發(fā)布日期：2017-08-08
近日，芝加哥大學(xué)的一個研究小組帶來了一項“腦洞大開”的研究，研究人員在小鼠中驗證了一種新的基因治療形式——通過移植基因編輯的皮膚來治療2型糖尿病和肥胖癥，這項基于皮膚移植的基因療法或許能治療多種人類疾病。該研究發(fā)表于2017年8月3日的Cell Stem Cell期刊上。
基因編輯+干細胞+皮膚移植會碰撞出怎樣的火花？近日，芝加哥大學(xué)的一個研究小組帶來了一項“腦洞大開”的研究，研究人員在小鼠中驗證了一種新的基因治療形式——通過移植基因編輯的皮膚來治療2型糖尿病和肥胖癥，這項基于皮膚移植的基因療法或許能治療多種人類疾病。該研究發(fā)表于2017年8月3日的Cell Stem Cell期刊上。
該研究的資深作者，芝加哥大學(xué)的助理教授Xiaoyang Wu博士說：“我們克服了一些技術(shù)障礙，并在具有完整免疫系統(tǒng)的動物中設(shè)計了一種從小鼠到小鼠的皮膚移植模型。我們認為這個平臺有可能促進安全持久的基因治療，希望有朝一日能在人類中通過篩選和修飾皮膚細胞進行基因治療。”
構(gòu)建小鼠皮膚類器官
早在20世紀(jì)70年代，醫(yī)生就知道如何從大面積燒傷患者中獲取皮膚干細胞，并將其在實驗室中培養(yǎng)，然后用生長的組織來修復(fù)患者的傷口。該種方法現(xiàn)在已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)。但是，皮膚移植應(yīng)用在小鼠中的發(fā)展不如人類。
“小鼠皮膚移植系統(tǒng)不太成熟，”Wu說，“我們花了幾年時間來優(yōu)化我們的3D皮膚類器官培養(yǎng)系統(tǒng)。”
這項研究題為Engineered Epidermal Progenitor Cells CanCorrect Diet-Induced Obesity and Diabetes，首次表明改造的皮膚移植物能夠在具備完整免疫系統(tǒng)的野生型小鼠中長期存活。 “我們的皮膚移植成功率高于80％，” Wu說，“這對我們來說十分令人激動。”
研究人員之所以選擇糖尿病，一是因為其病理與皮膚無關(guān)，其次糖尿病可以通過遞送特定蛋白質(zhì)來治療。
圖片來源：Cell Stem Cell
在皮膚細胞中插入誘導(dǎo)型GLP1基因
研究人員選擇在皮膚細胞中插入胰高血糖素樣肽1（GLP1）的基因，胰高血糖素樣肽1（GLP1）能刺激胰腺分泌胰島素。這些額外的胰島素能夠去除血液中過多的葡萄糖，防止糖尿病并發(fā)癥。GLP1還可以延緩胃排空并減少食欲。
然后，研究人員利用CRISPR編輯GLP1基因。他們插入一個突變，延長了該激素在血液中的半衰期，并將修飾的基因融合到抗體片段，使其在血液循環(huán)中持續(xù)更久。研究人員還在基因前附上了一個誘導(dǎo)型啟動子，這使他們能夠利用多西環(huán)素誘導(dǎo)GLP1基因開啟表達。然后他們將基因插入皮膚細胞，并培養(yǎng)這些細胞。
免疫熒光成像顯示皮膚移植物具有正常皮膚分化和組織結(jié)構(gòu)。圖片來源：Cell Stem Cell
當(dāng)這些培養(yǎng)的細胞暴露于空氣/液體界面時，細胞開始分層，產(chǎn)生“皮膚樣類器官”。然后，研究人員將這個實驗室生長的基因改造的皮膚移植到具有完整免疫系統(tǒng)的小鼠上。皮膚移植物沒有發(fā)生顯著的排斥反應(yīng)。
表達GLP1基因的小鼠體重和血糖水平得到有效控制
接下來，研究人員給對照小鼠和基因改造小鼠喂食高脂肪飲食，兩組小鼠體重迅速增加。當(dāng)給對照組和基因改造組喂食高脂飲食及多西環(huán)素時，對照小鼠明顯長胖，而表達GLP1的小鼠血液中的胰島素水平明顯上升，血糖水平降低，體重得到有效控制。
表達GLP1基因的小鼠（左）在喂食高脂飲食和多西環(huán)素食體重增加比對照小鼠（右）更少。圖片來源：Cell Stem Cell
作者寫道：“我們的數(shù)據(jù)表面，誘導(dǎo)表達GLP1的皮膚基因療法可用于治療和預(yù)防飲食誘導(dǎo)的肥胖和病態(tài)。”當(dāng)研究人員將基因改造的人類細胞移植到免疫功能不全的小鼠中時，他們也看到了相同的效果。這些結(jié)果表明，“GLP1分泌的皮膚基因治療可能具有臨床實用價值。”
或可應(yīng)用于多種人類疾病
作者指出，這種將體外精確的基因組編輯與體內(nèi)工程細胞有效應(yīng)用相結(jié)合的方法可為“治療多種人類疾病提供巨大幫助”。
Wu說：“我們認為這可以為治療多種疾病提供長期的安全選擇。它可以用來遞送治療性蛋白質(zhì)，為遺傳缺陷的患者更換缺失的蛋白，如血友病。或者作為代謝庫，去除各種毒素。”
皮膚祖細胞非常適合基因治療，因為它具有幾個獨特的優(yōu)點：人體皮膚是體內(nèi)最大，最易獲取的器官；它很容易監(jiān)控；如果有必要，移植的皮膚可以被快速移除。皮膚細胞在培養(yǎng)中增殖迅速，并且容易移植；皮膚移植過程相對安全，微創(chuàng)且價格便宜。
參考資料
Gene therapy via skin could treat many diseases, even obesity
Engineered Epidermal Progenitor Cells Can Correct Diet-Induced Obesity and Diabetes
來源：生物探索（微信號 biodiscover）
