惊人之举：用脂肪组织生成β细胞

　　

生物通报道：最近，由苏黎世联邦理工学院（ETH）生物系统科学和工程系的生物技术和生物工程教授Martin Fussenegger带领的研究小组，完成了至今很多专家都认为是不可能的一项壮举：他们从一名50岁的测试者的脂肪组织中，提取到了干细胞，并应用基因重组使它们成长为功能性的β细胞。

当存在葡萄糖时，所产生的β细胞可通过使用这个“遗传软件”来生成胰岛素——就像存在于胰腺的自然β细胞那样。研究人员在《Nature Communications》杂志上报道了这一研究成果。

复制成熟动态
在这项研究中，研究人员提取干细胞，并添加了一个高度复杂的基因合成网络——遗传软件。他们设计了这个网络，以精确重现参与这一成熟过程的关键生长因子。

这个过程的核心是生长因子Ngn3、Pdx1和MafA。在分化过程中这些因子的浓度发生了变化。例如，MafA不存在于成熟的开始阶段。只有在第四天，在最后的成熟的一步，它出现了，它的浓度急剧上升，保持在一个较高的水平。然而，Ngn3和Pdx1浓度的变化，非常的复杂；虽然Ngn3的浓度上升，然后下降，但是Pdx1的水平在成熟一开始和结尾时上升。

Fussenegger强调，要产生功能性的β细胞，尽可能地复制这些自然过程，是非常有必要的：“这些生长因子的时机和数量是极其重要的。”

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新的β细胞可响应葡萄糖
在Fussenegger看来，这是一个真正的突破，一个合成的基因网络已被成功用于实现传递β细胞的基因重组。到目前为止，科学家们已经通过使用吸量管添加各种化学物质和蛋白质，控制了这样的干细胞分化过程。

Fussenegger说：“在合适的时间增加适当数量的这些组件，是很难的，而也效率低下，并且无法扩大规模。”相比之下，这个新过程可以成功地把四分之三的脂肪干细胞转变为β细胞。

这些β细胞不仅看起来非常类似于天然等价物——两种都含有称为粒斑的黑点，储存着胰岛素。而且，人工β细胞也以非常相似的方式发挥作用。他也承认：“目前，他们分泌的大量胰岛素，并不像自然β细胞那么好。”

但是，关键的一点是，研究人员首次成功地复制了整个自然过程链，从干细胞到分化β细胞。

内源性细胞植入物
在未来，该研究小组的新技术，可让科学家能够向糖尿病患者植入新的、用他们自己脂肪组织制备的功能性β细胞。

虽然过去已经进行过β细胞移植，但这一直都要求后续对接受者的免疫系统进行抑制——与任何捐献器官或组织的移植一样。Fussenegger说：“有了我们的β细胞，可能就不需要这个动作了，因为我们可以使用来自患者自身的内源性细胞材料，来制备它们。这就是为什么我们的研究工作对于糖尿病治疗非常重要。”

在培养皿中完全成熟
迄今为止，ETH研究人员只是培养了他们的β细胞；他们还没有将其植入糖尿病患者。这是因为，他们首先想测试，利用遗传编程，是否可以将干细胞从开始到结束完全区分开来。

Fussenegger确信，这种新方法还可以用于制备其他细胞。来自脂肪组织的干细胞，可以分化成不同类型的细胞，他说：“大多数人都有过多的脂肪，我们可以从这些脂肪获得这些干细胞。”

在I型和II型糖尿病中，体内产生胰岛素的β细胞数量在减少，胰腺不得不拼命产生人体所需的胰岛素。因此，科学家一直在苦苦寻找各种方法，来产生新的β细胞，或寻找β细胞的替代，或刺激β细胞体内再生。

2014年3月，范德堡大学Powers研究小组分别在《Diabetes》、《Development》和《Cell Metabolism》期刊发表四篇论文，报道了关于胰岛素分泌β细胞和胰高血糖素分泌α细胞“微环境”的重要发现，他们有证据表明，胰腺的胰岛素分泌β细胞具有再生能力。四篇论文跟踪胰岛β细胞的再生能力

去年9月，美国麻省大学医学院的研究人员，发现了一个新的途径，可以触发胰腺β细胞的再生，这一关键的研究进展，可能有助于糖尿病治疗策略的发展。相关研究结果发表在十月刊的国际著名学术期刊《Journal of Clinical Investigation》。再生胰岛β细胞的新途径

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Saxena P, Heng BC, Bai P, Folcher M, Zulewski H, Fussenegger, M. A programmable synthetic lineage-control network that differentiates human IPSCs into glucose-sensitive insulin-secreting beta-like cells. Nature Communications, published online April 11th 2016. DOI: 10.1038/NCOMMS11247