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胰岛发育和胰腺干细胞研究进展
4.其他:啮齿类肝细胞和人胎肝细 胞经体外培养或引入B细胞特异性基因 可转化成产胰岛素细胞移植入小鼠后可 纠正糖尿病‘”“。Yang等‘”1从大鼠肝 中分离出肝卵圆细胞用高糖环境诱导其 分化成胰岛样细胞。诱导分化的细胞能 表达胰岛细胞分化相关的转录因子 Pdxl、Nkx2.2、Nkx6.1、Pax4、Pax6等。免 疫组织化学法可检测到胰岛特异的激 素:胰岛素、胰高糖索和胰多肽。肝细胞 的横向分化也为糖尿病患者干细胞移植 提供了一条可能的途径。
参考文献
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作者单位:430064武汉,湖北省医学会 (彭波);武汉市六医院昔外科(邵永胜)
年Naujok等"’发现了一种有效的四步 法方法分化和分离胚胎干细胞诱导获得 大量纯化的功能性胰岛细胞。但是深入 探讨胚胎干细胞的伦理学问题和防止畸 胎瘤发生等技术问题仍有待进一步的研 究。
2.胰腺成体干细胞:成体干细胞因 其避免了伦理学问题和免疫排斥而成为 理想的再生修复医学的可替代资源。目 前已经发现肠上皮、肝脏、皮肤、神经、视 网膜、造血等组织或器官的成体干细胞。 但成体胰腺干细胞仍“身份”不明。在正 常成人胰腺内胰岛细胞的生成和凋亡维 持着动态平衡。在一些病理情况下,如 部分胰腺切除、胰动脉结扎、甾体类糖尿 病等情况下也可以观察到胰岛再生。胰 岛的维持和修复是依靠成体干细胞增生 分化还是终分化B细胞复制分裂抑或二 者同时存在仍未有定论。Yuval等。6 o的 研究也显示是已分化的B细胞复制分裂 而不是多能干细胞在维持小鼠正常内分 泌细胞数量和胰腺切除后B细胞的新 生。这些研究对成体胰腺干细胞提出了 疑问。但认为人类成熟胰腺细胞再生能 力很差,在胰岛新生和自身维持中主要 还是靠胰腺干细胞激活的传统理论也不 断有新的实验研究支持。Seaberg等”J 在成年鼠的胰岛和导管细胞中找到能克 隆性生长并分化为神经和胰腺细胞系的 称之为胰腺来源的多能前体细胞(pan- ereatic muhipotent precursors,PMPs)o它 们不是中胚层和神经脊来源,也不像普 通的内胚层前体细胞表达内胚层标记物 GATA一4和HNF3B,不表达Oct4和 Nanog与胚胎干细胞不同,仅表现有限的 自我更新能力。由PMPs克隆性分化形 成的B细胞对葡萄糖刺激有反应,分泌 出高于正常2倍的胰岛素。
万方数据
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cluster,ICCs)ICCs可表达胰岛等多种胰 腺家族的转录产物。而Humphrey等【l纠 的实验发现人nestirl阳性细胞见于胰腺 问质和a平滑肌肌动蛋白阳性的血管。 体外诱导培养和移植至无胸腺小鼠均未 能发育为胰岛样细胞。Klein等”刮的研 究表明在人胰腺中nestin表达于血管内 皮细胞在内分泌、导管和腺泡细胞中 nestin染色阴性。故认为nestin不大可 能是成人胰腺干细胞的特异性标志。胰 腺发育生物学研究亦认为胚胎期nestin 阳性细胞发育为胰腺间充质的血管.而 出生后,nestin阳性细胞与胰岛的微血管 形成有关,但与内分泌等其他胰腺细胞 无关”“。上述研究结果迥异的可能解 释有:①因为nestin阳性细胞分布广泛, 除胰腺外,肝脏、肌肉组织、血管、胃肠道 黏膜等的发育中和分化终末组织及肿瘤 组织中均有其身影。所以nestin可能是 多种细胞亚群共同表达的蛋白。②lles一 曲阳性细胞是一种多能干细胞。③上述 nesfin阳性细胞诱导培养成胰岛样细胞 的实验中培养细胞中混有内分泌祖细 胞,只有更严谨设计的实验排除了这一 点疑虑后nestin作为胰腺干细胞的表面 标志才更有说服力。
胰腺干细胞“身份”不能最终确定的 另一个重要原因就是尚未找到一致公认 的能分离鉴别胰腺干细胞的特异性膜表 面标志。通过对胰腺发育的研究,研究 人员确定了几个与胰腺干细胞相关的转 录因子(如Pdxl、Ngn3、Nkx2.2、Nkx6.1、 Pax4、Beta2/NeuroD等)。鉴于Pdxl、 Ngll3等在胰腺发育中的重要性和特异 性常将其作为胰腺干细胞的特异性标 志,但其表达于干细胞开始分化后且表 达具有时间性。其他蛋白类物质有巢蛋 白(nestin)、波形蛋白(vimentin)、细胞角 蛋白素CKl9、CK20(eytokeratin)、1∞1-2 (凋亡抑制因子)、葡萄糖转运子(Glut 2)、B一半乳糖苷酶(13一gal)、酪氨酸羟 化酶(tyrosine hydroxylase)等。研究较多 的是巢蛋白。
转分化理论的研究引发激烈争论, 应用染色体组型分析和供体特异性标记 物等方法研究认为转分化是由于骨髓干 细胞与共培养细胞的融合而来”“,Tang 等¨引在体外将骨髓来源的克隆干细胞 系转化为功能性分泌胰岛素细胞,检测 到多种13细胞发育和功能基因的表达, 免疫组化和电镜证实葡萄糖刺激下的胰 岛素和c肽的产生,植人糖尿病鼠的体 内试验可以逆转高血糖和改善精耐量试 验。理论上骨髓来源干细胞具有以下优 势:(1)自体骨髓来源干细胞定向分化可
3.造血系统来源干细胞:骨髓来源 干细胞能转分化为肝细胞、皮肤细胞、骨 骼细胞、心肌细胞、神经细胞等。在骨髓 移植试验中研究者观察到受体小鼠胰岛 内有供者来源细胞,这些细胞产生胰岛 索并表达B细胞的标志性基因”…。体 内外试验也证实啮齿类骨髓来源干细胞 能转分化为产胰岛素细胞,移植到STZ 糖尿病小鼠肾包膜下可逆转糖尿病状 态,而去除移植物后则又恢复到糖尿病 状态㈣。
避免移植排斥;(2)来源丰富具有很强的 增生能力。但I型糖尿病是自身免疫性 疾病,理论上自身来源的骨髓干细胞分 化形成的胰岛细胞也可能面临着自身免 疫系统的破坏的问题。2004年美国Ar. gonne国家研究室能源部找到干细胞培 养新方法,从血液中提取单核细胞可发 育为具有多种分化潜能的干细胞,可用 液氮低温保存且不会失去分化能力。同 年德国Ruhnke等从人外周血中分离出 单核细胞分化成胰岛佯细胞,对葡萄糖 刺激有反应,移植到糖尿病小鼠肾包膜 下可纠正糖尿病状态。此途径的研究越 来越接近临床运用了。
巢蛋白是在神经干细胞中发现的一 种中问丝蛋白。是一种神经干细胞标志。 Hunziker等…1由nestin阳性胰腺导管上 皮样细胞诱导分化得到胰岛细胞的一个 亚群,认为neatin是胰岛干细胞的一个 分子标志,它可能起着促进胰腺内分泌 干细胞分化的作用。I'iuang等“21从人胚 胎分离并培养表达干细胞标志ABCG2/ BCRPl的胰岛源nestin阳性干细胞经培 养后形成胰岛样细胞团(islet—like cel
胰腺干细胞“身份”不能最终确定的
原因之一是对胰腺干细胞在哪里有许多 不同看法¨…。而认为成体胰腺干细胞 为胰导管上皮细胞的某一细胞亚群的占 了多数,是其激活重演胚胎时期胰岛形 成在维持和修复胰腺。Vaca等010j在体 外分离出人胰腺导管细胞,经培养后出 现有组织结构的胰岛样细胞团,即 CHIBs(cultured human Inislet buds)。在 CHIBs中有细胞角蛋白素19(eytokeratin一 19,CK.19)阳性的导管细胞和胰岛素阳 性的胰岛细胞。CHIBs能分泌低浓度胰 岛素并对葡萄糖刺激产生反应。
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eient experimental strategy for mouse embry- onie stem cell difiemntialion anቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ separation
二、胰腺干细胞研究的展望 胰腺干细胞研究是干细胞研究中最 接近临床运用的领域之一。如移植,虽 然移植免疫的详细机制还没有完全清楚 但不影响移植在临床的成功开展。胰腺 干细胞的理论研究的进步很可能会稍落 后于其运用研究,但这也许不会是其进 入临床运用的主要障碍。所以,虽然还 没有一个理论可以将所有的研究结果统 一起来,但大多数的研究都显示了胰腺 干细胞移植离临床运用越来越近。 进入临床运用,得到的胰岛样细胞 必须达到两条基本要求:体外扩增达到 一定的数量和具备感受血液中葡萄糖浓 度相应调节胰岛索合成分泌的能力,各 家研究展示了多种来源的种子细胞具备 这样的潜力。所以在不断进展的胰腺发 育生物学和干细胞研究的引导下,下一 步高效稳定的纯化诱导培养方案将是实 现这一目标的研究重点.而不断增多的 各种来源的种子细胞更有利于这个目标 的早13实现。从而将胰腺干细胞移植从 体外培养、动物实验直至推向l临床。
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