迈向糖尿病的干细胞疗法

1998年第一个人类胚胎干细胞 (hESC) 系的分离开启了干细胞疗法治疗各种疾病的可能性。1 型糖尿病 (T1D) 特别适合这种方法，因为移植产生胰岛素的胰腺 β 细胞可以提供长期治疗甚至治愈。到 2000 年代初，干细胞分化领域受益于模式生物的胚胎研究，这些研究确定了各种信号通路在控制胰腺细胞谱系规范中的作用。

2005年，D’Amour 等人。报道了含有>80％定形内胚层细胞的hESC分化培养物的产生：胰腺细胞的胚胎祖细胞。分化发生在二维培养中，使用含有激活素 A 的低血清培养基，激活素 A 是胚胎内胚层规范所必需的蛋白质。

在这一进展之后，2006年，D’Amour等人。发表了一篇重要论文，报告了内分泌胰腺细胞的产生，能够分泌胰岛素、胰高血糖素、生长抑素、胰腺多肽和生长素释放肽以分化 hESC。他们的分化方案包括五个阶段，在此期间，hESCs经历了一系列中间细胞状态：定形内胚层、原始肠管、后前肠、胰腺内胚层和内分泌前体以及表达激素的内分泌细胞。在每一步都提供了特定的生长因子，以模拟胚胎胰腺的发育。事实上，不同细胞状态下mRNA和蛋白质的表征表明它们类似于等效的胚胎内胚层祖细胞。

在本研究的第五阶段，使用锌螯合剂双硫腙染色来鉴定胰腺内分泌细胞。它们的胰岛素含量与原代成人胰岛相似，并且通过 mRNA、C 肽和胰岛素原蛋白测量证实了胰岛素的从头合成。然而，与成人胰岛相比，hESC衍生细胞的 C 肽含量较差，表明处理胰岛素原的效率降低。C 肽分泌对多种分泌刺激有反应，尽管对葡萄糖的反应很小。

随后，在2008年，同一组（Kroon等人）在小鼠体内移植hESC衍生的第四阶段胰腺内胚层后，成功地在体内产生了葡萄糖反应性内分泌细胞。这些细胞表达关键的 β 细胞转录因子，表现出对胰岛素原的有效加工并含有成熟的分泌颗粒。重要的是，hESC 衍生的内分泌细胞可以保护小鼠免受高血糖症的影响。

2014年，Rezania 等人。描述了一个七阶段的hESC分化方案，该方案产生了葡萄糖反应性产生胰岛素的β 细胞，从而在移植后逆转了小鼠的糖尿病。同年，Pagliuca等人。报道了通过顺序调节3D培养系统中的关键信号通路，从人类多能干细胞 (hPSC) 中大规模生成葡萄糖反应性、表达胰岛素的β细胞。这些hPSC衍生的 β 细胞在基因表达和超微结构方面与人类 β 细胞非常相似，并且在移植后也改善了糖尿病小鼠的高血糖。

2015年，Russ等人。报道了一种简化的基于悬浮液的定向分化方案，用于在体外和体内从hPSC生成葡萄糖响应性产生胰岛素的人β细胞。由此产生的细胞在几周内降低了糖尿病小鼠血液中的葡萄糖水平，而之前的研究则需要几个月的时间。

2019年，奈尔等人。报道了通过使未成熟的β样细胞形成胰岛样簇，从而在体内重现内分泌细胞簇，从而在体外从hESCs中产生成熟的β细胞。成熟的 β 细胞显示线粒体的代谢和结构成熟增强，并且在糖尿病小鼠移植后的几天内高血糖降低。

2020 年，Hogrebe等人。发现肌动蛋白聚合状态影响体外胰腺分化。因此，分化过程中的定时肌动蛋白解聚导致从hPSC中产生β细胞，从而迅速逆转小鼠的糖尿病并维持正常血糖9个月。

在通过体外分化hESC产生第一个胰岛素分泌细胞15年后，我们仍然没有针对T1D的β细胞替代疗法。然而，多亏了这里提到的研究以及许多其他研究，我们离这个目标更近了。除了进一步优化成熟β细胞生产的效率和可扩展性之外，在以干细胞为基础的生产之前，还需要解决重要问题，例如保护移植的干细胞衍生的β细胞免受免疫排斥并确保其纯度。治疗成为现实。