邁向糖尿病的干細胞療法

1998年第一個人類胚胎干細胞 (hESC) 系的分離開啟了干細胞療法治療各種疾病的可能性。1 型糖尿病 (T1D) 特別適合這種方法，因為移植產生胰島素的胰腺 β 細胞可以提供長期治療甚至治愈。到 2000 年代初，干細胞分化領域受益于模式生物的胚胎研究，這些研究確定了各種信號通路在控制胰腺細胞譜系規范中的作用。

2005年，D’Amour 等人。報道了含有>80％定形內胚層細胞的hESC分化培養物的產生：胰腺細胞的胚胎祖細胞。分化發生在二維培養中，使用含有激活素 A 的低血清培養基，激活素 A 是胚胎內胚層規范所必需的蛋白質。

在這一進展之后，2006年，D’Amour等人。發表了一篇重要論文，報告了內分泌胰腺細胞的產生，能夠分泌胰島素、胰高血糖素、生長抑素、胰腺多肽和生長素釋放肽以分化 hESC。他們的分化方案包括五個階段，在此期間，hESCs經歷了一系列中間細胞狀態：定形內胚層、原始腸管、后前腸、胰腺內胚層和內分泌前體以及表達激素的內分泌細胞。在每一步都提供了特定的生長因子，以模擬胚胎胰腺的發育。事實上，不同細胞狀態下mRNA和蛋白質的表征表明它們類似于等效的胚胎內胚層祖細胞。

在本研究的第五階段，使用鋅螯合劑雙硫腙染色來鑒定胰腺內分泌細胞。它們的胰島素含量與原代成人胰島相似，并且通過 mRNA、C 肽和胰島素原蛋白測量證實了胰島素的從頭合成。然而，與成人胰島相比，hESC衍生細胞的 C 肽含量較差，表明處理胰島素原的效率降低。C 肽分泌對多種分泌刺激有反應，盡管對葡萄糖的反應很小。

隨后，在2008年，同一組（Kroon等人）在小鼠體內移植hESC衍生的第四階段胰腺內胚層后，成功地在體內產生了葡萄糖反應性內分泌細胞。這些細胞表達關鍵的 β 細胞轉錄因子，表現出對胰島素原的有效加工并含有成熟的分泌顆粒。重要的是，hESC 衍生的內分泌細胞可以保護小鼠免受高血糖癥的影響。

2014年，Rezania 等人。描述了一個七階段的hESC分化方案，該方案產生了葡萄糖反應性產生胰島素的β 細胞，從而在移植后逆轉了小鼠的糖尿病。同年，Pagliuca等人。報道了通過順序調節3D培養系統中的關鍵信號通路，從人類多能干細胞 (hPSC) 中大規模生成葡萄糖反應性、表達胰島素的β細胞。這些hPSC衍生的 β 細胞在基因表達和超微結構方面與人類 β 細胞非常相似，并且在移植后也改善了糖尿病小鼠的高血糖。

2015年，Russ等人。報道了一種簡化的基于懸浮液的定向分化方案，用于在體外和體內從hPSC生成葡萄糖響應性產生胰島素的人β細胞。由此產生的細胞在幾周內降低了糖尿病小鼠血液中的葡萄糖水平，而之前的研究則需要幾個月的時間。

2019年，奈爾等人。報道了通過使未成熟的β樣細胞形成胰島樣簇，從而在體內重現內分泌細胞簇，從而在體外從hESCs中產生成熟的β細胞。成熟的 β 細胞顯示線粒體的代謝和結構成熟增強，并且在糖尿病小鼠移植后的幾天內高血糖降低。

2020 年，Hogrebe等人。發現肌動蛋白聚合狀態影響體外胰腺分化。因此，分化過程中的定時肌動蛋白解聚導致從hPSC中產生β細胞，從而迅速逆轉小鼠的糖尿病并維持正常血糖9個月。

在通過體外分化hESC產生第一個胰島素分泌細胞15年后，我們仍然沒有針對T1D的β細胞替代療法。然而，多虧了這里提到的研究以及許多其他研究，我們離這個目標更近了。除了進一步優化成熟β細胞生產的效率和可擴展性之外，在以干細胞為基礎的生產之前，還需要解決重要問題，例如保護移植的干細胞衍生的β細胞免受免疫排斥并確保其純度。治療成為現實。