Cell Systems | 少数执帅印：胰岛δ、α细胞指挥β细胞节律

来源：首都医学科学创新中心

血糖稳态是机体维持正常代谢的核心基础，胰腺胰岛作为调控血糖的核心功能单元，其生理功能高度依赖内部各类细胞间的通讯。胰岛主要由 80% 分泌胰岛素的β细胞、15% 分泌胰高血糖素的α细胞与 5% 分泌生长抑素的δ细胞紧密排布组成，形成复杂的旁分泌调控网络。在葡萄糖刺激下，胰岛会产生规律性钙振荡激活信号，且不同胰岛呈现快速（20 秒）、慢速（200 秒）、混合（20/200 秒）三种振荡模式，然而不同振荡模式形成的机制长期以来尚未明确。

2026 年 4 月 16 日，北京大学定量生物学中心的汤超团队和 首都医学科学创新中心 的 任会霞团队 在 Cell Systems 杂志发表了题为「Pancreatic islet oscillation rhythmicity arises from δ and α cell interactions」的研究论文。该研究发现胰岛中占比少的δ细胞与α细胞，是调控胰岛β细胞节律的核心网络；团队结合微流控技术、数学建模与活体成像，系统阐明了δ-α细胞旁分泌互作调控β细胞，形成三种钙振荡模式的核心机理，并揭示了胰岛通过振荡模式编码血糖浓度的全新机制。

技术创新：搭建高通量胰岛功能 - 结构关联成像体系

胰岛直径分布于 50-200μm 之间，为实现不同尺寸胰岛的高通量稳定灌流与同步成像，研究团队自主研发微流控芯片（专利号 ZL 2024 1 0739918.1），可同步完成 8 个胰岛的功能活动成像；同时构建α细胞红色荧光标记、全胰岛钙信号绿色荧光标记的转基因小鼠模型，结合双光子显微镜实现胰岛功能活动与三维结构的精准关联分析。基于该技术体系，研究团队发现：同一胰岛在重复高糖刺激下，钙振荡模式高度稳定可重复，证实胰岛振荡模式是其自身固有的生理属性，为后续机制研究奠定了基础。

1．胰岛振荡模式异质性由α细胞数量决定

高糖刺激实验表明，胰岛钙振荡模式与α细胞数量呈定量依赖关系（图 2）：当胰岛内α细胞数量多于 40 个时，呈现快速振荡；α细胞数量少于 40 个时，呈现慢速振荡。外源干预实验进一步验证调控：补充胰高血糖素可使所有胰岛转为快速振荡，且不再依赖α细胞数量；补充生长抑素则可诱导振荡模式转为慢速，且振荡仍然依赖α细胞数量, 1μM 生长抑素可将快速振荡的α细胞数量阈值从 40 个提升至 100 个。该结果明确，胰岛振荡模式受δ细胞（分泌生长抑素）与α细胞（分泌胰高血糖素）的旁分泌信号协同调控。

2．药理学、光遗传抑制δ细胞可逆的转换胰岛震荡模式

δ细胞仅占胰岛细胞总数的 5%，为验证少量细胞的内源激素的调控作用，团队开展药理学与光遗传扰动实验（图 3）：通过 Sstr2 受体拮抗剂 CYN 解除δ细胞对α细胞的抑制，内源胰高血糖素释放可使慢速振荡可逆转为快速振荡，洗脱药物后振荡模式恢复；光遗传学抑制δ细胞可实现相同的模式转换，且该过程在单个胰岛中可重复发生。以上结果表明，占比较少的δ细胞与α细胞的内源激素分泌在胰岛节律调控中发挥着关键作用：α细胞激活主导快速振荡，δ细胞激活主导慢速振荡，少数δ-α细胞的内源激素互作，是胰岛节律调控的核心驱动力。

3．快速-混合-慢速震荡模式是δ-α细胞调控的三个连续生理状态

为了定量研究胰岛δ细胞与α细胞如何控制三种钙震荡模式，研究团队在不同α细胞数量的胰岛中连续升高生长抑素浓度（δ细胞分泌）。发现随着生长抑素浓度升高，胰岛依次从快速振荡→混合振荡→慢速振荡（图 4）。有趣的是，若将α细胞数量连续排列，也有同样规律：α细胞数量最多的胰岛呈现快速震荡，数量最少的胰岛呈现慢速震荡，数量居中的胰岛呈现混合震荡。以上结果表明：快速、混合、慢速振荡是胰岛的 三个连续生理状态，混合振荡为快慢振荡之间的过渡态，而δ细胞与α细胞的旁分泌作用强度，是决定振荡模式的核心参数。

4．数学模型揭示三种振荡模式转变为 Hopf 分岔相变

为定量阐释δ-α细胞的调控规律，团队将胰岛简化为α、β、δ细胞耦合的振荡器系统，以 α→β细胞刺激作用、δ→α细胞抑制作用 为核心参数构建数学模型（图 5）。该模型可精准复现三种钙振荡模式，揭示模式转换的核心逻辑：慢速振荡对应α→β刺激弱，快速振荡对应刺激强，混合振荡为强弱刺激的极限环状态。分岔相图分析进一步明确，胰岛三种振荡模式的转换是 Hopf 分岔相变 过程，为胰岛节律调控提供了定量生物学理论支撑。

5．在体胰岛通过振荡模式精准编码血糖浓度

基于体内细胞激活特性（α细胞响应基础葡萄糖、δ细胞响应高糖），团队验证胰岛振荡模式是否作为在体血糖编码机制。结果显示：空腹血糖 5-7 mM 时，胰岛呈快速振荡（图 6）；血糖升高至 7-20 mM 时，转为慢速振荡；血糖恢复基础水平后，振荡模式同步复原。该结果表明，胰岛通过δ-α细胞调控的钙振荡模式，实现对血糖浓度的精准编码，提出机体血糖感知编码的新机制。

总结

本研究补充了传统胰岛功能研究的β细胞中心认知，明确δ、α细胞是胰岛节律调控的核心网络：α细胞分泌的胰高血糖素驱动快速钙振荡，δ细胞分泌的生长抑素维持慢速钙振荡，二者互作决定胰岛振荡模式。研究建立了胰岛功能定量研究的数学模型，在活体水平揭示了胰岛节律编码血糖的全新机制，为理解血糖稳态维持提供了新视角。

近日，任会霞课题组在 Cell Systems 同期的「Glycemia shifts pancreatic islet rhythmicity by influencing interactions between δ cells and α cells」研究论文，进一步报道了 健康胰岛群体在体节律的血糖编码机制，以及该节律模式在糖尿病状态下的紊乱特征。

该研究得到了国家自然科学基金、首都医学科学创新中心等多个项目和平台的支持。

首都医学科学创新中心任会霞、北京大学黎彦君、谢北辰、彭晓红与首都医学科学创新中心付振超作为共同第一作者，北京大学汤超研究员、首都医学科学创新中心任会霞研究员为论文共同通讯作者。