自从2012诺贝尔生理学或医学奖颁发给“体细胞重编程”技术以后，干细胞领域的研究直接被按下了“加速键”。赛默飞作为干细胞研究的支持者，希望帮助大家从不同的细分方向中获得新的启发，特别推出赛默飞干细胞“飞”凡解读活动，本期将探讨干细胞在糖尿病治疗中的应用。
糖尿病是影响人类健康的重要疾病。尽管1型糖尿病患者可以通过胰岛分泌细胞移植从根本上获得治愈，但是受限于供体来源以及免疫排斥等问题，难以获得广泛应用。而针对2型糖尿病的传统治疗手段亦无法从根本上改善机体的胰岛素耐受情况和恢复受损的胰岛β细胞等问题。近日，国际首例1型糖尿病受试者化学重编程诱导多潜能干细胞（CiPSC）分化的胰岛样细胞移植手术正式完成，为糖尿病的治疗带来了新的曙光。
发表在Nature Medicine上的 Human pluripotent stem-cell-derived islets ameliorate diabetes in non-human primates 这项研究中，研究人员利用人类多能干细胞创建了功能性胰岛，并测试了它们改善猴子糖尿病症状的能力。结果表明，这种方法将来有可能用于治疗人类糖尿病。
研究团队首先寻求建立一个高效、重现性好的分化方案，这是满足临床前和转化研究的细胞数量和质量阈值的先决条件。我们自己和其他人之前的研究描述了从人类多能干细胞生成胰腺 β 细胞的方案，其中可以获得几乎同质的胰腺命运定型 PDX1+ 祖细胞群；然而，这些祖细胞随后高效地转变成胰腺β细胞仍面临挑战。因此，作者的重点是通过调节信号通路和重建胰岛的空间结构来优化从胰腺祖细胞定向到β细胞命运决定的分化方案。为了生成胰腺β细胞，作者团队使用了通过化学重编程方法产生的人类诱导多能干细胞系，该方法使用外在化学刺激，通过将体细胞单独暴露于小分子（称为hCiPSC）来影响细胞命运（补充图1）。我们发现有两个因素对于体外生成 β 细胞至关重要。首先，后部前肠定型细胞致密的三维细胞聚集体的形成促进了NKX6.1+C-肽+细胞的有效生成（扩展数据图1a）。其次，ISX9（NeuroD1诱导剂）22和Wnt-C59（WNT抑制剂）的小分子组合在第5阶段协同促进胰腺内分泌祖细胞的终末分化（扩展数据图1b）。通过这种优化的方案，我们能够从 hCiPSC 中生成相对均匀的胰岛大小的聚集体，其中包含 NKX6.1+C-肽+ 细胞，效率高达约 70%（图 1a、b）。 分化过程的动态分析表明，大约90%的PDX1+胰腺祖细胞是在第4阶段早期产生的，最终在第6阶段产生90%的CHGA+NGN3−内分泌细胞（扩展数据图1c）。 值得注意的是，该方案表现出稳定的性能，在分化批次中一致地再现了相似的结果（补充表 1）。 总的来说，这些数据表明建立了一个强有力地促进 hCiPSC 胰腺内分泌分化的方案。
接下来，作者团队研究了 hCiPSC 胰岛移植到非人类灵长类动物模型中的有效性和安全性，对四只健康成年恒河猴（Macaca mulatta）（猴1-4）进行长期观察。 单次高剂量 STZ 注射后，所有四只猕猴均患糖尿病，导致空腹血糖水平超过 200 mg dl−1，C 肽水平低于 0.15 ng ml−1 (0.09 ± 0.03 ng ml−1)（图 2a-d） 和 4a-d)。 注射 STZ 后 3 天后开始外源性胰岛素给药，细胞移植前 1 周，四名糖尿病接受者的外源性胰岛素需求为每日摄入量为 2 至 4 IU kg−1（每天 2.89 ± 0.58 IU kg−1），这与之前的报告类似（图 3a-d）. 尽管所有猕猴都接受了高剂量胰岛素治疗，但注射 STZ 后 1-2 个月内，胰岛素水平糖化血红蛋白 A1c (HbA1c) 从 3.9 ± 0.5% 大幅增加至 7.2 ± 1.4%，表明糖尿病病情迅速发展（图 2i-l）
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为了保护人体移植物，在移植前 9 天进行免疫抑制治疗，遵循基于先前胰岛异种移植到非人灵长类动物的研究设计的方案（补充图 6a）。 简而言之，为了实现长期免疫抑制，应用了诱导免疫抑制，其中 B 细胞和 T 细胞都被去除（补充图 6b）； 用他克莫司和西罗莫司维持免疫抑制，周用贝拉西普治疗（补充图6a，c）。
为了生产用于猕猴移植的即用型细胞源，我们优化了 hCiPSC 胰岛的冷冻保存和复苏方案。生成后，hCiPSC-胰岛以单细胞形式冷冻保存，然后在输注前 2 天恢复并重新聚集。复苏后 hCiPSC 胰岛的平均活力和产量分别为 86.9% ± 1.6% 和 82.0% ± 9.5%（补充表 3）。hCiPSC-胰岛的详细移植前特征描述于补充表3中。将复苏的单剂量hCiPSC-胰岛通过门静脉内输注移植到糖尿病猕猴中。值得注意的是，所有四只实验猴在 hCiPSC 胰岛移植后糖尿病症状均得到缓解。首先，空腹血糖水平随着时间的推移下降并逐步稳定。其次，在 hCiPSC 胰岛输注后，所有接受者的平均餐前血糖水平也显着降低（图 2e-h）。因此，HbA1c（糖尿病患者血糖控制的通用临床测量指标）35,36 平均从移植前的 7.2 ± 1.4% 降至移植后 3 个月的 5.4 ± 0.5%。
国际首例1型糖尿病受试者化学重编程诱导多潜能干细胞（CiPSC）分化的胰岛样细胞移植手术正式完成，几乎标志着糖尿病的治疗已经进入“细胞移植时代”，期待接受移植患者的病情持续好转，更期待细胞移植惠及更多患者。
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参考文献：
Du, Y., Liang, Z., Wang, S. et al. Human pluripotent stem-cell-derived islets ameliorate diabetes in non-human primates. Nat Med 28, 272–282 (2022). https://doi.org/10.1038/s41591-021-01645-7
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