Cell子刊：邓宏魁/杜媛媛/李程团队发现促进人多能干细胞来源的胰岛β细胞功能成熟的新方案

来源：生物世界 2024-05-03 14:01

研究团队预测了一个小分子化合物库，经过筛选发现HDAC抑制剂TH34有效促进胰岛β细胞的体外功能成熟。

北京大学邓宏魁、中国科学院杭州医学研究所杜媛媛和北京大学李程团队合作，在Cell Stem Cell期刊发表了题为：Remodeling ceramide homeostasis promotes functional maturation of human pluripotent stem cell-derived cells的研究论文。

该研究解析了人多能来源的胰岛素分泌细胞（胰岛 细胞）功能成熟的过程，阐述了胰岛 细胞功能成熟的调控模式；在此基础上，通过靶向调控胰岛 细胞成熟的因子，研究团队预测了一个小分子化合物库，经过筛选发现HDAC抑制剂TH34有效促进胰岛 细胞的体外功能成熟。

由于人体组织样本的稀缺，得到发育后期人体组织用于连续的发育生物学研究极为困难，这导致在细胞命运决定后研究人体细胞功能的成熟过程，一直缺乏有效的模型。前期研究发现，把不成熟的胰岛细胞移植到小鼠体内，它们会在体内微环境的作用下逐渐获得成熟的细胞功能。受到这一结果启发，本研究团队将人多能干细胞分化的胰岛细胞移植到缺陷小鼠体内，借助单细胞多组学测序技术，分析了移植的人胰岛细胞在体内的变化过程。结果显示，移植后的胰岛 细胞基因表达特征和细胞功能逐渐从胚胎发育期转变为青少年/成人期，期间，大部分基因呈现表达水平下调的趋势。对下调表达基因的变化模式和基因功能的进一步分析提示，脂代谢在胰岛 细胞成熟过程可能被重塑。

而后，研究团队通过靶向单细胞多组学分析中找到的可能参与胰岛 细胞功能成熟的调控因子，预测了一个化学小分子库，通过体外的功能筛选发现HDAC抑制剂TH34能够显著改善体外分化获得胰岛 细胞的功能成熟性，这些改善包括葡萄糖响应性的胰岛素分泌水平、成熟胰岛素颗粒的数量、线粒体氧化呼吸能力等。更为重要的是，TH34处理后人多能干细胞衍生胰岛细胞移植到小鼠模型后，能够在更短的时间内逆转小鼠逆转糖尿病。进一步的机理解析显示，TH34主要通过调节神经酰胺代谢稳态促进胰岛 细胞功能成熟。

北京大学邓宏魁课题组在人多能干细胞向胰岛细胞定向分化方向有多年的研究基础。2005年，其实验室建立了全球首个分步诱导的方法，将小鼠多能干细胞定向分化为胰岛 细胞。2007年，其实验室建立了首个化学成分明确的人胰岛定向分化方案。而后，又不断优化了人多能干细胞和猴多能干细胞诱导分化为胰岛 细胞的方案。

2022年，邓宏魁课题组开创了人体细胞化学重编程技术（Chemical Reprogramming），仅使用外源化学小分子就可以将终末分化的体细胞逆转至胚胎发育早期的多能干细胞，这种化学重编程获得的人多能干细胞称为人CiPS细胞（human chemical induced pluripotent stem cells）。利用人CiPS细胞，邓宏魁课题组大幅改进了人多能干细胞向胰岛细胞的分化方案，并将人多能干细胞分化的胰岛移植入非人灵长类糖尿病动物模型，系统评价了人多能干细胞衍生的胰岛细胞治疗糖尿病的安全性和有效，为后续开展临床研究奠定了基础。

这项发表于Cell Stem Cell的最新研究发现的促进胰岛 细胞功能成熟的方案，将帮助领域在体外更有效的制备功能成熟的人多能干细胞来源的胰岛细胞，为未来临床细胞替代治疗糖尿病提供更高质量的分化胰岛细胞。

北京大学邓宏魁教授，中国科学院杭州医学研究所杜媛媛研究员和北京大学李程教授为该论文的共同通讯作者。北京大学滑慧娟、王雅琦和杭州瑞普晨创科技有限公司王小丰为该论文共同第一作者。该研究得到了天津第一中心医院沈中阳教授和王树森教授团队、北京大学汤超教授团队的大力支持。

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