ips细胞治疗糖尿病研究进展综述

导读：

1.ips细胞再生视网膜研究进展
2.iPS细胞重编程实验相关实验材料

糖尿病正在逐渐成为现代最大的健康挑战之一。根据世界卫生组织（WHO）的统计，每10人中就有一人患有糖尿病，而且根据最新的公开数据，这种疾病病是2016年160万人死亡的直接原因。自那以后，世界卫生组织已将糖尿病与癌症、呼吸系统疾病和心血管疾病一起指定为全球卫生当局要处理的四大重点非传染性疾病。

新加坡卫生部指出，有40万新加坡人患有糖尿病。这构成了当地疾病负担的10%。与此同时，新加坡国立大学的一项独立研究预测，如果按照当前的趋势继续下去，到2050年，新加坡将拥有1百万名糖尿病患者。新加坡卫生部长颜金勇(Gan Kim Yong)对不加控制的慢性疾病的潜在后果保持警惕，宣布了一场“抗击糖尿病的战争”，呼吁全国共同努力，预防这种疾病的发生和更好地控制疾病症状。

阻止糖尿病浪潮（sugar tide）

尽管表现为简单疾病，但糖尿病实际上有多种形式。I型糖尿病的发生是由于自身免疫反应破坏了位于胰腺中产生胰岛素的细胞，即β细胞。另一方面，II型糖尿病（T2D）发生的原因是细胞不再对胰岛素产生反应。鲜为人知的是单基因糖尿病（monogenic diabetes）---一种罕见的糖尿病，是由单个基因的突变引起的。

新加坡科技研究局（A*STAR）分子与细胞生物学研究所首席研究员Adrian Teo说，“然而，随着时间的流逝，胰岛β细胞衰竭和β细胞死亡是所有类型糖尿病的共同特征。尽管目前的糖尿病药物可以帮助患者长时间控制血糖水平，但它们不能治愈甚至不能改善胰腺β细胞的健康。”他补充道，尽管在西方，肥胖是导致糖尿病的主要因素，但是在亚洲，导致糖尿病的主要因素是胰腺β细胞衰竭。

ips细胞治疗糖尿病进展盘点：

（一）2017年04月24日据国家科技部报道，日本利用iPS细胞移植治疗糖尿病

胰岛处于胰腺之中，由许多细胞组成，能够分泌降低血糖的胰岛素。目前在治疗糖尿病时，会利用脑死亡者的胰岛进行移植，但是这种胰岛的提供者有限。如果使用诱导性多功能干细胞（iPS细胞）技术，将可以大量制造人工胰岛。

日本东京大学的研究组把由人类iPS细胞制成的数万个胰岛密封到极细的小管中，再植入3只患有糖尿病的小狨猴体内。结果几天后，三只狨猴的血糖降至正常值，而且直到20天后仍然保持正常。研究小组计划5年后开始为糖尿病患者进行临床移植试验。京都大学研究人员认为在与人类相近的灵长类身上实现治疗效果，具有重要意义，要做到实用化，今后需要进一步验证长期效果，同时降低制造成本。

　此外，大阪大学的团队利用由人类iPS细胞制作的肝细胞进行移植，成功改善了患有肝脏疾病小鼠的症状，有望应用于肝硬化等肝脏疾病的再生医疗。上述成果发布于3月7日在仙台市开幕的日本再生医疗学术会议上。

（二）2020年1月6日 利用人诱导性多能干细胞抗击糖尿病大有可为

与体内大多数细胞不同，干细胞具有自我更新的能力，可以分化为多种细胞类型，包括胰腺β细胞。因此，干细胞有可能被用来替代糖尿病患者体内已死亡的胰腺β细胞，从而恢复这些患者的胰岛素产生和葡萄糖调节能力。

Teo设想不是从胚胎中获取干细胞，而是从糖尿病患者那里获得血细胞和成纤维细胞（皮肤中的一种细胞），然后将它们重编程为人诱导性多能干细胞（hiPSC）。随后，在将这些hipsC分化为胰腺β细胞并将它们移植回患者之前，可以进行基因编辑以校正与糖尿病相关的突变或基因变异。

Teo实验室博士生Blaise Su Jun Low说，“这种方法潜在地允许几乎无限量地供应胰岛β细胞用于细胞替代疗法。由于是将自身的细胞移植患者体内，移植排斥的可能性较小。”

另一种发现方式

除了细胞替代疗法外，hiPSC还可以帮助阐明糖尿病的潜在分子机制。比如，Teo的研究团队使用源自经诊断患有MODY（maturity-onset diabetes of the young, 青年发病的成年型糖尿病，它是单基因糖尿病的一种亚型）的患者的hipsC，以了解某些基因网络如何控制胰腺和肝脏发育。这两个器官对于正常的葡萄糖代谢至关重要。

大致的实验设置如下所示：首先，Teo团队诱导源自MODY患者的hiPSC（下称MODY hiPSC）分化为前肠内胚层和人类胰腺前体---人类胚胎中最终会产生胰腺和肝脏的部分，然后产生胰腺β细胞样细胞（beta-like cell）。他们将源自MODY hipsC的前肠内胚层、胰腺前体和β细胞样细胞的基因表达模式与正常人进行了比较。

通过这种方法，Teo团队发现了一种名为HNF4A的基因中的突变会导致MODY 1患者中指定胰腺和肝脏发育的基因的总体表达下降。重要的是，Teo指出，使用小鼠模型不可能取得这一发现，这是因为与人类中的情形不同，具有HNF4A突变拷贝的小鼠不会患上糖尿病。

Teo解释说，“目前，有超过14种形式的MODY，每种都是由一种不同基因（比如HNF4A、HNF1A、PAX4和INS）中发生的突变引起的。有趣的是，在许多这些MODY基因中发现的基因变异与II型糖尿病有关，而II型糖尿病是糖尿病的最常见形式，影响了大约90％的糖尿病患者。”Teo补充道，来自MODY患者的发现可能与T2D的病理生理学有关。

此外，通过将hipsC用作基因筛选的平台，科学家们就有可能能够更好地将患者分为不同的治疗组。与此同时，有可能基于这样的筛选方法鉴定出新的药物靶标。这将使得糖尿病精准医疗的理想更接近现实---一刀切的解决方案并不适用于所有患者，应当根据每名糖尿病患者特有的内在遗传缺陷来开处方。

继续开展研究

HiPSC在糖尿病的基因筛查和药物发现中的使用已经在世界各地的许多实验室中进行。另一方面，涉及利用hipsC替代功能异常的胰腺β细胞的疗法在批准用于临床之前还有一段路要走。

Low提醒说，将hipsC分化为胰腺β细胞的方案还没有100％有效，而且一些残留的多能性细胞可能仍在分化的胰腺β细胞中潜藏着。她说，如果这些多能性细胞也与胰腺β细胞一起移植，那么它们可能会导致畸胎瘤---一种可能导致危及生命的并发症的肿瘤。

Teo继续说，由hipsC产生的胰腺β细胞的确切功能尚未得到充分验证。他提醒说，“它们需要像真正的人类胰腺β细胞或胰岛一样发挥作用。否则，个人的葡萄糖水平将无法得到适当调节，从而带来健康风险。”

另一个需要关注的是基因编辑技术（比如流行的CRISPR/Cas9系统）在校正与糖尿病相关的基因突变时的安全性。Teo说，除非可以排除CRISPR介导的基因组编辑的不良或意想不到的脱靶后果，否则使用经过基因编辑的hipsC进行细胞替代治疗的可能性可能仍然有限。

尽管面临这些挑战，Teo团队仍然保持乐观，没有被吓倒。他说，“对于没有经过任何基因组编辑的基于hiPSC的细胞疗法，目前正在进行一些临床试验，以评估这些hiPSC产生胰腺β细胞并调节血糖水平的能力。我们的实验室以及世界上许多其他实验室正在努力优化胰腺分化方案，以消除残留的hiPSC并改善hipsC产生的胰腺β细胞的功能，从而使得它们的行为与胰岛中真正的胰岛素分泌细胞相类似。”

在抗击糖尿病方面，Teo强调了实验室与诊所之间密切合作的重要性。他强调说，“我们相信与临床医生和胰腺移植外科医生的合作是一种双赢模式，可以帮助我们将科学努力最终转化为对患者和社会的治疗价值。”

（三）2020年8月26日讯，首次开发出免疫躲避的人类胰岛样细胞簇，有望用于治疗1型糖尿病

在一项新的研究中，来自美国沙克生物学研究所的研究人员在追求安全有效的1型糖尿病治疗方法方面取得了重大进展。通过使用干细胞技术，他们首次产生了能够躲避免疫系统的人类胰岛素分泌胰腺细胞簇。这些“免疫躲避（immune shielded）”细胞簇移植到体内后，无需免疫抑制药物就能控制血糖。相关研究结果于2020年8月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Immune-evasive human islet-like organoids ameliorate diabetes”。

图片来自Salk Institute。

论文通讯作者、沙克生物学研究所的Ronald Evans教授说，“大多数1型糖尿病患者都是儿童和青少年。这是一种历史上很难用药物控制的疾病。我们希望再生医学与免疫躲避相结合，通过用实验室生成的人类胰岛样细胞簇（islet-like cell cluster）取代受损细胞，按需产生正常数量的胰岛素，就可以在这个领域真正发挥作用。”

1型糖尿病是一种具有挑战性的终身疾病，即使是使用自动化设备输送胰岛素来调节血糖，也很难控制。移植来自供者组织的胰岛---制造胰岛素和其他激素的细胞簇---可以提供治愈的方法，但需要患者终身服用免疫抑制药物，这就存在严重风险。几十年来，科学家们一直在寻找一种更好的方法来补充丢失的胰腺细胞。根据Evans实验室的说法，如今，像这样的胰岛素分泌细胞的无器械移植使我们离治愈这种疾病更近了一步。

在之前的一项研究中，Evans实验室克服了这个领域的一个障碍：由干细胞产生的β样细胞（beta-like cell）产生了胰岛素，但没有功能。Evans表示，这些细胞没有释放胰岛素来应对葡萄糖，这是因为它们动力不足。他的团队发现了一个名为ERR-gamma的基因开关，当开启时，它就会给这些细胞“涡轮增压（turbo-charge）”。

论文共同作者、沙克生物学研究所高级科学家Michael Downes说，“当我们添加ERR-gamma时，这些细胞就有了它们完成工作所需的能量。这些细胞是健康和健壮的，当它们感受到高葡萄糖水平时，可以提供胰岛素。”

这项新研究的一个关键部分是开发一种在近似人类胰腺的三维环境中生长β样细胞的方法。这使得这些细胞具有类似胰岛的特性。重要的是，该团队发现一种名为WNT4的蛋白能够开启ERR-gamma驱动的成熟开关。这种步骤组合产生了模拟人类胰岛的功能性细胞簇：所谓的人类胰岛类器官（human islet-like organoid, HILO）。

接下来，该团队解决了免疫排斥的复杂问题。正常的组织移植需要终身的免疫抑制疗法，以保护该组织不被免疫系统攻击；然而这些疗法也增加了感染的风险。受癌症免疫治疗药物成功的启发，该团队最初发现检查点蛋白PD-L1可以保护移植细胞。论文第一作者Eiji Yoshihara说，“通过表达作为免疫阻断剂起作用的PD-L1，移植的器官细胞能够躲避免疫系统。”

随后，Yoshihara开发了一种用干扰素γ短时间诱导HILO中PD-L1表达的方法。当移植到糖尿病小鼠体内时，这些免疫躲避的HILO为具有健康免疫系统的糖尿病小鼠提供了持续的血糖控制。

Downes解释说，“这是首个研究表明你可以在没有基因操作的情况下保护HILO免受免疫系统的影响。如果我们能够将它开发为一种疗法，那么患者将不需要服用免疫抑制药物。”

在将这个系统推进到临床试验之前，还需要开展更多的研究。这种移植的类器官需要在小鼠身上进行更长时间的测试，以确认它的效果是持久的。还需要开展更多的研究工作，以确保它们在人类身上也能安全使用。Evans总结道，“如今我们有了一种产品，它有可能在患者身上使用，有可能在不需要任何设备的情况下在患者身上使用。

（四）2020年4月24日讯，STM：干细胞遗传修饰可改善糖尿病

根据最近一项研究，研究人员利用从一名患有罕见的胰岛素依赖型糖尿病（Wolfram综合症）的患者皮肤上提取的细胞诱导产生多能干细胞，并且将其转化为分泌胰岛素的细胞，通过基因编辑工具CRISPR-Cas9，纠正导致该综合症的基因缺陷。然后，他们将这些细胞植入小鼠体内，并治愈了这些小鼠的糖尿病。

这一来自华盛顿大学医学院圣路易斯分校的研究人员的研究结果表明，CRISPR-Cas9技术可能作为治疗糖尿病，特别是由单一基因突变引起的糖尿病的有力武器。该研究于4月22日在线发表在《Science Translational Medicine》杂志上。

（图片来源：Www.pixabay.com）

Wolfram 综合征患者在儿童时期或青少年时期发展为糖尿病，并迅速需要胰岛素替代治疗，需要每天多次注射胰岛素。大多数患者会出现视力和平衡问题以及其他问题，在许多患者中，该综合征会导致早期死亡。

"这是CRISPR首次被用于修复因基因缺陷引起的糖尿病，"共同研究者、华盛顿大学医学和生物医学工程助理教授Jeffrey R. Millman博士说。

Wolfram综合征是由单一基因的突变引起的，因此，研究人员希望了解通过将干细胞技术与CRISPR结合起来，能够纠正由突变引起的糖尿病。

几年前，Millman及其同事发现了如何将人类干细胞转化为胰腺β细胞。研究人员开发了一种新的技术，可以更有效地将人类干细胞转化为β细胞，这种细胞在控制血糖方面有相当好的效果。

在这项研究中，他们采取了额外的步骤，从患者身上提取这些细胞，并在这些细胞上使用CRISPR-Cas9基因编辑工具来纠正导致Wolfram综合征(WFS1)的基因突变。然后，研究人员将这些基因编辑过的细胞与来自同一批没有经过CRISPR编辑的干细胞的胰岛素分泌β细胞进行了比较。

作者通过皮下植入的方式给患有糖尿病的小鼠植入CRISPR编辑过的细胞，结果显示，糖尿病很快就消失了，而且在整个六个月的监测中，动物的血糖水平一直保持在正常范围内。相比之下，接受未经编辑的β细胞的小鼠仍然患有糖尿病。

未来，利用CRISPR来纠正β细胞中的某些突变，可能会帮助那些由多种遗传和环境因素导致的糖尿病患者。"我们很兴奋的是，我们能够将这两种技术结合起来，并利用CRISPR纠正遗传缺陷，"Millman说。"事实上,我们发现矫正后的β细胞与没有糖尿病的健康人的干细胞分化而来的β细胞没有区别。"

研究人员表示,今后,用干细胞制造β细胞的过程应该会变得更容易。例如,科学家们已经开发出了侵扰性较小的方法,从血液中制造诱导性多能干细胞--他们正在研究从尿液样本中开发干细胞。

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