近日，哈佛大學(xué)Douglas Melton教授的研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了將多能干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞的過(guò)程，使用生物和物理分離方法來(lái)增加樣本中β細(xì)胞的比例。研究結(jié)果發(fā)表在《Nature》雜志上，可能會(huì)用于改善1型糖尿病患者的β細(xì)胞移植。

撰文：木木先生

來(lái)源：干細(xì)胞者說(shuō)

近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，重組胰島素合成和給藥方式的進(jìn)步從根本上降低了糖尿病相關(guān)疾病的發(fā)病率和死亡率。盡管如此，全世界仍有4億的病人因糖尿病并發(fā)癥而遭受著致命的影響，如糖尿病腎病、眼病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。嚴(yán)格的飲食控制，可以減緩或預(yù)防糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展。

為了滿足機(jī)體對(duì)胰島素的需求，患者必須每天攝取胰島素以保持血糖的正常水平，否則血糖水平持續(xù)過(guò)高會(huì)引發(fā)一系列的并發(fā)癥。除非恢復(fù)患者的胰島功能，不論自體的還是異體移植，否則患者必須一生調(diào)整自己的血糖。

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介紹完糖尿病和胰島素的關(guān)系之后，我們來(lái)談?wù)勗趺锤玫卣{(diào)控胰島素分泌。人體胰島素來(lái)源于胰腺，胰腺中起作用的是胰島，胰島（pancreatic islets （langerhans）) 是許多大小不等和形狀不定的細(xì)胞團(tuán)，散布在胰腺的各處。胰島中的細(xì)胞主要由α細(xì)胞，β細(xì)胞，δ細(xì)胞和pp細(xì)胞組成。其中 α細(xì)胞占20％，分泌胰高血糖素；β細(xì)胞占高達(dá)70％，分泌胰島素；δ細(xì)胞占10％，分泌“生長(zhǎng)抑素”；pp細(xì)胞數(shù)量很少，分泌胰多肽。

我們的目標(biāo)是胰島素，所以我們的目光牢牢盯住了胰島 β細(xì)胞，就是你了，搔年！當(dāng)救世主吧。

我們開(kāi)動(dòng)腦筋想一想，如果能夠讓人體內(nèi)的胰島β細(xì)胞在體外成功培養(yǎng)出來(lái)，再把數(shù)量搞上去，組建成胰島軍團(tuán)，再送回人體內(nèi)的胰腺里，讓它們分泌更多的胰島素，那就可以不需要每天注射胰島素了。

這是個(gè)好主意，細(xì)胞生物學(xué)家們不僅動(dòng)腦還擅于動(dòng)手。養(yǎng)細(xì)胞猶如養(yǎng)豬，分分鐘就搞定。五花八門(mén)的分離制備方法如同雨后春筍一樣出來(lái)了：

• 給體內(nèi)做藥物刺激，讓?duì)录?xì)胞在胰島里激活增殖，多分泌胰島素的。

• 有把β細(xì)胞從體內(nèi)胰島中分離出來(lái)，在體外培養(yǎng)增殖，再送回體內(nèi)。

• 有把β細(xì)胞的祖先——多能干細(xì)胞（ESC），在體外大量增殖，誘導(dǎo)分化變成β細(xì)胞，再送回體內(nèi)。

• 還有更神奇的，取一小塊皮膚，把正常上皮細(xì)胞在體外培養(yǎng)，經(jīng)誘導(dǎo)分化，將其返老還童變成iPSC，再變成β細(xì)胞，再送回體內(nèi)。

然而，理論是豐滿的，現(xiàn)實(shí)卻是骨感的，這些個(gè)方法能夠成功產(chǎn)生一些β細(xì)胞，但是也會(huì)產(chǎn)生許許多多其他類型如α細(xì)胞等，養(yǎng)豬養(yǎng)出來(lái)一大群野兔子，這是不行的。那么，怎么控制細(xì)胞分化乖乖地聽(tīng)話呢？

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提高胰島β細(xì)胞純度的關(guān)鍵技術(shù)

好，下面一位泰斗級(jí)大咖科學(xué)家要隆重出場(chǎng)啦。他就是來(lái)自哈佛大學(xué)和HHMI的干細(xì)胞研究領(lǐng)域的專家道格拉斯 · 梅爾頓教授（Douglas A.Melton)！梅教授在干細(xì)胞誘導(dǎo)分化領(lǐng)域發(fā)表重磅文章無(wú)數(shù)。今年5月，在頂級(jí)生物期刊自然（Nature）上再次發(fā)表了新成果，報(bào)道了能夠在體外培養(yǎng)β細(xì)胞分化的時(shí)候，盯牢α細(xì)胞+β細(xì)胞，把α細(xì)胞+β細(xì)胞先單獨(dú)分離出來(lái)，再放在一起形成可用于移植的類似胰島的結(jié)構(gòu)，這就最牛之處！養(yǎng)豬就要想要養(yǎng)兩頭烏就要養(yǎng)兩頭烏，想養(yǎng)烏克蘭大白就養(yǎng)烏克蘭大白！

Douglas Melton（哈佛大學(xué)干細(xì)胞研究所創(chuàng)始人之一）

梅教授的思路是這樣的：從胚胎干細(xì)胞（ES)或者誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSC)開(kāi)始著手，一共分六個(gè)階段，先誘導(dǎo)分化成胰腺祖細(xì)胞（階段三），繼續(xù)誘導(dǎo)產(chǎn)生三種內(nèi)分泌型細(xì)胞和一種外分泌型細(xì)胞。

人類胰島細(xì)胞的體外分化及重組。（圖片來(lái)源：Nature）

梅教授使用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)可以檢測(cè)每個(gè)階段的細(xì)胞分化情況，并且使用單細(xì)胞分離和重聚團(tuán)培養(yǎng)技術(shù)把需要的細(xì)胞類型分離出來(lái)。三種內(nèi)分泌型細(xì)胞中，有一種叫SC-β細(xì)胞具有β細(xì)胞的特性，而且可以聚團(tuán)成干細(xì)胞誘導(dǎo)的胰島。這種方法將轉(zhuǎn)化干細(xì)胞樣本中的β細(xì)胞純度從30%提高到80%。

這項(xiàng)研究意義重大，讓我們離胰島β細(xì)胞替代療法在臨床上得以應(yīng)用更近一步。或許在不久的將來(lái)，人類會(huì)開(kāi)啟胰島細(xì)胞治療1型糖尿病的新時(shí)代！

回顧往期，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。我們將持續(xù)關(guān)注細(xì)胞治療糖尿病，直到糖尿病被治愈的那一天。

參考資料：

[1] Charting cellular identity during human in vitroβ-cell differentiation NatureMay 2019 vol.569

[2]How to make b cells? Current Opinion in Cell Biology 2009, 21:727–732

[3] How to make a functional β-cell Development2013 vol.140, 2472-2483

糖尿病治療大殺器---胰島細(xì)胞微囊化