早在1889年von Mering等已证实胰腺具内分泌功能,当时将胰岛内分泌细胞粗分为β细胞及α细胞(亦称非β细胞)。胰岛细胞较小,合成与释放分泌物的速度比腺泡细胞慢得多,细胞器也不甚发达,在普通切片上细胞质着色浅,不易区分胰岛细胞的类型,但在 20世纪70年代后,根据胰岛细胞的Mallory-azan染色性及细胞内颗粒的性质认识到胰岛有多种内分泌细胞: A(α)细胞、B(β)细胞和D(δ)细胞。近年来通过超微结构和免疫细胞化学研究,目前已肯定的至少有6种胰腺内分泌细胞,分别定名为A、B、D、D1、PP和EC细胞,各具分泌特异激素的功能。这些细胞的主要区别在于靠近毛细血管的一侧的细胞的分泌颗粒,在颗粒外面都有界膜包围,内有电子密度不同的核心,颗粒内除有特定的肽类激素外,可能还含有单胺类和ATP等物质。
(一) A细胞 体积相对较大,呈多边形分布在胰岛的外周,分泌胰高糖素,相对分子质量为3485,是由15种29个氨基酸所组成的直链多肽,N末端为丝氨酸,C末端为苏氨酸。升糖素的生理作用主要为促使肝糖原分解、肝糖原异生、脂肪分解及酮体生成四大作用。A细胞约占胰岛细胞总数的20%,用Mallory-azan染色后可见细胞质内显示出鲜红色的颗粒。在胰体部和胰尾部较多,胰头部较少。在电子显微镜下其细胞核常有凹陷或分叶,细胞质内游离核糖体较丰富,粗面内质网有时可见腔扩大,线粒体呈细长形较少,高尔基体较小而不发达。A细胞的分泌颗粒呈圆形或卵圆形,直径250～300μm,颗粒内有高电子密度的核心埋在低电子密度的基质内,核心位偏一侧,有界膜包绕,界面与核心之间有窄晕。用银染法处理时,晕区有银颗粒沉着。免疫电镜法显示,胰高糖素位于核心内,晕区含肠高血糖素。用Grimelius银浸染法处理,银盐位于低电子的颗粒基质内;而用磷钨酸染色则选择性地染色颗粒的核心。用免疫细胞化学染色,高电子密度的核心结合升糖素抗体,说明颗粒核心是贮存胰升糖素的部位。在疾病状态下A细胞数目出现明显变化。研究显示在大鼠实验性胃溃疡第十天时,胰岛A细胞的百分数明显增多,提示A细胞与胃溃疡修复有关。A细胞分泌胰升糖素外,还分泌抑胃多肽(gastric inhibitory peptide, GIP)、胰酶泌素(cholecystokinin, CCK)和ACTH-内啡肽(ACTH-endorphin)等物质。胰升糖素具抑制B细胞分泌胰岛素并增进D细胞分泌SRIH,结合胰岛内A、B、D三种细胞分布特征,提示这三种激素在胰岛内相互结抗与增进的局部调节作用。
(二) B细胞 体积比A细胞小,呈多边形或不规则形分布于胰岛的中心部位,B细胞是胰岛的主要细胞,数量最多,占胰岛细胞总数的60%～80%。用Mallory-azan染色后可见其细胞质内显示出大量橘黄色颗粒,主要分泌胰岛素(insulin),为含有51个氨基酸的多肽, 对三大营养物质代谢均有影响,但主要是调节糖代谢的激素。在电子显微镜下,B细胞的细胞核呈圆形,有时可见多倍体的巨核细胞。细胞质内的粗面内质网、游离核糖体核其他细胞器分布与A细胞相似,但线粒体近圆形,数量较A细胞多,高尔基体也比较发达。细胞质内还可见一些微管和微丝,它们在靠近毛细血管一侧的细胞质内尤为明显,在细胞膜下方可见膜下微丝网、微管的分布与分泌颗粒密切相关,微管和微丝可能参与细胞的外吐作用。B细胞的分泌颗粒相对较大的呈圆形,直径200～300nm大小不等,多位于近毛细血管一侧,颗粒外有界膜,内有一个中等电子密度的球形,棒状,长方形或菱形的类晶体核心,在高倍镜下可见到晶体内有周期性条纹。一般认为这种晶体是不溶性的胰岛素,位于界膜与核心之间的颗粒较细基质电子密度较低。还有少数分泌颗粒的核心呈均质状而没有周期性条纹。一般认为这两种形态的颗粒是胰岛素分泌颗粒的不同成熟阶段。B细胞在疾病状态下也出现明显的变化,如在大鼠实验性胃溃疡时,胰岛内的胰岛淀粉样多肽免疫反应细胞数目明显增多,而胰岛素免疫反应细胞数目显著减少。这说明共存于B细胞内的胰岛素和胰岛淀粉样多肽不但都与胃溃疡自愈有关,而且两者以不同的方式参与溃疡自愈调节。
(三) D细胞 体积比A细胞大,然而数量极少,呈卵圆形或长梭形,仅占胰岛细胞总数的1%～8%(5%左右),位于A细胞与B细胞之间, 这三种细胞都经缝隙方式相互连接,有微细的管道互相沟通。用Malloryazan染色后可见D细胞质内含有大量蓝色颗粒,主要分泌生长抑素(somatostatin),相对分子质量为1689,为14个氨基酸残基的环状多肽激素。 在电子显微镜下,D细胞的细胞核呈圆形,细胞质内粗面内质网和游离核糖体较多,线粒体少而小,高尔基体较明显,常位于核旁。D细胞的分泌颗粒呈圆形或卵圆形,直径300～350nm,内充满低、中等电子密度的细颗粒状基质。常见到D细胞伸出充满分泌颗粒的突起与邻近的A细胞或B细胞接触,D细胞分泌出的生长抑素可能以旁分泌方式释放于细胞间隙内,通过直接弥散方式或通过缝隙连接而抵达邻近的A、B细胞;但也有的细胞突起伸到毛细血管附近,通过血液再作用于A、B细胞,以调控A、B细胞的分泌功能。而A、B细胞的分泌也反馈性地影响D细胞的分泌,如A细胞分泌的胰高糖素可直接作用于邻近的B细胞和D细胞,促进胰岛素和生长抑素的分泌,而D细胞分泌的生长抑素又可直接作用于邻近的A细胞和B细胞,抑制胰高糖素及胰岛素分泌;同样胰岛素则抑制胰高糖素和生长抑素的分泌。即胰岛各种细胞之间存在着有直接的反馈影响。内分泌细胞之间的这种直接的,不通过血液循环的互相影响和调节,称为旁分泌作用(paracrine)。这三者之间的功能平衡在血糖的平衡调节中起着重要作用。D细胞除存在于胰岛外,还广泛分布在胃肠道(胃和小肠上段)。生长抑素可以旁分泌方式对胰岛素、胰高血糖素和胰多肽的分泌起抑制作用,也可以内分泌方式对靶细胞起调节作用,抑制消化腺的外分泌,促进肠系膜血管的收缩。
内啡肽(endorphin)是下丘脑、垂体中的内源性吗啡样肽,是β-促脂素的代谢片断物,内啡肽的61～65位5个氨基酸肽链段则为脑啡肽(enkephalin),也具吗啡样作用,均属于内源性镇痛性激素。下丘脑、其他中枢神经核、神经节、肠壁神经丛、胰分神经纤维均可于末梢分泌内啡肽与脑啡肽。此外,应用灌注胰岛及胰岛薄层细胞体外培育均证明除神经纤维外,胰岛确有特殊分泌内啡肽与脑啡肽的分泌细胞,此内分泌细胞的性质、分类尚未肯定。应用胰岛灌注试验发现灌注内啡肽与脑啡肽后可见胰岛分泌胰岛素及胰高血糖素增高,同时伴有生长抑素的分泌释放量降低,此作用可被同时灌注吗啡样受体阻断剂——naloxance所阻断,故证明胰岛内脑啡肽与内啡肽的作用受体系胰岛D细胞,通过D细胞分泌的生长抑制素而调节胰腺内、外分泌功能。
(四) D1细胞 又称H细胞,比D细胞小而数量少,仅占胰岛细胞总数的2%～5%,呈卵圆形、锥体形或逗点状,有细长的细胞质突出,常以单个细胞形式分散地分布在胰岛的周边。在光镜下难与其他细胞区别。先前认为D1细胞是D细胞的一种变形,故取此名。在电子显微镜下D1细胞的分泌颗粒细小,直径140～190nm。颗粒外有界膜包围,内容物均质,电子密度中等,其分泌颗粒的核心显强嗜银性和中等嗜锇性,与界膜紧贴或有窄晕。D1细胞的分泌颗粒对Grimelius银浸染法有弱反应。免疫细胞化学方法显示,D1细胞分泌血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide,VIP),为含28个氨基酸的多肽,相对分子质量为3326,特别在胰腺及肠壁中由神经末梢兴奋传递后产生,其在血中半衰期很短,故VIP主要是神经传递介质及局部激素。VIP的全部生物作用均系通过肝细胞、肠上皮细胞、胰腺腺细胞、脑细胞等的腺苷环化酶(即为VIP的受体)而使脑内cAMP增高所致。VIP以其旁分泌激素、神经调节介质作用而调节胃肠吸收分泌功能,调节胰腺分泌。因而D1细胞瘤时可产生VIP过多为主的临床综合征。
(五) PP细胞 近年来发现一种分泌胰多肽(pancreatic polypeptide;PP)的细胞,称为PP细胞。PP细胞数量很少,主要集中在胰头的后背部。猫、狗等动物的PP细胞可位于胰腺外,但人类的PP细胞均位于胰腺内,而且80%在胰岛周边部位,其余则分布于胰腺腺泡及导管上皮间。人体的PP细胞的分泌颗粒较小,呈圆形或卵圆形,大小不一致,直径140～200nm,颗粒外有界膜,分泌颗粒内容物呈中等电子密度,界膜与内容物之间有一个狭窄而明显的间隙。分泌的胰多肽为36个氨基酸多肽,相对分子质量为4200。
PP细胞能抑制胆囊收缩,增加胆总管张力,抑制肝胆汁和胰酶分泌,主要作用在于调节胆汁及胰腺的分泌功能。此外也可刺激基础胃酸分泌,然后抑制胃泌素的泌酸作用。
蛋白质、氨基酸、脂肪酸、葡萄糖的摄入以及咀嚼动作等,可通过迷走神经兴奋使PP细胞分泌。VIP、GIP、胃泌素、胰泌素、胆囊收缩素等也是PP细胞分泌促进剂,进餐后的PP细胞升高时间可达6小时以上。50%～75%的胰腺内分泌肿瘤均伴有PP细胞的异常增高分泌,因而提示PP细胞可能是胰岛内分泌细胞的干细胞。人全胰切除后PP细胞功能丧失,进餐刺激亦无反应。
(六) EC细胞 即早年已知分布在整个胃肠道黏膜内的肠嗜铬细胞,是消化道数目最多的内分泌细胞。虽然EC细胞主要位于胃肠道,但是在胰岛内也有分布。EC细胞的分泌颗粒有多种形态,如圆形、长条形、U字形等,大小为250～300nm。在光镜下分泌颗粒为嗜铬性和亲银性。在电镜下分泌颗粒显示出嗜锇性,电子密度高,颗粒的形状和嗜锇性与其5-羟色胺含量有关。含量少时多呈圆形,嗜锇性弱;含量丰富者,呈多形性,嗜锇性强。颗粒外有界膜,内容物与界膜间有时有一间隙。EC细胞分泌5-羟色胺、胃肠动素(motilin)和P物质。有人根据EC细胞是否含这些激素,将它们分为三个亚型: ① EC1型细胞或称肠型EC细胞,分布在小肠和大肠各段,分泌颗粒中等大小或较大,形状不一,含有P物质。② EC2型细胞或称十二指肠型EC细胞,主要分布在十二指肠,也存在于空肠。分泌颗粒大,呈圆形和不规则型,含有胃动素样物质。③ ECn型细胞或称胃型EC细胞,分泌颗粒小,形状不一,只含5-羟色胺。
(一) A细胞 体积相对较大,呈多边形分布在胰岛的外周,分泌胰高糖素,相对分子质量为3485,是由15种29个氨基酸所组成的直链多肽,N末端为丝氨酸,C末端为苏氨酸。升糖素的生理作用主要为促使肝糖原分解、肝糖原异生、脂肪分解及酮体生成四大作用。A细胞约占胰岛细胞总数的20%,用Mallory-azan染色后可见细胞质内显示出鲜红色的颗粒。在胰体部和胰尾部较多,胰头部较少。在电子显微镜下其细胞核常有凹陷或分叶,细胞质内游离核糖体较丰富,粗面内质网有时可见腔扩大,线粒体呈细长形较少,高尔基体较小而不发达。A细胞的分泌颗粒呈圆形或卵圆形,直径250～300μm,颗粒内有高电子密度的核心埋在低电子密度的基质内,核心位偏一侧,有界膜包绕,界面与核心之间有窄晕。用银染法处理时,晕区有银颗粒沉着。免疫电镜法显示,胰高糖素位于核心内,晕区含肠高血糖素。用Grimelius银浸染法处理,银盐位于低电子的颗粒基质内;而用磷钨酸染色则选择性地染色颗粒的核心。用免疫细胞化学染色,高电子密度的核心结合升糖素抗体,说明颗粒核心是贮存胰升糖素的部位。在疾病状态下A细胞数目出现明显变化。研究显示在大鼠实验性胃溃疡第十天时,胰岛A细胞的百分数明显增多,提示A细胞与胃溃疡修复有关。A细胞分泌胰升糖素外,还分泌抑胃多肽(gastric inhibitory peptide, GIP)、胰酶泌素(cholecystokinin, CCK)和ACTH-内啡肽(ACTH-endorphin)等物质。胰升糖素具抑制B细胞分泌胰岛素并增进D细胞分泌SRIH,结合胰岛内A、B、D三种细胞分布特征,提示这三种激素在胰岛内相互结抗与增进的局部调节作用。
(二) B细胞 体积比A细胞小,呈多边形或不规则形分布于胰岛的中心部位,B细胞是胰岛的主要细胞,数量最多,占胰岛细胞总数的60%～80%。用Mallory-azan染色后可见其细胞质内显示出大量橘黄色颗粒,主要分泌胰岛素(insulin),为含有51个氨基酸的多肽, 对三大营养物质代谢均有影响,但主要是调节糖代谢的激素。在电子显微镜下,B细胞的细胞核呈圆形,有时可见多倍体的巨核细胞。细胞质内的粗面内质网、游离核糖体核其他细胞器分布与A细胞相似,但线粒体近圆形,数量较A细胞多,高尔基体也比较发达。细胞质内还可见一些微管和微丝,它们在靠近毛细血管一侧的细胞质内尤为明显,在细胞膜下方可见膜下微丝网、微管的分布与分泌颗粒密切相关,微管和微丝可能参与细胞的外吐作用。B细胞的分泌颗粒相对较大的呈圆形,直径200～300nm大小不等,多位于近毛细血管一侧,颗粒外有界膜,内有一个中等电子密度的球形,棒状,长方形或菱形的类晶体核心,在高倍镜下可见到晶体内有周期性条纹。一般认为这种晶体是不溶性的胰岛素,位于界膜与核心之间的颗粒较细基质电子密度较低。还有少数分泌颗粒的核心呈均质状而没有周期性条纹。一般认为这两种形态的颗粒是胰岛素分泌颗粒的不同成熟阶段。B细胞在疾病状态下也出现明显的变化,如在大鼠实验性胃溃疡时,胰岛内的胰岛淀粉样多肽免疫反应细胞数目明显增多,而胰岛素免疫反应细胞数目显著减少。这说明共存于B细胞内的胰岛素和胰岛淀粉样多肽不但都与胃溃疡自愈有关,而且两者以不同的方式参与溃疡自愈调节。
(三) D细胞 体积比A细胞大,然而数量极少,呈卵圆形或长梭形,仅占胰岛细胞总数的1%～8%(5%左右),位于A细胞与B细胞之间, 这三种细胞都经缝隙方式相互连接,有微细的管道互相沟通。用Malloryazan染色后可见D细胞质内含有大量蓝色颗粒,主要分泌生长抑素(somatostatin),相对分子质量为1689,为14个氨基酸残基的环状多肽激素。 在电子显微镜下,D细胞的细胞核呈圆形,细胞质内粗面内质网和游离核糖体较多,线粒体少而小,高尔基体较明显,常位于核旁。D细胞的分泌颗粒呈圆形或卵圆形,直径300～350nm,内充满低、中等电子密度的细颗粒状基质。常见到D细胞伸出充满分泌颗粒的突起与邻近的A细胞或B细胞接触,D细胞分泌出的生长抑素可能以旁分泌方式释放于细胞间隙内,通过直接弥散方式或通过缝隙连接而抵达邻近的A、B细胞;但也有的细胞突起伸到毛细血管附近,通过血液再作用于A、B细胞,以调控A、B细胞的分泌功能。而A、B细胞的分泌也反馈性地影响D细胞的分泌,如A细胞分泌的胰高糖素可直接作用于邻近的B细胞和D细胞,促进胰岛素和生长抑素的分泌,而D细胞分泌的生长抑素又可直接作用于邻近的A细胞和B细胞,抑制胰高糖素及胰岛素分泌;同样胰岛素则抑制胰高糖素和生长抑素的分泌。即胰岛各种细胞之间存在着有直接的反馈影响。内分泌细胞之间的这种直接的,不通过血液循环的互相影响和调节,称为旁分泌作用(paracrine)。这三者之间的功能平衡在血糖的平衡调节中起着重要作用。D细胞除存在于胰岛外,还广泛分布在胃肠道(胃和小肠上段)。生长抑素可以旁分泌方式对胰岛素、胰高血糖素和胰多肽的分泌起抑制作用,也可以内分泌方式对靶细胞起调节作用,抑制消化腺的外分泌,促进肠系膜血管的收缩。
内啡肽(endorphin)是下丘脑、垂体中的内源性吗啡样肽,是β-促脂素的代谢片断物,内啡肽的61～65位5个氨基酸肽链段则为脑啡肽(enkephalin),也具吗啡样作用,均属于内源性镇痛性激素。下丘脑、其他中枢神经核、神经节、肠壁神经丛、胰分神经纤维均可于末梢分泌内啡肽与脑啡肽。此外,应用灌注胰岛及胰岛薄层细胞体外培育均证明除神经纤维外,胰岛确有特殊分泌内啡肽与脑啡肽的分泌细胞,此内分泌细胞的性质、分类尚未肯定。应用胰岛灌注试验发现灌注内啡肽与脑啡肽后可见胰岛分泌胰岛素及胰高血糖素增高,同时伴有生长抑素的分泌释放量降低,此作用可被同时灌注吗啡样受体阻断剂——naloxance所阻断,故证明胰岛内脑啡肽与内啡肽的作用受体系胰岛D细胞,通过D细胞分泌的生长抑制素而调节胰腺内、外分泌功能。
(四) D1细胞 又称H细胞,比D细胞小而数量少,仅占胰岛细胞总数的2%～5%,呈卵圆形、锥体形或逗点状,有细长的细胞质突出,常以单个细胞形式分散地分布在胰岛的周边。在光镜下难与其他细胞区别。先前认为D1细胞是D细胞的一种变形,故取此名。在电子显微镜下D1细胞的分泌颗粒细小,直径140～190nm。颗粒外有界膜包围,内容物均质,电子密度中等,其分泌颗粒的核心显强嗜银性和中等嗜锇性,与界膜紧贴或有窄晕。D1细胞的分泌颗粒对Grimelius银浸染法有弱反应。免疫细胞化学方法显示,D1细胞分泌血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide,VIP),为含28个氨基酸的多肽,相对分子质量为3326,特别在胰腺及肠壁中由神经末梢兴奋传递后产生,其在血中半衰期很短,故VIP主要是神经传递介质及局部激素。VIP的全部生物作用均系通过肝细胞、肠上皮细胞、胰腺腺细胞、脑细胞等的腺苷环化酶(即为VIP的受体)而使脑内cAMP增高所致。VIP以其旁分泌激素、神经调节介质作用而调节胃肠吸收分泌功能,调节胰腺分泌。因而D1细胞瘤时可产生VIP过多为主的临床综合征。
(五) PP细胞 近年来发现一种分泌胰多肽(pancreatic polypeptide;PP)的细胞,称为PP细胞。PP细胞数量很少,主要集中在胰头的后背部。猫、狗等动物的PP细胞可位于胰腺外,但人类的PP细胞均位于胰腺内,而且80%在胰岛周边部位,其余则分布于胰腺腺泡及导管上皮间。人体的PP细胞的分泌颗粒较小,呈圆形或卵圆形,大小不一致,直径140～200nm,颗粒外有界膜,分泌颗粒内容物呈中等电子密度,界膜与内容物之间有一个狭窄而明显的间隙。分泌的胰多肽为36个氨基酸多肽,相对分子质量为4200。
PP细胞能抑制胆囊收缩,增加胆总管张力,抑制肝胆汁和胰酶分泌,主要作用在于调节胆汁及胰腺的分泌功能。此外也可刺激基础胃酸分泌,然后抑制胃泌素的泌酸作用。
蛋白质、氨基酸、脂肪酸、葡萄糖的摄入以及咀嚼动作等,可通过迷走神经兴奋使PP细胞分泌。VIP、GIP、胃泌素、胰泌素、胆囊收缩素等也是PP细胞分泌促进剂,进餐后的PP细胞升高时间可达6小时以上。50%～75%的胰腺内分泌肿瘤均伴有PP细胞的异常增高分泌,因而提示PP细胞可能是胰岛内分泌细胞的干细胞。人全胰切除后PP细胞功能丧失,进餐刺激亦无反应。
(六) EC细胞 即早年已知分布在整个胃肠道黏膜内的肠嗜铬细胞,是消化道数目最多的内分泌细胞。虽然EC细胞主要位于胃肠道,但是在胰岛内也有分布。EC细胞的分泌颗粒有多种形态,如圆形、长条形、U字形等,大小为250～300nm。在光镜下分泌颗粒为嗜铬性和亲银性。在电镜下分泌颗粒显示出嗜锇性,电子密度高,颗粒的形状和嗜锇性与其5-羟色胺含量有关。含量少时多呈圆形,嗜锇性弱;含量丰富者,呈多形性,嗜锇性强。颗粒外有界膜,内容物与界膜间有时有一间隙。EC细胞分泌5-羟色胺、胃肠动素(motilin)和P物质。有人根据EC细胞是否含这些激素,将它们分为三个亚型: ① EC1型细胞或称肠型EC细胞,分布在小肠和大肠各段,分泌颗粒中等大小或较大,形状不一,含有P物质。② EC2型细胞或称十二指肠型EC细胞,主要分布在十二指肠,也存在于空肠。分泌颗粒大,呈圆形和不规则型,含有胃动素样物质。③ ECn型细胞或称胃型EC细胞,分泌颗粒小,形状不一,只含5-羟色胺。