《自然》重大突破！科学家首次构建出免疫逃逸的胰岛类器官，可持久控制血糖水平

来源：奇点网

之前，奇点糕的一个朋友问奇点糕，她的同事，年纪轻轻的姑娘，人还瘦瘦的，突然就得糖尿病了，朋友很疑惑，糖尿病不是很胖的人才会得吗？奇点糕想了一下，这怕不是1型糖尿病吧？

相比2型糖尿病，1型糖尿病患者数量虽然少，但是要辛苦许多，他们大多数只能通过注射胰岛素来控制血糖，生活上很不方便，而看似一劳永逸的胰岛移植，也需要终身服用免疫抑制药物。

而就在最近，Salk研究所的研究人员取得了一个重要进展，他们构建出了第一个能够逃避免疫攻击的人胰岛样类器官！

在这项研究中，研究人员开发了一种在类似于人体胰腺的三维环境中培养胰岛β细胞的方法，让诱导性多能干细胞衍生的胰岛β细胞样细胞群具有胰岛特性，他们还找到了能够让细胞群像天然胰岛一样对血糖水平的波动做出响应的重要蛋白WNT4。

产生胰岛素的胰岛类器官（图片来自Salk研究所）

至于如何逃避免疫攻击？那都是拜一个大家都熟悉的蛋白——PD-L1所赐，通过干扰素-γ诱导PD-L1过表达，让类器官得以在免疫系统的眼皮底下隐身。真是没想到，让肿瘤作威作福的免疫检查点，有一天会成为1型糖尿病的“救星”。

将它移植到在免疫能力正常的小鼠体内，不需要其他辅助，类器官在50天的实验期内很好地维持了葡萄糖稳态。这项研究发表在了《自然》杂志上[1]。

其实在2016年的时候，研究团队就取得了不小的突破，他们利用诱导性多能干细胞技术构建出了能够分泌胰岛素的β细胞样细胞[2]。但是培养基中的β细胞肯定是不够的，研究人员把目标定在了培养一个可以复制胰岛结构和胰岛细胞多样性的胰岛类器官上。

他们利用人脂肪干细胞（hADSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs），分别模拟胰腺成纤维细胞和胰腺内皮细胞，可以在基于多糖的凝胶三维培养基中形成器官样结构和血管结构，在人诱导性多能干细胞衍生的内分泌祖细胞分化过程中加入，最后就形成了大小与人胰岛相当的胰岛类器官。

胰岛类器官的构建构过程

在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病小鼠模型中，移植类器官和移植人胰岛的效果差不多，葡萄糖稳态的维持达到了约40天，证明了用三维培养基培养出的胰岛类器官是可用的。

研究人员对培养过程中的基因的转录组变化进行了记录，确定了一些增强的代谢和细胞因子信号通路，其中就包括WNT信号通路。他们发现，在WNT4存在的情况下，类器官中多个关键胰岛细胞标记物的表达水平都和天然的人胰岛类似，而且还表现出了氧化代谢的增加，这是健康人胰岛的代谢特征。

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最后要解决的就是移植后免疫排斥的问题。其实健康胰岛中的各种细胞，包括β细胞在内，都曾被发现过表达PD-L1[3-5]，这是大家都已经了解的免疫检查点，可以保护细胞不受免疫系统的攻击。

于是，研究人员也尝试了通过慢病毒载体，让人诱导性多能干细胞表达PD-L1，再进入正常的分化程序。

这样构建出的胰岛类器官在分泌胰岛素方面不受影响，把它们和未表达PD-L1的类器官分别移植到免疫力强的糖尿病小鼠中，几天后，两组小鼠的血糖控制都得到了相似程度的恢复，但未表达PD-L1的类器官没坚持几天就不行了，类器官功能逐渐丧失，血糖水平再次飙高，而表达PD-L1的葡萄糖稳态的保持超过了50天。

正常小鼠胰岛（黑）、表达（蓝）和不表达（红）PD-L1的胰岛类器官对血糖的控制

在第27天时对移植的类器官进行流式细胞术分析，发现，表达PD-L1的类器官中T细胞和自然杀伤细胞的数量显著减少，几乎可以忽略不计。

但是基因层面的改造不确定性较大，可能导致一些突变，埋下潜在隐患。研究人员还需要更简单易行，安全系数更高的方法来诱导PD-L1的表达。

他们想到，在肿瘤细胞和胰岛中，PD-L1的表达可以被干扰素-γ激活[6,7]，但是长时间暴露在细胞因子中容易诱导β细胞死亡或去分化。为了验证一下干扰素-γ处理能不能让类器官移植后的免疫排斥减轻，研究人员在不同的条件下对类器官进行了培养。

在干扰素-γ浓度10ng/mL，培养12小时的条件下，PD-L1的表达可以达到最高水平，但这种表达只是暂时的。于是，研究人员又换了一种思路——反复的短时间暴露，这样子的效果好了很多，PD-L1有了持续比较久的的表达，而且胰岛素分泌也还是正常的，β细胞也不会出现去分化。

为什么都是γ-干扰素，只是暴露方法不同，效果就完全不同呢？这主要是和表观遗传学有关，反复的短时间暴露诱导了细胞的表观遗传记忆，让类器官可以从头表达PD-L1，并且对细胞因子产生耐受性。

总的来说，这项研究成功构建出了一个不会产生免疫排斥，且可以长效控制血糖的胰岛类器官。研究人员表示，这是第一项证明不需要基因层面的“改造”就可以让胰岛类器官免受免疫攻击的研究，在进入临床试验前，还需要更多的研究来保证它用于治疗患者的安全性和持久性。

参考资料：

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-020-2631-z

[2] Yoshihara E, Wei Z, Lin C S, et al. ERRγ Is Required for the Metabolic Maturation of Therapeutically Functional Glucose-Responsive β Cells[J]. Cell Metabolism, 2016, 23(4): 622-634.

[3] Martinov T, et al. PD-1 pathway-mediated regulation of islet-specific CD4+ T cell subsets in autoimmune diabetes[J]. Immunoendocrinology, 2016, 3: e1164.

[4] Ansari M J, Salama A D, Chitnis T, et al. The Programmed Death-1 (PD-1) Pathway Regulates Autoimmune Diabetes in Nonobese Diabetic (NOD) Mice[J]. Journal of Experimental Medicine, 2003, 198(1): 63-69.

[5] Wang C, Chou F, Chu C, et al. Protective Role of Programmed Death 1 Ligand 1 (PD-L1)in Nonobese Diabetic Mice The Paradox in Transgenic Models[J]. Diabetes, 2008, 57(7): 1861-1869.

[6] Colli M L, Hill J L, Marroqui L, et al. PDL1 is expressed in the islets of people with type 1 diabetes and is up-regulated by interferons-α and-γ via IRF1 induction[J]. EBioMedicine, 2018: 367-375.

[7] Osum K C, Burrack A L, Martinov T, et al. Interferon-gamma drives programmed death-ligand 1 expression on islet β cells to limit T cell function during autoimmune diabetes[J]. Scientific Reports, 2018, 8(1).