新的干细胞系为疾病建模提供了安全和多样性的来源

科学快报（2012.4.5）— 研究人员培育出一种新的人类干细胞，这种干细胞可以进一步分化为多种特化细胞，其中包括能产生胰岛素的胰腺β(beta)细胞。这种新的干细胞也被称作内胚层前体(EP)细胞，与胚胎干细胞(ESC)和诱导多能干细胞细胞相比，EP细胞具有两个优势：其一，当被移植进动物体内时不会形成瘤；其二，实验室中这种细胞能分化成为功能性胰腺β(beta)细胞。

为建立探讨疾病的发生进展模型提供强有力的新工具

该项研究的负责人、费城儿童医院细胞与分子治疗中心干细胞生物学家Paul J. Gadue博士表示：“我们的细胞株为建立探讨人类疾病如何进展发生的模型提供了一个强有力的新工具。此外，与其他干细胞群来源的胰腺β(beta)细胞相比，EP细胞来源的胰腺β(beta)细胞在实验室显现出更好的功能活性。”

除了能分化为β(beta)细胞，研究人员还定向诱导EP细胞分化成为干细胞和小肠细胞，这两类细胞都在人类发育过程中由早期内胚层正常进化发育而来。

Gadue及其同事于4.6号将他们的研究结果发表于《细胞与干细胞》杂志。

将人类干细胞重编程成为EP细胞

研究人员处理两种人类干细胞，也就是胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(iPSCs)，将它们重编程成为EP细胞。由于这两类干细胞群都可以大量增殖并能潜在分化为所有的组织类型，因此它们为科学家精密控制细胞的进展发育，以及基础生物学研究和未来的细胞治疗都带来偌大的希望。

ESCs来源于人胚胎，经典途径是不育治疗过程中多余无用的胚胎被拿来用于研究目的；而iPSCs则是来源于人的体细胞，比如皮肤细胞或血液细胞，借助一定的工程技术而诱导获得。研究人员已经掌握了如何将体细胞重编程为诱导多能干细胞。像ESCs和iPSCs都能分化为人类其他组织类型的细胞。然而，当未分化的ESCs或iPSCs移植进动物体内时，这些细胞会形成畸胎瘤(一种瘤，包含多种不同的细胞类型)。因此，由ESCs或iPSCs分化产生的任何类型的细胞用于移植时都需要严格地进行干细胞纯化，以排除未分化的干细胞会形成畸胎瘤，这一点是非常关键的。

目前的这项研究中，研究人员运用一种被称作细胞因子类的信号分子来刺激ESCs和iPSCs，使它们重编程为EP细胞，可以再进一步发育成内胚层（人早期胚胎发育过程中的三个胚层之一）。EP细胞在实验室也几乎具有无限的增长增殖潜力。

EP细胞的益处

无论是细胞培养还是移植进动物体内，EP细胞都显现出分化为多种细胞类型的能力，研究人员发现其中最具代表性的为干细胞、胰腺细胞和肠细胞。而且，更为重要的是，未分化的EP细胞在移植实验研究中不形成畸胎瘤。

细胞培养过程中，研究人员发现EP细胞可以分化成β(beta)细胞，类似于胰腺中发现的那些可以表达产生胰岛素的细胞。这些借助工程技术产生的β(beta)细胞通过了一项很重要的检验——当给予葡萄糖刺激时，这些细胞能释放胰岛素（糖尿病患者胰岛素功能受损或胰岛素量不足）。虽然这些细胞只达到20%的正常功能，但这个发现确实是一个很大的提高，ESCs或iPSCs定向诱导来的类似细胞中极少见能对葡萄糖产生这样的效应或者根本不会产生任何的效应。

未来的研究方向

Gadue强调这些颇有希望的研究结果仅仅是EP细胞研究的第一步。未来工作可能将会集中于从一些遗传性糖尿病或肝病患者身上提取细胞并进一步获得EP细胞株。所获得EP细胞株可用于建立模拟患者疾病发生和进展的模型，然后借助这种模型去寻找新的治疗办法。

最后，尽管将这套科学理论运用于细胞治疗并真正用于临床实践仍有很长的路要走，但EP细胞为组织替代治疗（比如为糖尿病患者提供β(beta)细胞，为肝病患者提供干细胞的替代治疗）提供了一个强有力的出发点。Gadue说：“虽然对于EP细胞的特性我们还需做大量工作去探究，但EP细胞或许真的会为未来糖尿病治疗提供潜在安全来源且数目可观的胰腺β(beta)细胞。”

该项研究由国家国立卫生研究院提供资助。同Gadue的合作者包括费城儿童医院的Deborah L. French博士，Xin Cheng博士以及Mitchell J. Weiss博士；以及波士顿大学医学院的Darrell Kotton博士；还有加拿大多伦多再生医学McEwen中心的M. Cristina Nostro博士。