3D 可视化。
在此次研究中，Andrew Stewart 从组织培养转向了小鼠研究，相关研究以题为“Harmine and exendin-4 combination therapy safely expands human β cell mass in vivo in a mouse xenograft system”发表在 Science Translational Medicine 期刊。
“这是 4 个实验室和多位才华横溢的研究人员 20 年的努力成果。”Andrew Stewart 表示，他的研究重点是了解和开发诱导人类 β 细胞再生的新疗法，从基因治疗到小分子药物发现。他的团队首次证明生长因子可以驱动哺乳动物体内 β 细胞复制，并改善活体动物的血糖控制；他的团队也是第一个仔细定义啮齿动物和人类 β 细胞细胞周期控制的团队；也是第一个报告抑制酶 DYRK1A 的小分子药物能够诱导人类 β 细胞复制，并在移植了人类 β 细胞的小鼠体内逆转糖尿病的人。
基于此前的研究，团队将人类 β 细胞植入免疫缺陷小鼠，并分别评估了对照组、harmine、exendin-4（GLP-1 受体激动剂） 或者是 H+E 组合治疗的效果。
经过 4 周治疗后，与对照组和 exendin-4 组相比，H+E 组的人类 β 细胞增殖高出三倍，β 细胞死亡在各组之间没有差异。相比之下，α 细胞增殖几乎无法检测，α 细胞总量没有变化。
基于上述结果，第二组小鼠研究时间长达 3 个月，人类 β 细胞在 harmine 组和 H+E 组比对照组和 exendin-4 组的增殖高出两到三倍，但所有组的 β 细胞死亡基本不存在，β 细胞体积在 H+E 组中较其他组高出四到七倍。
以上结果在使用更强效和选择性的 DYRK1A 抑制剂化合物 2.2c 后得到了复现和确认，该化合物与 exendin-4 联合使用可以使人类 β 细胞总量增加四到五倍，结果与 H+E 治疗观察到的相似。与对照组和 exendin-4 组相比，单独化合物 2.2c 组和化合物 2.2c+exendin-4 组的人类 β 细胞增殖高出三到四倍。
为了评估药物撤药后这些有益效果的持续时间，团队研究了另一组接受 3 个月治疗然后额外跟踪一个月的人类胰岛移植小鼠。药物终止一个月后，由单独 harmine 和 H+E 治疗分别诱导的人类 β 细胞体积的四倍和七倍增加得以维持。相比之下，人类 β 细胞增殖下降到基线值，小鼠体内的 harmine 和 exendin-4 浓度基本检测不到。
团队还评估了上述治疗方式对于体重、胰岛素及胰高血糖素等参数的影响。结果发现，体重增加在各组之间没有差异，但所有三个治疗组的非空腹血糖水平较低，H+E 组的血浆人类胰岛素水平升高，exendin-4 组和 H+E 组对腹腔注射葡萄糖的血糖反应更好。
对人类胰岛移植物中关键 β 细胞转录因子 PDX1、NKX6.1 和 MAFA 的免疫组织化学评估表明，这些在所有四组中都得到了维持并且相当，H+E 治疗的小鼠的人类胰岛移植物中的葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS）得到了增强。总的来说，这些发现表明，有可能显著增加人类 β 细胞总量，同时在体内长期保持或改善功能。
在 H+E 组中，人类 β 细胞体积比其他组高，与早期在血糖正常组中观察到的增加相当。此外，尽管 β 细胞体积显著增加，但在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病模型中，人类 α 细胞体积在 3 个月内没有变化，与之前在血糖正常模型中的结果相似。这些数据表明 H+E 疗法扩大了人类 β 细胞总量，并在不改变 α 细胞总量的情况下，正常化了糖尿病小鼠的血糖。
在进行这项研究的同时，西奈山团队还完成了 harmine 的 I 期临床试验，以评估其对健康个体的安全性和耐受性。作为他们持续研究的一部分，合作者还致力于开发下一代 DYRK1A 抑制剂，以期尽快开展临床试验。
值得注意的是，在这篇文章中，作者也提到了其研究的局限性。
首先，人类胰岛移植物对 H+E 的 β 细胞总量扩张反应存在很大变异。这可能反映了在评估移植物中的人类 α 和 β 细胞总量时观察到的人类胰岛固有的可变反应。需要技术改进以及额外的研究来分析不同 DYRK1A 抑制剂的影响。
第二，面对低 β 细胞增殖，β 细胞总量的显著扩张提出了 harmine 或 harmine+exendin-4 可能促进人类 α 到 β 细胞转分化的可能性，正如在啮齿动物胰岛中所报道的。记录这种可能性将需要遗传谱系追踪研究。
第三，目前尚不确定是否需要 β 细胞特异性靶向，如果需要，理想的靶向分子可能是什么？该团队的临床组织病理学和增殖研究表明，靶向可能不是必要的，但需要在更高临床模型中进行更长期的研究以澄清这个问题。
第四，许多 VGF 家族肽通过哪些细胞机制增强 harmine 驱动的人类 β 细胞总量扩张仍有待确定。
第五，开发更强大和更具选择性的 DYRK1A 抑制剂，以化合物 2.2c 为例，应该增强其治疗效力。
最后，目前尚不清楚 H+E 在免疫缺陷小鼠中移植的人类胰岛中诱导的 β 细胞总量的显著增加是否会在人类中发生。人类胰岛微环境在胰岛移植物与完整人类胰腺之间的差异，免疫缺陷小鼠中缺乏完整的免疫系统，以及物种之间的明显差异，可能会影响对 H+E 的反应。未来的临床试验将确定这种组合疗法在人类 β 细胞再生中的潜力。
