人类诱导性多能干细胞可有效生成有功能的胰

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论著/OriginalArticle

JournalofDiabetes9()-

人类诱导性多能干细胞可有效生成有功能的胰腺β细胞

Efficientgenerationoffunctionalpancreaticβ-cellsfromhumaninducedpluripotentstemcells

ShigeharuG.YABE,1SatsukiFUKUDA,1FujieTAKEDA,1KiyokoNASHIRO,1MasayukiSHIMODA2andHitoshiOKOCHI1

1DepartmentofRegenerativeMedicine,ResearchInstituteand2PancreaticIsletTransplantationProject,DepartmentofDiabetesResearchCenter,NationalCenterforGlobalHealthandMedicine,Tokyo,Japan

摘要

背景：人类胚胎或者诱导性多能干细胞（inducedpluripotentstemcells，iPSCs）通过模拟发育过程可以生成分泌胰岛素的细胞。然而，这些细胞发育后并不一定都会对葡萄糖产生应答从而分泌胰岛素，而这却是胰腺β细胞最重要的一项特征。为了获得有功能的胰腺β细胞，我们专注于研究人类iPSCs朝着内胚层分化的重要性。

方法：使用定义的没有喂料或者血清的培养基，人类iPSCs分化为胰腺β细胞的实验设计明确分为6个阶段。使用免疫组化法对SRY（Y染色体上的性别决定区）-盒17（SOX17）以及叉头框蛋白A2（FOXA2）进行染色，调查了在同时存在成纤维细胞生长因子2、激活素以及骨形成发生蛋白4（FAB）的情况下，CHIR（一种选择性的糖原合成酶3β激酶抑制剂）在明确的内胚层诱导形成期间具有何种影响。将单层培养与聚球体培养下最后阶段的胰岛素分泌情况进行了对比。将培养的细胞移植到链脲霉素诱导的非肥胖糖尿病并且合并严重免疫缺陷的小鼠肾包囊中，每周测量一次血糖水平。移植4周以及12周后分别进行了免疫组织化学分析。

结果：在存在FAB的情况下加用CHIR（3μmol/L）2天后就可以改善内胚层细胞的生存能力，并且维持高水平的SOX17阳性率。与单层培养相比，发现内分泌祖细胞期之后在聚球体培养基中的细胞能够更加有效地分泌胰岛素。细胞移植之后，糖尿病小鼠的血糖水平更低，在体内还可以检测到类似胰岛的结构。

结论：人类iPSCs可以产生有功能的胰腺β细胞。在产生这些β细胞的过程中内胚层的明确诱导分化以及聚球体的形成可能是关键的步骤。

关键词：糖尿病，诱导性多能干细胞，胰腺β细胞

Abstract

Background

Insulin-secretingcellshavebeengeneratedfromhumanembryonicorinducedpluripotentstemcells(iPSCs)bymimickingdevelopmentalprocesses.However,thesecellsdonotalwayssecreteglucose-responsiveinsulin,oneofthemostimportantcharacteristicsofpancreaticβ-cells.WefocusedontheimportanceofendodermaldifferentiationfromhumaniPSCsinordertoobtainfunctionalpancreaticβ-cells.

Methods

Asix-stageprotocolwasestablishedforthedifferentiationofhumaniPSCstopancreaticβ-cellsusingdefinedculturemediawithoutfeedersorserum.TheeffectsofCHIR,aselectiveglycogensynthasekinase-3βinhibitor,wereexaminedinthepresenceoffibroblastgrowthfactor2,activin,andbonemorphogeneticprotein4(FAB)duringdefinitiveendodermalinductionbyimmunostainingforSRY(sexdeterminingregionY)-box17(SOX17)andForkheadboxproteinA2(FOXA2).Insulinsecretionwas