迈向糖尿病β细胞替代疗法！升级版多能干细胞分化方案公布

1型糖尿病的致病原因是机体自身免疫破坏了分泌胰岛素的β细胞。临床上移植胰岛细胞虽具有治愈糖尿病的潜力，但存在胰腺供体稀少的问题。4月27日，在Nature Biotechnology上发表的一项新研究中，来自德国环境健康研究中心、德国糖尿病研究中心和慕尼黑工业大学等多家机构的研究人员开发出了一种优化版的多能干细胞分化方案，可在体外产生具有优异葡萄糖反应和胰岛素分泌性能的β细胞。

图片来源：Nature Biotechnology

人类多能干细胞（胚胎干细胞或诱导性多能干细胞）可以分化为人体的各种细胞类型，具有无限的自我更新能力。因此，多能干细胞是产生细胞替代疗法所需特殊细胞类型（如用于糖尿病患者的β细胞）的最佳来源。

然而，由于分化步骤非常多，现有的β细胞体外分化方案很繁杂。整个过程需要近20种信号蛋白和小分子来调节细胞的生长和分化，持续时间至少4个星期。而且并非所有多能干细胞都会分化为目标细胞，其中一些细胞会采用错误的分化路径，这可能会导致高度异质性的细胞群形成，包括出现功能不完全的β细胞。

在这项新研究中，研究人员尝试提高由干细胞分化而来的β细胞的质量。具体来说，他们找到了一种途径，可使干细胞培养物中充满高度特化的胰腺祖细胞，这类祖细胞可能提高干细胞靶向分化为β细胞的可能性。

“从发育生物学中我们了解到胰腺祖细胞在内胚层阶段已经被特化，这是分化的第一步。我们需要确认对于人类多能干细胞分化是否同样如此。”论文通讯作者Heiko Lickert教授解释道。

为了调查这一问题，研究人员首先着手探究是否可以更好地控制内胚层质量及其分化为特定胰腺祖细胞的能力，结果发现单克隆抗体CD177可以标记内胚层的一个亚群，此亚群可以有效且同质分化为特定的胰腺祖细胞。

CD177标记的内胚层亚群可以更有效地分化为胰腺祖细胞（图片来源：Nature Biotechnology）

接着，研究人员发现，如果在内胚层阶段分离出表达CD177的细胞亚群，可增加特定胰腺祖细胞的生成，最终这些细胞将分化为更成熟、功能更强的β细胞，它们不仅对葡萄糖的响应更好，还改善了胰岛素分泌模式。

CD177纯化后的内胚层可产生更多成熟、功能更强的β细胞（图片来源：Nature Biotechnology）

当前的β细胞分化方案会产生异质性很高的细胞群，其中不仅包含β细胞，还包含剩余未分化的胰腺祖细胞或来自不同谱系的细胞类型。而此项新方案中，通过CD177纯化这一步骤不仅可以提高生成的β细胞的同质性和质量，还可以提高临床安全性，因为最终获得的细胞群中不再含有多能干细胞。这是用于1型糖尿病患者治疗的干细胞衍生β细胞替代疗法向临床转化的关键一步。

Heiko Lickert教授说：“有了CD177，我们在早期阶段就可以看到细胞是否在正确的分化轨道上。这可以帮助节省大量的时间、精力和金钱。”

此外，由于经升级版的分化方案生成的β细胞与人体β细胞更为相似，因此，此项优化后的β细胞分化方案将有助于建立模拟人类胰腺的疾病模型系统。同时，能够产生功能性β细胞的分化方案也有望助力糖尿病药物的筛选。

相关论文：

[1] Pallavi U et al. Generation of pancreatic β cells from CD177+ anterior definitive endoderm. Nature Biotechnology (2020)

参考资料：

1# Beta cells from stem cells: Potential for cell replacement therapy（来源：Science Daily）