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目前,糖尿病已成为严重威胁人类健康的重大疾病之一。根据胰岛素分泌的绝对和相对不足可分为Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病,其中Ⅰ型糖尿病的发病本质是产生胰岛素的胰岛β细胞被破坏所致。虽然临床上通过给患者服用降糖药或注射胰岛素可将患者的血糖控制在正常范围内,但这些治疗措施不能有效预防糖尿病所致的各种晚期并发症。近年来,胰腺或胰岛细胞移植被认为是根治糖尿病的最好疗法,但移植后的免疫排斥反应和供体的严重缺乏等问题限制了该疗法的实际应用。如今,随着对干细胞诱导分化和成体细胞转分化研究的深入,通过诱导分化或转分化获得可用于移植的胰岛素分泌细胞己成为糖尿病治疗研究的一个新的热点。
研究表明通过强制表达某些组织特异性转录因子,可使一种组织类型的细胞转分化为另一种组织类型的细胞。在个体发育过程中,肝脏和胰腺都起源于前肠末端,发育上的同源性提示肝脏和胰腺在细胞增殖和分化调控等方面有很高的相似性。因此,人们推测肝脏来源的细胞可能会更容易的转分化为胰腺β细胞。目前已有证据表明,有些胰腺发育相关的转录因子(如Pdx1、NeuroD、Pax4、MafA等)可将肝原始细胞、成熟的肝细胞,甚至肝肿瘤细胞诱导分化为可分泌胰岛素的胰腺β细胞样细胞。这些研究成果一方面有望缓解糖尿病细胞治疗的细胞来源问题,另一方面也为糖尿病治疗提供了一个新的思路:即可在体内利用患者的肝干细胞或肝细胞的胰向分化来实现治疗目的。
然而,目前人们还没有建立高效的、特异的诱导肝脏细胞向胰岛素分泌细胞转分化的技术体系。为此,本研究通过PCR的方法成功克隆了人胰腺转录因子Pdx1、Pax4、NeuroD和MafA基因,并将其插入到pAd-track-CMV穿梭载体中,然后在AdEasier-1细胞中重组产生重组腺病毒质粒,继而在293LP细胞中包装出感染性重组腺病毒。重组腺病毒以复合感染(multiplicity of infection,M.O.I)指数为20感染人胎肝干细胞(human fetal liver stem cells,hFLSCs),24小时后,荧光显微镜下观察显示几乎所有的细胞都表达报告基因GFP,RT-PCR和Western Blot检测显示外源基因在人胎肝干细胞中可转录和翻译。进一步将重组腺病毒悬液经尾静脉注入小鼠体内6天后,小鼠肝脏几乎所有的细胞都表达了GFP报告基因。这些结果表明,本研究已成功构建了胰腺转录因子Pdx1、Pax4、NeuroD、MafA的腺病毒表达载体,这为肝干细胞向胰腺β细胞分化或在小鼠肝脏中建立分泌胰岛素的细胞群的研究准备了条件。在此基础上,为了建立肝干细胞高效特异的向胰腺β细胞转分化技术体系,本研究将Pdx1、MafA、Pax4和NeuroD重组腺病毒分别或以不同组合感染小鼠肝原始细胞(liverepithelial progenitor cells,LEPCs),结果发现Pdx1和MafA感染LEPCs细胞3天后,部分细胞表达insulin1和insulin2。该结果为进一步建立肝干细胞高效、特异的向胰腺β细胞转分化的技术体系的研究奠定了基础。