【共同研究】《糖尿病患者胰岛素球中微米级铜沉积物的结构分析》在Nature上发表

糖尿病患者胰岛素球内

微米级铜沉积物的结构分析

蛋白质错误折叠是衰老的标志性特征，可导致糖尿病和神经内分泌紊乱。胰岛素制剂也可能在皮下注射部位形成聚集物，称为"胰岛素球"。这些聚集物通常以淀粉样纤维形式存在，在皮下组织中保持稳定，部分样本对培养细胞具有细胞毒性。

我们在1例45岁左右女性糖尿病患者的胰岛素球中发现最大直径达100微米的零价铜（Cu⁰）团块。该胰岛素球由不可溶的赖脯胰岛素构成，位于右下腹皮下脂肪组织中。透射电镜显示其具有纤维状结构，μCT检测到球体内存在多个强光对比斑点。扫描电镜能谱分析证实最大光斑为零价态的单质铜（Cu⁰）。

这是迄今在生物体内发现的最大尺寸零价铜沉积。胰岛素球内100微米级Cu的发现证实外源性胰岛素制剂可能破坏包括铜在内的金属代谢平衡。截至2025年，患者仍持续皮下注射胰岛素制剂，但未再出现新发胰岛素球。

下面是详细的数据信息：图1-图6

所有21个胰岛素球在穿刺细胞学标本的皮下脂肪组织中均呈现刚果红染色阳性，并在偏振光下显示黄-蓝双折射色（图1b）。在21例活检标本中，除1例显示异质性染色外（图1c），其余病例在抗胰岛素抗体反应的无定形区域均呈现弥漫性刚果红染色。拉曼光谱检测显示，在经HE染色且对抗胰岛素抗体呈免疫反应性的不溶性胰岛素团块沉积物中，部分区域存在局灶性β-折叠结构（图1d）。在检测到β-折叠结构拉曼信号的限定区域内，可观察到刚果红染色阳性，透射电镜（TEM）下可见约200纳米长的淀粉样纤维（图1e）。

需要特别指出的是，通过MALDI-TOF-MS检测到的聚集体成分与全部9例皮下注射胰岛素患者的临床信息完全吻合。研究证实，这些胰岛素球是由皮下注射的不同胰岛素制剂混合形成的聚集体。其中刚果红染色呈现异质性的病例，经确认是由速效胰岛素制剂（赖脯胰岛素）构成的聚集体（图2a，患者1）。

图2: 用MALDI-TOF-MS对9例患者胰岛素球制剂进行表征

a. 从9名患者的各活检材料的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样本中制备了5个4微米厚的切片。采用DHB基质的MALDI-TOF-MS质谱分析聚焦于双电荷离子。其中4名患者注射了赖脯胰岛素（质荷比2906），4名患者同时注射了赖脯胰岛素（质荷比2906）和甘精胰岛素（质荷比3032），另1名患者注射了门冬胰岛素（质荷比2914）。

b. 将病例2中黄色圆圈标注的样本B链源内衰变（ISD）区域与人胰岛素及赖脯胰岛素进行比对。该胰岛素球样本的ISD区域与基因重组赖脯胰岛素样本完全一致。

图3: 体视显微镜检测到的μCT图像上最大的高对比度亮斑

a. 胰岛素球的微计算机断层扫描（μCT）图像。b. 树脂包埋10号切片的体视显微镜图像。c. 树脂包埋10号切片（对应图b）的μCT图像。d. μCT图像中最大高对比度亮斑（黑色箭头指示）在高倍镜下直接观察为红棕色物质，该区域在10号切片上以黄色方框标出。e. 图b与图c的合并图像。

图4: 最大高对比度亮斑的SEM-EDS分析

a. 最大亮斑点的扫描电镜（SEM）图像，插图为该斑点的体视显微镜观察图像。

b. 最大亮斑点表面的高倍SEM图像。

c. 表面区域1的能谱分析（EDS）显示主要成分为Cu（70.6%），并含有C（26.3%）和O（3.1%），C和O可能来源于周围生物组织。

d. 表面区域2的EDS分析检测到Cu（41.8%）及周围组织信号成分，包括C（30.2%）、N（6.0%）和O（18.8%）。

最大亮斑是一个红棕色的橄榄球状铜质团块，直径约100微米（图4a）。样本表面呈现鳞片状凹凸不平的朦胧黑色区域（图4b）。在鳞片状区域中，除可能源自生物组织的氧（O）外，几乎未检测到其他氧元素，暴露出单质铜（Cu）（图4c）。黑色朦胧区域覆盖着可能源自生物材料的C、O、N、P和Ca；源自树脂的Cl；以及附着在周围材料上、来自胰岛素球的S（图4d）。铜质团块表层未发现明显存在氧化铜的证据。

图5: 微小金属沉积物的SEM-EDS分析

@15 kV，低真空模式，背散射电子成

a. 10 μm金属沉积物的SEM图像及能谱（EDS）分析。红箭头所指金属沉积物由Cu（40.6%）和Zn（24.0%）组成，并含有C、O和Cl等周围组织信号元素。

b.  5 μm金属沉积物的SEM图像及EDS分析。红箭头所指金属沉积物由Cu（10.2%）和Zn（7.0%）组成，并含有C、O和Cl等周围组织信号元素。

c.  另一处5 μm金属沉积物的SEM图像及EDS分析。红箭头所指金属沉积物由Cu（6.9%）和Zn（5.7%）组成，并含有C、O和Cl等周围组织信号元素。

d.  7 μm金属沉积物的SEM图像及EDS分析。该沉积物主要由Fe（75.8%）组成，并含有少量Al、Si、Cr和Mn元素。

在胰岛素球内部的明亮斑点中，检测到尺寸小于10微米的金属沉积物，这些沉积物含有不同比例的铜（Cu）和锌（Zn）（图5a-c）。除铜元素外，部分明亮斑点中还观察到以铁（Fe）为主要过渡元素，并含有铝（Al）、硅（Si）、铬（Cr）和锰（Mn）等微量金属分子成分（图5d）。

图6: 沙粒体样分层结构的SEM?EDS分析

@ 15 kV，高真空模式，背散射电子成像

a. SEM图像显示红箭头所指的沙粒体样分层结构。

b. 能谱分析（EDS）检测显示，该沙粒体样分层结构由钙（Ca，24.6%）和磷（P，12.6%）组成，并混合有碳（C）、氧（O）、氯（Cl）和钠（Na）等周围组织信号元素。

胰岛素球内存在大量主要由钙（Ca）和磷（P）构成的分层结构，但未检测到铜（Cu）成分（图6）。这些分层结构与乳腺癌或癌前乳腺组织中常见的沙粒体（psammoma bodies）结构相似，但其体积小于典型沙粒体，且医院乳腺X线摄影未能检测到这些微钙化灶。