Tugas Kuliah: Embriologi Pankreas

Pankreas pada individu dewasa tersusun atas 2 macam jaringan fungsional yaitu eksokrin pankreas dan islets of Langerhans. Eksokrin pankreas disusun oleh sel-sel acinar yang mensekresikan enzim-enzim pencernaan, jaringan ini mengisi sekitar 98% pankreas. Islets of Langerhans tersebar di antara parenkim acinar, tersusun atas sel-sel endokrin penghasil hormon yang berperan dalam menjaga homeostasis glukosa. Pada setiap islet dapat ditemukan setidaknya 4 macam sel endokrin seperti sel α (glukagon), β (insulin), δ (somatostatin), ε (ghrelin) dan PP (polipeptida pankreas) (Guney & Gannon, 2009). 

Perkembangan pankreas dapat disederhanakan sebagai berikut: (1) endoderm versus mesoderm dan ectoderm, (2) pankreas versus duodenum, (3) eksokrin versus endokrin dan (4) sel β versus sel-sel endokrin lainnya. Pankreas berkembang dari bagian endoderm foregut yang terletak posterior terhadap hepar yang sedang berkembang dan anterior dari duodenum (Guney & Gannon, 2009). 

Regionalisasi Endoderm 

Beberapa macam faktor transkripsi diekspresikan pada endoderm anterior hingga posterior. Sebagai contoh, Sox2 diekspresikan pada bagian endoderm anterior yang nantinya akan membentuk esophagus dan ventriculus. Ekspresi Pdx1 muncul bersamaan dengan tahap awal perkembangan pankreas dan ekspresinya dapat ditemukan pada antral ventriculus, calon pankreas, ductus biliferus communis dan duodenum bagian rostral (Offield et al., 1996). Pada mulanya, kemunculan pankreas ditandai dengan ekspresi Pdx1, Ptfla dan homeobox gene 9 (Hlxb9/Hb9) (Kawaguchi et al., 2002). Jika Hb9 tidak diekspresikan, diverticulum dorsal gagal berkembang meskipun endoderm dan mesenkim di sekitarnya tetap memiliki pola perkembangan yang normal (Harrison et al., 1999). 

Banyak faktor yang terlibat dalam tahap awal regionalisasi endoderm dan kemudian berperan lagi dalam tahapan perkembangan selanjutnya misalnya pada tahap organogenesis dan fungsionalisasi organ dewasa. Sebagai contoh, pada kehamilan tahap akhir, ekspresi Pdx1 sangat tinggi pada sel β yang sedang berkembang sedangkan pada sel-sel acinar, ekpresinya sangat rendah. Inaktivasi Pdx1 menyebabkan agenesis pankreas, hal ini menunjukkan bahwa Pdx1 berperan penting dalam perkembangan pancreas (Offield et al., 1996). Meskipun begitu, Pdx1 tidak diperlukan dalam spesifikasi endoderm pankreatik atau pembentukan sel-sel endokrin pertama karena pada embrio yang tidak mengekspresikan Pdx1, pankreas tetap terbentuk walaupun hanya memiliki cabang ductus dorsal yang sangat terbatas dan jumlah sel penghasil insulin dan glucagon yang sangat sedikit. Inaktivasi Pdx1 pada sel-sel tertentu, khususnya pada sel penghasil insulin saat perkembangan embrio, menunjukkan bahwa Pdx1 berperan dalam mengatur jumlah macam-macam sel endokrin. Sebagai tambahan, Pdx1 juga diperlukan dalam maturasi dan fungsi dari sel β karena percobaan inaktivasi Pdx1 pada sel β dewasa menyebabkan terjadinya intoleransi glukosa atau diabetes tipe 2 baik pada tikus maupun manusia. Pdx1 berperan dalam mengatur ekspresi bermacam-macam gen yang penting dalam perkembangan dan maturasi fungsi sel β seperti Pax4, MafA, insulin, glut2, IGRP dan glucokinase (Guney & Gannon, 2009). 

Pdx1 juga diekspresikan pada calon ventriculus, duodenum dan ductus biliferus embrio, sehingga dapat disimpulkan bahwa jaringan pada organ tersebut memiliki potensi untuk berkembang menjadi pankreas jika kombinasi faktor yang tepat diinduksi atau diinhibisi pada tahap perkembangan tertentu (Fukuda et al., 2006). 

Spesifikasi Pankreas dari Posterior Foregut 

Pada embrio berumur 25 hari, sebagian dari sel yang mengekspresikan Pdx1 mulai mengekspresikan faktor transkripsi Ptf1a/p48, sel-sel inilah yang nantinya akan membentuk pancreas (Burlison et al., 2008). Meskipun pada awalnya Ptf1a diduga hanya berperan dalam perkembangan sel acinar, Ptf1a sangat diperlukan untuk spesifikasi pankreas dan juga perkembangan sel-sel endokrin dan eksokrin (Kawaguchi et al., 2002). Jika Ptf1a tidak ada, sel-sel yang harusnya menjadi diverticulum ventral tetap ditemukan pada duodenum dan justru mengekspresikan intestinal marker, hal ini menunjukkan bahwa Ptf1a berperan dalam mengarahkan sel-sel progenitor endoderm yang bipotent untuk menjadi pankreas (Guney & Gannon, 2009). 

Regionalisasi Endoderm Foregut/Midgut 

Penghambatan Wnt signaling pada endoderm anterior sangat diperlukan dalam perkembangan pankreas dan hepar (McLin et al., 2007). Seiring dengan jalannya perkembangan, jaringan mesoderm yang mengelilingi posterior foregut menghasilkan sinyal yang memicu perkembangan pankreas dan hepar dari area endoderm tertentu. Pada ventral foregut, bone morphogenetic proteins (BMP) disekresikan oleh mesenkim septum transversum sedangkan FGF (fibroblast growth factor) 1 dan 2 diproduksi oleh cardiac mesoderm untuk mendorong perkembangan hepar dan menghambat diferensiasi pancreas (Sadler, 2015). Penelitian terbaru yang dilakukan pada Xenopus sp. menyatakan bahwa transforming growth factor-β (TGF-β) induced factor 2 (TGIF2) adalah faktor yang membatasi sinyal BMP pada endoderm dan memicu ekpresi gen-gen propankreatik (Spagnoli & Brivanlou, 2008). 

Epithelium pankreas terletak berdekatan dengan mesenkim splenik pada awal pembentukan diverticula pankreas, kemudian mesenkim splenik terkondensasi dan terpisah dari calon pankreas. Pada embrio yang tidak memiliki faktor transkripsi Bapx1, mesenkim splenik gagal terkondensasi sehingga tetap berhubungan dengan pankreas dorsal (Asayesh et al., 2006). 

Pembentukan Diverticula Pankreas 

Pembentukan pankreas manusia dimulai pada embrio berumur 26 hari, diawali dengan pembentukan diverticulum dorsal yang kemudian diikuti dengan kemunculan 2 diverticula ventral pada hari ke-30. Diverticulum ventral kiri menghilang secara bertahap, sedangkan diverticulum ventral kanan akan dipertahankan (Singh, 2012). 

Sebelum kemunculan diverticulum dorsal, dorsal prepancreatic endoderm memiliki hubungan langsung dengan notochord sehingga ekspresi gen sonic hedgehog (SHH) ditekan pada endoderm bagian ini (Carlson, 2014). Penekanan ekspresi SHH oleh Activin dan FGF2 memberikan sinyal permisif untuk gen-gen yang berperan dalam pembentukan pancreas (Sadler, 2015). Hubungan antara endoderm dan notochord menghilang karena munculnya sepasang aortae dorsalis yang kemudian berfusi dengan mesoderm sekitarnya di bagian medial embrio pada hari 29-31. Sinyal dari sel endothelial pembuluh darah juga diperlukan dalam perkembangan pankreas meskipun molekul yang dihasilkan oleh sel endothelial masih belum diketahui secara pasti. Berdasarkan percobaan, sinyal dari sel endothelial ini diperlukan untuk menjaga ekspresi Pdx1, pertumbuhan diverticulum dorsal dan inisiasi ekspresi gen Ptf1a dan gen insulin. Pada tikus yang mengekspresikan vascular endothelial growth factor A (VEGFA) menggunakan promoter Pdx1, terlihat adanya peningkatan jumlah pembuluh darah dan kenaikan jumlah islets serta sel penghasil insulin. Karena Pdx1 secara alami ditemukan pada endoderm bagian ini, hasil tersebut menunjukkan bahwa sel endothelial mampu menginduksi diferensiasi sel progenitor pankreas menjadi sel endokrin. Sinyal dari aorta dorsalis kemungkinan berpengaruh terhadap interaksi epithelial-mesenkimal dengan menginduksi ekspresi FGF10, faktor transkripsi yang berasal dari mesoderm dan diperlukan untuk proliferasi progenitor pankreas dan percabangan epithelium pankreas. Sebaliknya, perkembangan diverticulum ventral tidak dipengaruhi oleh notochord, evaginasinya juga tidak terpengaruh oleh keberadaan sel endothelial (Guney & Gannon, 2009). 

Mesenkim membungkus diverticula pankreas sehingga terpisah dari aorta dorsalis dan jaringan lain di sekitarnya. Mesenkim terbukti penting dalam tahap diferensiasi pankreas setelah diverticula pankreas terbentuk. Mesenkim memiliki peran permisif pada morfogenesis percabangan pancreas (Guney & Gannon, 2009). 

Diverticula dorsal dan ventral berasal dari dinding endoderm duodenum di perbatasan antara foregut dan midgut. Diverticulum dorsal pankreas berasal dari dinding dorsal foregut dan tumbuh di antara 2 lapisan mesenterium dorsal duodenum (mesoduodenum) sedangkan diverticulum ventral berasal dari dinding ventral foregut yang terletak dekat dengan ductus biliferus dan diverticulum hepar, kemudian tumbuh di antara 2 lapisan mesenterium ventral (Singh, 2012). 

Ketika duodenum mengalami rotasi ke arah kanan sehingga berbentuk seperti huruf C, diverticulum ventral terletak di sebelah kanan duodenum dan diverticulum dorsal berada di sebelah kiri. Karena pertumbuhan dinding duodenum sebelah kanan lebih cepat, diverticulum ventral berpindah dari kanan ke kiri pada hari ke-35 sehingga kemudian terletak posteroinferior dari diverticulum dorsal. Diverticula dorsal dan ventral tumbuh membesar, parenkim dan sistem saluran keduanya berfusi sehingga terbentuk pankreas pada minggu ke-7 (Singh, 2012). Diverticulum ventral membentuk processus uncinatus dan bagian inferior dari caput pankreas, sedangkan diverticulum dorsal membentuk bagian superior dari caput, column, corpus dan cauda (Sadler, 2015). 

Perkembangan Ductus pada Pankreas 

Sel ductus adalah sel bersilia yang mensekresikan bikarbonat dan mucin, sel-sel tersebut membentuk saluran bercabang-cabang yang dimulai dari sel centroacinar (sel ductus yang termodifikasi dan terletak berdekatan dengan sel-sel acinar). Heterogenitas morfologi dan fungsi dari sel ductus menyebabkan penelitian pada sel ini lebih rumit sehingga banyak yang belum diketahui mengenai perkembangannya. Epitel kolumnar melapisi dinding ductus utama, sedangkan ductus interlobularis dilapisi oleh epitel pipih berlapis dan ductus intralobularis oleh epitel pipih selapis (Benitez et al., 2012). 

Saat morfogenesis percabangan, epithelium pankreas mengalami evaginasi berkali-kali untuk membentuk cabang baru dengan lumen yang tetap berhubungan dengan ductus pancreaticus utama. Kedua diverticula pankreas masing-masing memiliki saluran utama yaitu ductus pancreaticus dorsal dan ventral yang keduanya bermuara di duodenum. Muara ductus pancreaticus dorsal terletak 2 cm proximal dari muara ductus pancreaticus ventral. Komunikasi (anastomosis) kemudian terbentuk antara ductus pancreaticus dorsal dan ventral (Singh, 2012). 

Ductus pancreaticus utama (duct of Wirsung) berkembang dari: (a) ductus pancreaticus dorsal yang terletak di bagian distal anastomosis, (b) anastomosis antara 2 ductus, dan (c) ductus pancreaticus ventral di sebelah proximal anastomosis. Muara ductus pancreaticus utama di duodenum terletak berdekatan dengan muara ductus biliferus. Bagian proximal dari ductus pancreaticus dorsal kemudian akan mengalami obliterasi atau mereduksi dan membentuk saluran kecil yang disebut ductus pancreaticus accessoria (duct of Santorini) (Singh, 2012). Ductus pancreaticus utama dan ductus biliferus bermuara ke dalam duodenum di bagian papilla majus sedangkan ductus accessoria bermuara pada papilla minus duodenum yang terletak 2 cm proximal terhadap papilla majus (Sadler, 2015). 

Progenitor Eksokrin dan Endokrin 

Pada jaringan lain yang mengalami percabangan seperti pulmo dan ren, progenitor multipotent biasanya terpisah dari populasi sel yang lebih terdiferensiasi. Beberapa bukti menyatakan bahwa pertumbuhan dan pemanjangan cabang terjadi pada bagian ujung ductus yang sedang berkembang. Ujung cabang epithelium ditandai dengan ekspresi Carboxypeptidase A1 (Cpa1), Pdx1, Ptf1a, dan cMyc. Penelitian mengenai sel-sel pada bagian ujung cabang ini menunjukkan bahwa sel-sel tersebut berperan dalam pembentukan endokrin, acinar dan ductus sehingga dapat dikatakan bahwa sel-sel tersebut adalah progenitor multipotent. Sel-sel yang akhirnya berkembang pada bagian truncus cabang akan berdiferensiasi menjadi sel-sel endokrin dan ductus. Sel progenitor pada ujung cabang kemudian akan berdiferensiasi menjadi sel-sel acinar (Guney & Gannon, 2009). 

Pembentukan Islet of Langerhans 

Jaringan parenkim pankreas berasal dari epithelium pankreas. Pada umur 30-33 hari, jaringan parenkim pada diverticulum dorsal mulai membentuk lumen dan mikrolumen. Kedua diverticula pankreas bercabang-cabang dan tertanam pada mesoderm di sekitarnya dan membentuk bermacam-macam ductus (seperti ductus intralobularis (intercalaris), ductus interlobularis dan ductus utama) pada hari 45-47. Acinar pankreas mulai berkembang dari kumpulan sel di sekitar bagian terminal ductus tersebut. Pada minggu 7-8, pola lobular mulai terbentuk (Pan & Brissova, 2014). 

Tidak seperti pada mencit, sel-sel endokrin belum terdeteksi pada pankreas embrionik manusia, tetapi baru dapat diamati 3 minggu setelah kemunculan diverticulum dorsal. Sel endokrin yang pertama kali terbentuk adalah sel penghasil insulin, mulai dapat dijumpai pada minggu ke-7,5. Sel tersebut merupakan tipe sel yang paling banyak ditemui pada trimester pertama. Pada minggu ke-8, sel penghasil glukagon dan somatostatin muncul, diikuti dengan terbentuknya sel penghasil polipeptida pankreas dan ghrelin pada minggu ke-9 (Pan & Brissova, 2014). 

Islet pada organ dewasa memiliki banyak pembuluh darah. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, hubungan antara sel endothelial dan epithelium pankreas bermula dari awal morfogenesis pankreas dan berlanjut ke tahap perkembangan selanjutnya. Faktor angiogenik VEGFA diekspresikan oleh sel endokrin pada hari ke-35 dan diperlukan untuk pembentukan pembuluh darah di dalam islet. Sel endothelial juga memiliki peran induktif dalam perkembangan endokrin pankreas. Sel-sel endokrin yang berdekatan dengan kapiler dan sel endothelial yang sedang berkembang diketahui menghasilkan komponen membrana basalis islet. Jika ekspresi VEGF meningkat, ukuran islet akan bertambah besar dan diikuti dengan penurunan jaringan acinar sehingga dapat disimpulkan bahwa sel endothelial memproduksi faktor yang mendukung perkembangan jaringan endokrin meskipun mekanismenya masih belum diketahui (Guney & Gannon, 2009). 

Walaupun penelitian yang sudah dilakukan cukup terbatas, ekspresi beberapa regulator transkripsi yang khusus menandai progenitor dan prekursor dari sel endokrin telah ditemukan pada tingkat mRNA dan protein pada tahap perkembangan 9-21 minggu. Regulator transkripsi tersebut antara lain neurogenin3 (Ngn3), paired box 6, Nkx2.2, Nkx6.1, Islet1, neurogenic differentiation 1, dan Paired box 4. Pola ekspresi spasio-temporal dari faktor-faktor transkripsi tersebut menunjukkan bahwa ada kemiripan antara mekanisme pengaturan transkripsi pada manusia dan tikus. Protein Ngn3 yang merupakan marker progenitor endokrin dapat dideteksi pada epithelium pankreas di minggu ke-8, sesuai dengan waktu kemunculan sel-sel endokrin. Jumlah sel yang positif Ngn3 meningkat secara bertahap mengikuti tahapan perkembangan dan sel-sel tersebut mulai tersebar di antara kumpulan epithelium pankreas. Sel-sel endokrin pada pankreas tikus gagal berkembang jika tidak ada Ngn3, tetapi pada manusia sedikit sel β masih bisa terbentuk, hal ini menunjukkan bahwa kemungkinan terdapat jalur perkembangan sel endokrin pankreas yang tidak bergantung terhadap protein Ngn3 pada manusia (Guney & Gannon, 2009). 

Pada epithelium ductus, sinyal juxtacrine Notch-Delta mengatur diferensiasi sel-sel progenitor. Sel-sel tersebut akan mengekspresikan reseptor Notch dan ligan Delta. Interaksi antara sel yang saling berdekatan menyebabkan peningkatan regulasi Notch atau Delta. Notch signaling akan mengaktivasi gen target Hes1 yang akan menekan ekspresi faktor transkripsi Ngn3. Sel yang gagal mengaktivasi Ngn3 akan tetap dalam kondisi tidak terdiferensiasi sedangkan sel dengan Ngn3 yang teraktivasi akan memulai program diferensiasi endokrin dan memisah dari epithelium ductus. Semua tipe sel endokrin berasal dari progenitor yang mengekspresikan Ngn3. Saat ini, Ngn3 merupakan marker pertama yang digunakan untuk mengidentifikasi progenitor endokrin (Guney & Gannon, 2009). 

Asam retinoat memiliki beberapa peranan pada tahap tertentu perkembangan pankreas yaitu dalam penentuan jalur endokrin atau eksokrin. Perlakuan asam retinoat eksogenous pada embrio Xenopus menyebabkan penurunan jumlah sel-sel eksokrin dan peningkatan sel endokrin. Peningkatan ekspresi Ngn3 teramati sebelum terjadi peningkatan jumlah sel endokrin (Guney & Gannon, 2009). 

Pembentukan islet of Langerhans melibatkan delaminasi sel-sel endokrin yang telah terdiferensiasi dan mengalami epithelial-mesenchymal transition (EMT). Sebagai contoh, sel β yang terpisah dari epithelium pankreas akan mengekspresikan marker mesenkimal seperti vimentin dan regulator EMT (Snail1 dan Snail2). Sebaliknya, delaminasi prekursor endokrin pada tikus terjadi sebelum proses diferensiasi sel endokrin, dan terkadang sel-sel prekursor tersebut terdelaminasi dalam kelompok-kelompok (cluster delamination). Mekanisme delaminasi dalam pembentukan islet of Langerhans pada manusia masih belum diketahui secara pasti, apakah cluster delamination atau justru dimulai dari delaminasi satu sel yang diikuti dengan pengelompokan sel endokrin, karena berdasarkan penelitian, banyak ditemukan sel endokrin tunggal yang tersebar di epithelium pankreas. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa sel-sel endokrin dalam satu islet berasal dari beberapa progenitor yang berbeda (Pan & Brissova, 2014). 

Semua sel-sel endokrin pankreas berasal dari progenitor yang mengekspresikan Ngn3, tetapi mekanisme bagaimana progenitor endokrin tersebut dapat berdiferensiasi menjadi beberapa macam sel endokrin masih belum diketahui. Analisa genetik menunjukkan bahwa sel α dan β berkembang dari 2 prekursor yang berbeda sedangkan sel β dan PP kemungkinan berasal dari prekursor endokrin yang sama. Ekspresi berlebih Ngn3 dengan menggunakan promoter Pdx1 menyebabkan diferensiasi progenitor endokrin menjadi sel α. Pada perkembangan selanjutnya, epithelium pankreas kehilangan kemampuannya untuk berdiferensiasi menjadi sel penghasil glucagon dan mulai dapat membentuk sel δ dan PP. Perubahan kompetensi perkembangan sel ini dimediasi oleh faktor intrinsik tanpa dipengaruhi oleh mesenkim di sekitarnya (Guney & Gannon, 2009). 

Pembentukan sel α dan β diduga diregulasi oleh aksi berlawanan dari faktor transkripsi Pax4 dan Arx. mRNA Pax4 dapat dideteksi pada sel pankreas pada embrio berumur 25 hari. Ekspresinya tinggi pada 2 gelombang pembentukan sel β tetapi kemudian berkurang setelah lahir dan sama sekali tidak ditemukan pada islet dewasa. Jika Pax4 tidak ada, embrio tetap mengekspresikan Pdx1 dan Hb9, tetapi tidak dijumpai sel β yang matang, hal ini mengindikasikan bahwa Pax4 diperlukan pada transisi kedua proses diferensiasi sel β. Pada mencit mutan yang tidak mengekspresikan Pax4, terlihat ada penurunan jumlah sel δ dan peningkatan jumlah sel penghasil glukagon dan ghrelin. Karena pada mutan Pax4 tidak teramati adanya proliferasi sel endokrin ataupun apoptosis, kemungkinan progenitor sel β dan δ dapat diarahkan untuk berdiferensiasi menjadi sel endokrin tipe lainnya jika Pax4 tidak diekspresikan. 

Pax4 diduga berfungsi sebagai repressor transkripsi dengan berikatan pada promoter glukagon dan ghrelin sehingga pada mutan Pax4 terjadi peningkatan ekspresi 2 hormon tersebut. Sebagai tambahan, Pax4 menghambat ekspresi Arx, yaitu faktor transkripsi yang memicu diferensiasi sel α. Meskipun Pax4 tidak terlalu berperan dalam pembentukan sel α dan PP, penelitian menunjukkan bahwa sel yang mengekspresikan Pax4 dapat berdiferensiasi menjadi sel α, β, dan ε, sehingga dapat dikatakan bahwa Pax4 diekspresikan oleh progenitor endokrin yang pluripotent (Guney & Gannon, 2009). 

Berkebalikan dengan peran Pax4, ekspresi Arx pada populasi progenitor endokrin mendukung perkembangan sel α. Embrio tanpa Arx tidak dapat membentuk sel α dan jumlah sel β dan δ akan meningkat. Mutan Arx memiliki ekspresi Pax4 yang meningkat dan ekspresi Arx meningkat pada mutan Pax4, hal ini mengindikasikan bahwa Arx dan Pax4 saling menghambat ekspresi satu dengan lainnya. Hasil penelitian tersebut menekankan pentingnya keseimbangan ekspresi Pax4 dan Arx dalam pembentukan sel α dan β. Inaktivasi Pax4 dan Arx menyebabkan tidak terbentuknya sel α dan β diikuti dengan peningkatan dramatis sel penghasil somatostatin yang menunjukkan bahwa sel penghasil glukagon kemungkinan menghambat perkembangan sel δ pada kondisi normal (Guney & Gannon, 2009). 

Pax6 diekspresikan pada awal perkembangan pankreas oleh sekumpulan sel pada epithelium pankreas, dan kemudian diekspresikan oleh sel-sel endokrin. Meskipun Pax6 diekspresikan oleh sel penghasil insulin dan glukagon, Pax6 hanya berperan pada pembentukan sel α. Pada mencit mutan Pax6, terlihat adanya penurunan drastis sel α and sedikit penurunan jumlah sel-sel tipe lain di islet. Hal ini menunjukkan bahwa Pax6 tidak hanya penting untuk diferensiasi sel α tetapi juga untuk ekspansi populasi endokrin secara keseluruhan. Selain itu, pada mencit mutan Pax6 juga terjadi peningkatan jumlah sel penghasil ghrelin tanpa disertai dengan adanya proliferasi pada populasi sel jenis ini sehingga bisa disimpulkan bahwa Pax6 dapat mengarahkan progenitor endokrin untuk berdiferensiasi menjadi sel ε (Guney & Gannon, 2009). 

Nkx2.2 mengatur diferensiasi sel β melalui jalur yang paralel dengan Pax4. Nkx2.2 diekspresikan di seluruh bagian diverticula pankreas pada tahap perkembangan awal. Meskipun ekspresi Nkx2.2 terdeteksi pada semua sel endokrin (kecuali sel δ pada kehamilan tahap akhir), Nkx2.2 hanya diperlukan untuk diferensiasi sel β. Fungsi aktivasi dari Nkx2.2 diperlukan pada tahap akhir pematangan sel β (Guney & Gannon, 2009). 

Informasi mengenai distribusi spasial kumpulan sel endokrin yang sedang berkembang pada pankreas manusia masih sangat terbatas. Menurut Jeon et al., pengelompokan sel-sel penghasil insulin dan glukagon dimulai dari bagian tengah pankreas, hal ini dibuktikan dengan ukuran kelompok sel endokrin yang berada pada bagian tengah pankreas cenderung lebih besar jika dibandingkan dengan kelompok sel endokrin yang terletak di bagian perifer pankreas. Piper et al. menyatakan bahwa sel-sel endothelial mulai berasosiasi dengan kelompok sel endokrin pada minggu ke-10 dan struktur vascular pada islet fetus mulai terbentuk di minggu ke-14. 

Populasi sel endokrin di dalam islet yang sedang berkembang dapat dibedakan menjadi sel α dan sel β. Pada awalnya, komposisi sel β pada islet lebih banyak dibandingkan jumlah sel α (minggu 9-13), tetapi pada minggu 14-16, perbandingan jumlah kedua sel mencapai 1:1, dan rasio ini dipertahankan hingga lahir. Pada trimester terakhir, proporsi sel β sama dengan sel δ. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa proliferasi sel endokrin terjadi pada minggu 9-38, akan tetapi indeks proliferasi menunjukkan data yang berbeda-beda tergantung pada marker yang digunakan dalam analisa. Sel yang membelah pada kumpulan sel β berjumlah lebih sedikit dibandingkan pada kumpulan sel α dan sel δ, serta proliferasi sel β pada trimester ketiga lebih rendah dibandingkan pada periode neonatal. Mayoritas tiap sel α, β, dan δ pada pankreas fetus manusia hanya menghasilkan 1 jenis hormon. Jumlah sel bihormonal yang mengekspresikan kedua hormon insulin dan glukagon (sekitar 20–40% sel α and β) hanya muncul antara minggu 9-16, dan menurun dengan pesat pada minggu ke-21 (Pan & Brissova, 2014). 

Sel β yang matang dapat mendeteksi glukosa dan mensekresikan insulin dengan kadar yang sesuai dengan sinyal yang diterima. Semua sel penghasil insulin berasal dari transisi kedua perkembangan sel β, tetapi sel immature ini memiliki kemampuan yang kurang dalam mensintesis dan mensekresikan insulin. Setelah lahir, sel β mengalami pematangan yang cepat karena dihadapkan dengan sumber energi yang baru, akan tetapi, mekanisme pematangan sel β masih belum jelas (Benitez et al., 2012). 

Sel β kaya akan mitokondria, sistem transport Zn dan vesikel sekretori khusus yang disebut dense core granules (DCGs). DCGs merupakan organel kompleks yang dibungkus oleh membran, berasal dari trans-golgi network (TGN). Penurunan jumlah DCGs pada sel β berhubungan dengan penurunan sekresi insulin. Sebagai prohormon yang inaktif, proinsulin dibungkus dalam granula sekretori immature (ISGs) di dalam TGN. ISGs kemudian mengalami proses pematangan yang meliputi: (1) asidifikasi lumen granula, (2) proses proteolitik proinsulin oleh proconvertase 1/3 (Pcsk1/3) Pcsk2 dan carbopeptidase E, (3) pelepasan vesikel, (4) asidifikasi dan pembuangan air sehingga granula mengalami kondensasi. Proses maturasi menyebabkan kristalisasi insulin sehingga terbentuk “dense core” yang berisi heksamer (Benitez et al., 2012). 

Selain insulin, DCGs juga berisi beberapa komponen protein utama seperti islet amyloid polypeptide (IAPP), endo- dan exopeptidases, SNARE complex components dan regulator eksositosis lainnya, granins (termasuk chromogranin A [ChgA] and ChgB), dan transmembrane proteins seperti IA2 (disebut juga ICA152/PTPRN). ChgA dan ChgB diperlukan untuk biogenesis DCGs dengan memicu pelepasan DCGs dari TGN. Ketika ada stimulasi glukosa, RNA-binding protein polypyrimidine-tract binding protein 1 (Ptbp1) mengalami translokasi dari nukleus ke sitoplasma di mana protein ini akan berikatan dan menstabilisasi mRNA yang mengkode komponen DCGs sehingga terjadi biogenesis. Protein transmembran IA2 juga diduga berperan sebagai regulator pembentukan DCGs dan sekresi insulin jika sel β terdepolarisasi (Benitez et al., 2012). 

Perkembangan Jaringan Eksokrin 

Jaringan eksokrin pankreas mengisi mayoritas massa pankreas dan tersusun atas 2 macam sel utama, yaitu sel acinar dan sel ductus. Acinar pankreas mensekresikan hormon pencernaan seperti amylase yang dikeluarkan ke duodenum melalui jaringan sel ductus yang bercabang-cabang. Perkembangan 2 macam sel ini terjadi saat tubulogenesis dan morfogenesis percabangan, tetapi bagaimana interaksi antar sel dan koordinasi morfogenesis keduanya masih belum diketahui (Benitez et al., 2012). 

Hepatic nuclear factor 6 (Hnf6/OC-1) merupakan anggota dari keluarga faktor transkripsi ONECUT, berfungsi untuk meregulasi gen yang terlibat dalam perkembangan pankreas dan hepar. Ekspresi Hnf6 dapat ditemukan bersamaan dengan Pdx1 pada epithelium pankreas tetapi tidak dijumpai pada progenitor endokrin, meskipun begitu, ekspresi faktor transkripsi ini tetap dijaga pada organ dewasa, khususnya pada bagian ductus dan jaringan eksokrin. Hnf6 juga diperlukan utuk perkembangan endokrin pankreas karena jika Hnf6 tidak dihasilkan, maka akan terjadi penurunan ekspresi Ngn3, insulin dan glukagon. Hnf6 berikatan dan mengaktivasi promoter Ngn3 dan Pdx1. Hnf6 juga diperlukan untuk diferensiasi ductus eksokrin pankreas, jika tidak ada Hnf6, ductus pada pankreas akan mengalami dilatasi dan membentuk kista karena tidak adanya silia primer pada sel-sel epitel ductus. Hal ini mengindikasikan bahwa ekpresi Hnf6 yang dinamis sangat penting untuk perkembangan pankreas, kadar yang tepat diperlukan untuk diferensiasi sel endokrin dan eksokrin sedangkan penurunan regulasi sebelum lahir dibutuhkan untuk maturasi sel β dan morfogenesis islet (Guney & Gannon, 2009). 

Pada minggu ke-8, sel piramidal yang positif terhadap carboxypeptidase A1 (CPA1) dapat ditemukan bercabang dari epithelium pankreas, kemungkinan merupakan awal dari populasi sel proacinar. Selain ekspresi CPA1, pada tahap ini populasi sel tersebut juga mengekspresikan marker proacinar seperti GATA4, MIST1 dan pancreatic secretory trypsin inhibitor (Guney & Gannon, 2009). 

Ptf1a diekspresikan pada endoderm calon pankreas saat tahap awal perkembangan tetapi kemudian banyak ditemukan pada sel-sel acinar setelah hari ke-35. Ptf1a berikatan dengan promoter gen-gen eksokrin seperti elastase dan trypsin. Meskipun Ptf1a juga diekspresikan oleh sel-sel progenitor multipotent pankreas yang nantinya akan membentuk islet pankreas, Ptf1a tidak diperlukan dalam pembentukan endokrin pankreas. Akan tetapi, Ptf1a sangat dibutuhkan untuk perkembangan eksokrin karena penelitian menunjukkan bahwa jaringan acinar sama sekali tidak terbentuk jika Ptf1a tidak diekspresikan (Guney & Gannon, 2009). 

Ptf1a memiliki peran pada awal dan akhir perkembangan pankreas yang dimediasi oleh interaksinya dengan 2 isoform berbeda dari vertebrate suppressor of hairless protein yaitu RBPJ. RBPJκ yang bersifat Notch-dependent merupakan bentuk protein yang ditemukan pada kompleks PTF1 di awal perkembangan pankreas dan kemudian digantikan oleh Notch-independent RBPJL yang muncul pada perkembangan sel-sel acinar. RBPJL adalah bentuk yang ditemukan berikatan dengan promoter gen-gen spesifik acinar. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa kadar Ptf1a dapat mempengaruhi diferensiasi sel-sel pankreas. Tidak adanya Ptf1a menyebabkan penurunan ukuran pankreas dan diferensiasi sel acinar yang tidak sempurna. Sementara Pdx1 yang biasanya hanya ditemukan dalam jumlah sedikit pada jaringan acinar postnatal, kadarnya tetap dipertahankan hingga setelah lahir pada individu yang kekurangan Ptf1a sehingga acinar pankreasnya tidak terdiferensiasi dengan baik. Data ini menunjukkan bahwa kadar Ptf1a yang tinggi diperlukan untuk mengarahkan perkembangan sel-sel progenitor pankreas untuk menjadi jaringan eksokrin (Guney & Gannon, 2009). 

Komponen mesenkim di sekitar pankreas diduga memiliki peran dalam penentuan jalur diferensiasi sel-sel epithelium pankreas. Percobaan kultur in vitro diverticulum pankreas rodentia yang dilengkapi dengan jaringan mesenkim di sekitarnya menghasilkan perkembangan jaringan acinar dan endokrin yang normal. Sebagai pembanding, kultur diverticulum pankreas yang komponen mesenkimnya telah dihilangkan hanya menghasilkan kelompok sel-sel endokrin. Eksperimen ini menunjukkan bahwa jaringan endokrin merupakan default hasil diferensiasi sel-sel progenitor pankreas, dan juga faktor-faktor yang dihasilkan oleh mesenkim diperlukan untuk memicu diferensiasi acinar sambil menghambat diferensiasi endokrin (Guney & Gannon, 2009). 

Karakter mesenkim berubah sesuai dengan umur perkembangan sehingga kapasitas diferensiasi epithelium pankreas berubah. Pada tikus, mesenkim diverticulum pankreas dari embrio berumur 10.5 hari (e10.5) kurang efisien dibandingkan mesenkim pankreas e12.5 dalam menginisiasi diferensiasi acinar pankreas. Efek proeksokrin dari mesenkim kemungkinan tergantung pada juxtacrine signaling karena pada percobaan dengan menggunakan filter untuk memisahkan diverticulum pankreas dengan mesenkim di sekitarnya, hasilnya tidak terjadi diferensiasi acinar pankreas. Penelitian yang dilakukan di lab Scharfmann menunjukkan komponen proteoglikan sulfat pada mesenkim pankreas dibutuhkan untuk menghambat diferensiasi endokrin. Penurunan jumlah proteoglikan sulfat menyebabkan peningkatan ekspresi Ngn3 dan marker endokrin lainnya (Guney & Gannon, 2009). 

Beberapa faktor mesenkim tambahan yang telah diketahui dapat memicu diferensiasi eksokrin pankreas yaitu laminin, follistatin dan FGF1, 7 dan 10. Analisa inaktivasi dan ekspresi berlebih dari FGF10 menunjukkan bahwa FGF10 kemungkinan berperan dalam percabangan dan meregulasi jumlah progenitor pankreas, akan tetapi, FGF10 sepertinya tidak berperan dalam penentuan diferensiasi sel (Guney & Gannon, 2009). 

Gen-gen yang spesifik terhadap sel acinar menunjukkan transisi pada minggu 11-15. Beberapa enzim pencernaan dan marker spesifik sel acinar seperti carboxylester lipase, chymotrypsinogen, trypsinogen, elastase1, protease, serine, 1 (trypsin1) [PRSS1], regenerating islet-derived 1A, dan regenerating islet-derived 3G meningkat drastis mulai dari minggu 11 dan mencapai fase plateau pada minggu 15-19, sedangkan amylase baru dapat dideteksi pada minggu ke-23 dan selanjutnya (Pan & Brissova, 2014). 

Granula zymogen mulai dapat teramati pada minggu ke-14 dan terakumulasi di antara apparatus golgi dan apex sel. Pada minggu ke-20, jumlah granula zymogen meningkat dan aktivitas proteolitik mulai terlihat. Organisasi lobular acinar muncul pada minggu 16-20 (Benitez et al., 2012). 

Meskipun ekspresi mRNA dari marker beberapa macam sel ductus seperti cytokeratin 19, carbonic anhydrase 1, mucin 1, cystic fibrosis transmembrane conductance regulator dan aquaporins sudah dapat dideteksi pada minggu ke-11 dan seterusnya, proses diferensiasi sel ductus tersebut masih belum diketahui. Struktur ductus seperti ductus intercalatus, intralobularis dan interlobularis muncul pada minggu 24-32. Capsula yang membungkus pankreas, septa dan jaringan ikat lainnya berkembang dari mesoderm di sekitarnya (Benitez et al., 2012). 

Sel-sel acinar merupakan sel berbentuk piramidal dengan kapasitas sekretori yang tinggi. Untuk mengakomodasi kemampuan sekretori ini, sel acinar memiliki banyak mitokondria, apparatus golgi dan retikulum endoplasma yang luas, serta granula zymogen. Mist1, salah satu faktor transkripsi bHLH, diduga berperan dalam mengatur polaritas dan eksositosis acinar. Mist1 meregulasi RAB26 dan RAB3D yang berfungsi mengontrol maturasi granula eksokrin. Penelitian menunjukkan bahwa interaksi antara protein-protein PTF1 sangat penting dalam mengendalikan maturasi dan fungsi acinar. Pergantian PTF1-J ke PTF1-L setelah transisi eksokrin pertama menyebabkan ekspresi tinggi gen-gen yang mengkode enzim hidrolitik, komponen mitokondria dan organela yang berperan dalam eksositosis. Autoregulasi Ptf1a dan RBPJL dapat memastikan sintesis protein dan metabolisme mitokondria yang maksimal (Benitez et al., 2012). 

Sel acinar terus berdiferensiasi, mengalami pematangan dan berproliferasi hingga bayi berhenti menyusu (Desai et al., 2007). Sel acinar dewasa menunjukkan indeks proliferatif basal yang rendah dan memiliki kapasitas regeneratif yang buruk. Ptf1a dan Mist 1 diekspresikan pada sel acinar dewasa dan penelitian terbaru menunjukkan bahwa keduanya meginduksi ekspresi cell-cycle inhibitor Cdkn1a (p21) yang menjelaskan kenapa indeks proliferatif sel acinar dewasa sangat rendah (Benitez et al., 2012).