对于糖尿病而言,要发展一种细胞学的治疗方法就需要有一个可再生的胰腺beta细胞来源。然而这样的beta细胞来源是有限的。最近Olivia G Kelly等人报道了一种利用细胞表面标记和流式细胞技术来分离那些来源于人类胚胎干细胞(hES)的胰腺细胞类型的新方法。 [1]
为了改善糖尿病就需要一个可再生的并能分泌胰岛素的人类细胞来源。同时它们还要能够在生理条件下对葡萄糖作出响应。现在,细胞替换是通过整个胰腺的移植或将分离到的初代胰岛输注进入门静脉来实现的。然而,由于器官来源有限并需要长期进行免疫抑制,这些方法并不适用于大多数的糖尿病人。为了解决来源不足的问题,从正在增殖的干细胞中产生胰岛是一个好策略。目前,唯一一种具备足够增殖能力来满足这一目标需求的干细胞就是人类胚胎干细胞。培养中的人类胚胎干细胞可以以每年>250次细胞倍增的速率进行增殖。此外,人类胚胎干细胞理论上可以有效地分化成所有体细胞系。所有这些特性使人类胚胎干细胞成为了beta细胞的一种潜在可再生资源。
然而,来源于人类胚胎干细胞的胰腺细胞由不同细胞类型的混合物组成,包括胰腺内胚层细胞(PE)和多激素内分泌细胞。而它们的比例通常是变化的。表达激素的细胞,包括表达胰岛素的细胞,其内分泌标记嗜铬素A(CHGA)是呈阳性的。而PE细胞则是CHGA-/NKX6.1+以及PDX1+。Kelly等人发现CHGA阳性的内分泌细胞包含在CD200明亮或CD318明亮的细胞群中,而CD142明亮细胞群中主要由CHGA-/NKX6.1+和PDX1+的细胞组成。利用荧光激活细胞分选(FACS)技术,他们分离到了主要由PE细胞组成(88%)的CD142明亮部分(95% CD142明亮细胞)和主要包含CHGA+细胞(94%)的CD200明亮部分(94.9% CD200明亮细胞)。
虽然FACS对于分子表达谱的分析很有用,却不能为移植实验提供足够的活细胞。因此,由于操作温和且产出高,采用了免疫磁性细胞分离的方法。在一些结合部分中,Kelly等人可以富集到CD142明亮细胞(90.7% ± 4.32%, n=5)和CHGA-/NKX6.1+ PE细胞(81.6% ± 7.66%, n=3)。这与FACS得到的富集程度是类似的。然而,许多CD142明亮细胞在流出部分中会被丢失。当CD142明亮细胞和PE细胞在分选前培养物中的组分较低时,尽管可以得到明显的富集,但所获得的纯度会有所下降。
将分离到的多激素内分泌细胞或PE细胞培植在明胶海绵上后移植到严重联合免疫缺陷的米色鼠上,Kelly等人对其发育潜能进行了评价。未富集的细胞(39.2% CHGA+细胞)或被CD318富集的内分泌细胞(92.3% CHGA+细胞)所得到的移植物通过免疫荧光进行分析。移植三周后,两种移植物中都出现了表达各种胰岛素、胰高血糖素和生长抑素的组合的细胞以及只表达一种激素的细胞。未富集的移植物也包含有NKX6.1+/PDX1+的胰腺上皮细胞区域。在这些胰腺上皮中可以检测到NKX6.1+/PDX1+/胰岛素+的细胞。相反,被CD318富集的移植物中只有一些孤立的NKX6.1+/PDX1+细胞组,并且没有明显的只单一分泌胰岛素的细胞簇。移植五周后,被CD318富集的移植物中不会出现NKX6.1+/PDX1+的上皮或NKX6.1+/PDX1+/胰岛素+的细胞。九周后,被CD318富集的移植物中主要是胰高血糖素阳性的细胞以及一些散布的生长抑素阳性细胞。而未富集的移植物中还有可以对葡萄糖作出响应的胰岛素阳性细胞簇。
在试图评价分离到的PE细胞的发育潜能时,Kelly等人发现要想成功培养被CD142富集的PE细胞,Y-27632是必须的。虽然来自于结合部分的被CD142富集的细胞团和来自于分选前细胞群的未分选细胞团都可以在体内产生功能性的、可以对葡萄糖响应的、胰岛素分泌细胞,未富集细胞团的移植物其总的畸胎瘤移植率是46%(24个中11个)而七个存活下来的被CD142富集的移植物中,没有一个是有畸胎瘤的。被CD142富集的移植物可以产生类似于胰岛的NKX6.1+/PDX1+/胰岛素+ 细胞,并被生长抑素阳性和胰高血糖素阳性的细胞所包围。此外,它们还能产生其它PE祖细胞系,包括PTF1A+/胰蛋白酶+的外分泌细胞和PDX1+/CK19+的导管上皮细胞。所有这些数据表明被CD142富集的PE细胞可以在体内产生包括功能性胰岛素细胞在内的所有三种胰腺细胞系。
总的来说,发现可用于分离来源于人类胚胎干细胞的胰腺细胞类型的细胞表面标记对于发展治疗糖尿病的方法是十分有用的。此外,这些从多能干细胞中产生得到的胰腺细胞可以帮助内分泌学家更好地理解胰腺生物学和相关的疾病。
- Kelly O, Chan M, Martinson L, Kadoya K, Ostertag T, Ross K, et al. Cell-surface markers for the isolation of pancreatic cell types derived from human embryonic stem cells. Nat Biotechnol. 2011;29:750-6 PMID 21804561
