2023年1月9日，北京大學鄧宏魁教授研究組、中國醫(yī)學科學院/北京協(xié)和醫(yī)學院彭小忠教授研究組合作在Nature Metabolism發(fā)表題為“Implantation underneath the abdominal anterior rectus sheath enables effective and functional engraftment of stem cell-derived islets”的研究論文。該研究開發(fā)了一個全新的胰島移植策略，有效支持人多能干細胞分化的胰島細胞在體內(nèi)存活、功能成熟以及功能長期維持。相較于傳統(tǒng)的胰島移植策略，該方案創(chuàng)傷小、操作簡便、移植物易于長期追蹤觀察；更重要的是，多能干細胞分化的胰島細胞使用該方案移植到體內(nèi)，細胞功能顯著優(yōu)于臨床常用的移植方案。

糖尿病是威脅人類健康的重大疾病。當前常用的治療方法由于難以實現(xiàn)血糖的精準調(diào)控，導致多種并發(fā)癥發(fā)生，嚴重影響患者的生活質(zhì)量，甚至會危及生命。對于胰島素依賴型糖尿病患者，胰島移植可以使患者完全脫離胰島素注射，實現(xiàn)疾病治愈，是未來糖尿病治療的理想途徑。然而，胰島移植依賴的人胰島組織供體極其稀缺，使該治療策略難以被廣泛應用。人多能干細胞具有無限增殖和分化為胰島細胞的潛能，有望成為解決糖尿病治愈難題的新方案。

利用人多能干細胞治療1型糖尿病需要解決3個關(guān)鍵的問題：如何獲得人多能干細胞，如何將人多能干細胞誘導分化為胰島細胞，如何將胰島細胞移植到體內(nèi)。2022年，鄧宏魁研究組建立了一種安全、簡單、易于調(diào)控和標準化的人多能干細胞制備技術(shù)，即化學重編程技術(shù)，完全使用小分子誘導人成體細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉毎╤CiPSC）(Nature，2022)。鄧宏魁研究組進一步將hCiPSC定向誘導分化為胰島細胞（hCiPSC-islets），并在非人靈長類動物模型中展示了hCiPSC-islets應用于1型糖尿病治療的安全性和有效性（Nature Medicine，2022）。在解決了人多能干細胞來源和定向分化兩個難題后，關(guān)鍵瓶頸是如何高效地將多能干細胞分化的胰島細胞移植回體內(nèi)、長期發(fā)揮功能。

臨床常用的胰島細胞移植策略是肝門靜脈移植，移植后胰島長期定植于肝臟內(nèi)。2000年，加拿大阿爾伯塔大學Shapiro團隊建立埃德蒙頓方案（Edmonton protocol），使接受胰島移植的1型糖尿病患者，完全脫離外源胰島素注射，血糖恢復至正常水平，實現(xiàn)了疾病的治愈。但肝臟門靜脈內(nèi)移植存在較高的出血和凝血風險；更嚴重的是，胰島移植早期會發(fā)生即刻炎性反應，導致胰島細胞大量死亡。同時，移植后的胰島彌散分布于肝臟中，難以追蹤觀察，且不能被移除。這些安全性和有效性方面的問題使胰島移植迫切需要一種更理想的移植方案。

圖1. 人多能干細胞分化的胰島細胞腹直肌前鞘下移植示意圖

開發(fā)細胞存活率高、安全性好、有利于人多能干細胞分化的胰島細胞功能成熟和長期維持的移植方案，是人多能干細胞分化的胰島臨床轉(zhuǎn)化迫切需要解決的科學問題。本研究中，研究者建立了一個全新的移植策略：腹直肌前鞘下移植。相較于門靜脈內(nèi)移植，腹直肌前鞘下移植優(yōu)勢明顯。首先，手術(shù)方案安全、易行，在B超引導下即可完成移植，移植過程無出血和凝血風險。其次，移植物被局限在腹直肌前鞘下的特定的空間，通過影像學手段可以對移植物進行監(jiān)測和控制（圖1）。相較于其它腹腔外移植方案（皮下移植和肌肉內(nèi)移植），腹直肌鞘下移植能夠有效地支持人多能干細胞（hCiPSC）分化胰島細胞的早期細胞存活和長期功能維持（圖2）。

圖2. 三種移植策略比較

研究者將hCiPSC-islets輸注到糖尿病模型猴腹直肌前鞘下，所有接受移植的糖尿病猴的血糖控制都得到了顯著改善（圖3）。從移植后第6周開始，空腹血糖、餐前血糖以及餐后2小時血糖下降至10mM以下。移植后12周，糖化血紅蛋白（HbA1c）平均下降44%，達到健康猴水平；同時，外源胰島素輸注量下降43%。

圖3. hCiPSC分化的胰島細胞植入腹直肌前鞘后，糖尿病猴血糖控制得到顯著改善

研究人員還證實，hCiPSC-islets移植后，內(nèi)源胰島素分泌水平大幅提升，且能夠響應血糖濃度變化；與肝臟門靜脈移植相比，新移植方案胰島素標志物（C肽）分泌水平提升5倍以上，其中一只糖尿病猴C肽分泌水平達到了健康猴的水平。這個結(jié)果表明，未來在人多能干細胞分化胰島細胞臨床移植中，接受腹直肌鞘下移植有望使糖尿病患者完全脫離胰島素注射，實現(xiàn)1型糖尿病的治愈。

綜上所述，該研究證明腹直肌前鞘下移植是一種適于人多能干細胞分化胰島移植的全新移植策略。其操作方法簡單，移植相關(guān)不良反應少，移植后多能干細胞分化胰島細胞高效存活、在體內(nèi)逐漸獲得成熟功能并長期穩(wěn)定地維持其生理功能。這些優(yōu)點使腹直肌鞘下移植成為未來人多能干細胞用于臨床糖尿病治療理想的移植策略。這個移植策略也可能被廣泛用于其它多種類型的細胞的移植。

同期Nature Metabolism“研究簡報（Research briefing）”對研究成果進行了評價：“這項研究成果令人興奮。首先，該研究為胰島細胞移植提供了一個全新的部位，此部位便于移植且細胞容量大。其次，移植的胰島細胞在該部位存活和功能很好。此外，從臨床轉(zhuǎn)化的角度來看，研究在非人類靈長類模型上實施，意義重大?！闭撐膶徃鍖＜抑?，糖尿病研究領(lǐng)域的國際著名專家Gordon Weir教授對本項研究予以高度評價：“該研究有力地證明了腹直肌前鞘下作為誘導多能干細胞（iPS）分化的胰島細胞的移植場所的潛在價值。這個移植位點可能擴展應用到任何來源的細胞移植。在該部位的移植組織的存活率和功能令人印象深刻?！?/p>

北京大學鄧宏魁、杜媛媛博士、彭小忠為論文共同通訊作者。梁振博士、孫東博士和魯帥堯博士為論文的共同第一作者。婁晉寧教授，桂林大學附屬醫(yī)院眭維國教授、羅志峰教授，天津市第一中心醫(yī)院沈中陽教授、王樹森教授，對本文作出重要貢獻。這項研究得到了國家自然科學基金、生命科學聯(lián)合中心和浙江省“領(lǐng)雁”計劃的支持。

來源：北京大學