Science子刊：经过CRISPR-Cas9编辑的iPSCs衍生β细胞疗法逆转糖尿病，小鼠模型达到持久的改善丨医麦猛爆料

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2020年4月28日/医麦客新闻 eMedClub News/--2019年，国际糖尿病联盟（IDF）发布的全球糖尿病地图（第9版）显示，全球糖尿病患病人数不断上升，全球平均增长率为51%，目前有4.63亿糖尿病患者，按照增长趋势到2045年全球将有7亿糖尿病患者。而中国患有糖尿病的人数位居世界第一，约为1.164亿人。

糖尿病是一种以慢性血糖水平增高为特征的代谢性疾病，是由于胰岛素分泌和作用缺陷所引起。目前，糖尿病治疗的主要手段是注射胰岛素并配合血糖监控。然而，传统的胰岛素补充并不能实现根本性的治疗，并且对糖尿病并发症的控制力也不足。

日前，圣路易斯华盛顿大学的科学家于 Science Translational Medicine （《科学转化医学》）期刊发表了一篇研究，研究表明他们以一种持久的治疗方案逆转了小鼠模型的糖尿病，提出了一种潜在的自体细胞疗法以治疗糖尿病。

▲ 图片来源：sciencemag

自体细胞疗法治疗糖尿病

“这是CRISPR首次被用于修复患者的糖尿病致病基因缺陷并成功逆转糖尿病，”联合研究人员Jeffrey R. Millman说。“在这项研究中，我们使用了一名Wolfram综合征患者的细胞，因为从概念上讲，我们知道纠正单一基因引起的缺陷会更容易。但我们将其视为将基因治疗应用于更广泛的糖尿病患者群体的垫脚石。”

研究人员利用了源自Wolfram综合征1(WFS1)患者的细胞，患者患有由编码 wolframin 蛋白的WFS1基因突变引起的少见的儿童糖尿病。研究团队首先采集了WFS1患者的成纤维细胞，并将其转化为诱导性多功能干细胞（iPSCs），然后利用CRISPR-Cas9对其进行基因编辑，纠正突变的 WFS1 基因，随后将其分化为胰腺β细胞。

▲ 经过基因编辑的iPSCs分化的β细胞（图片来源：sciencemag）

研究人员观察到这些β细胞在体外产生了强烈的胰岛素分泌来响应葡萄糖。随后将SC-β细胞移植到小鼠模型中（通过链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病疾病模型），在对小鼠进行六个月的观察中，发现小鼠模型在葡萄糖刺激下胰岛素分泌得到改善，并且显示高血糖逆转。

Millman表示：“我们可以从糖尿病患者中产生几乎无限数量的β细胞，来阻止甚至逆转这种疾病。将CRISPR与与细胞疗法结合在一起，让我们感到非常兴奋。事实上，我们发现校正后的β细胞与没有糖尿病的健康人的干细胞制成的β细胞没有区别。”

突破与优势

该研究的主要作者Kristina Maxwell表示：“我们面临的最大挑战之一是将患者的细胞分化为β细胞，我们针对不同的发育和信号通路开发了一种新分化方案来生成β细胞。”

用患者来源的干细胞制造胰腺需要精准激活和抑制特定途径，并在适当的时候指导开发过程。研究人员表示在该研究中，使用了一种六阶段分化策略将患者的干细胞分化为β细胞。

目前，研究人员正在继续研究改进β细胞生产技术，未来可能会涉及到从血液甚至尿液中提取细胞，而不是从皮肤中提取细胞。他们认为，进一步发展下去，这种疗法可能会被证明对治疗1型和2型糖尿病都有帮助，通过纠正由遗传和环境因素引起的突变，也可能被用于治疗其他疾病。

▲ 图片来源：yigoonet

事实上，此前就有研究提出通过移植胰腺组织来治疗糖尿病，该组织含有产生胰岛素的功能性β细胞。但是由于捐赠者稀少，患者随后要服用免疫抑制剂，导致该治疗手段有限。

而最新的研究提示了潜在的糖尿病的自体细胞疗法，并为Wolfram综合征患者开辟了自体衍生β细胞移植的可能性，避免了异体组织移植的限制因素。研究人员表示，他们基本上能够使用这种方法来纠正导致糖尿病的基因缺陷，并且可能还会纠正WFS1患者的其他问题，例如视力障碍和神经变性。

糖尿病的基因治疗策略

利用CRISPR基因编辑技术治疗糖尿病并不是一件新鲜的事情，早在2018年，CRISPR Therapeutics和ViaCyte公司达成了一项协议，开发一种“现货”（off-the-shelf）、CRISPR-Cas9编辑的干细胞衍生胰腺细胞替代疗法，以治疗1型糖尿病（T1DM）。

CRISPR Therapeutics和ViaCyte公司的策略是使用CRISPR-Cas9技术编辑健康的人多能干细胞，使它们缺失B2M基因，并表达PD-L1，然后将其分化为胰腺前体细胞。在2019年9月，CRISPR Therapeutics公布了该疗法的积极临床前数据。

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2018年初，Cell Stem Cell上一项来自芝加哥大学的研究，通过利用CRISPR基因编辑得到了能够分泌胰高血糖素样肽（GLP-1）的工程表皮干细胞，并且移植后不具有免疫排斥性，还能维持糖尿病小鼠的血糖平衡。这项基于皮肤移植的基因疗法或许能治疗2型糖尿病。

此外，也有不少的公司/机构在探索通过基因疗法来改变糖尿病患者的治疗方法。

2020年3月，威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin - Madison）的研究团队在发表在Cell Metabolislm杂志上的一篇文章中，提出了一种预防1型糖尿病的方法：敲除糖尿病小鼠模型β细胞的 IRE1α 基因，然后这些β细胞就会“去分化”成未成熟细胞，然后转变成正常的β细胞，正常分泌胰岛素且不被免疫细胞所攻击。

总部位于意大利米兰的基因治疗公司Altheia Science，致力于开发基于慢病毒的自体造血干细胞基因疗法，通过上调免疫细胞中的PD-L1表达，使T细胞失活，从而避免其对健康组织的攻击，以治疗自身免疫性疾病，例如1型糖尿病和进行多发性硬化症等。该公司于2018年12月宣布完成A轮融资，筹集资金达到了1,930万美元。

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2018年7月，由西班牙加泰罗尼亚巴塞罗那自治大学（UAB）法蒂玛博世教授领导的研究小组，利用基因治疗技术成功地逆转了小鼠的2型糖尿病（T2D）和肥胖症的标志物。该技术使用AAV作为载体，递送成纤维细胞生长因子21（FGF21）基因。该基因负责编码FGF21蛋白，被视为刺激脂肪组织中血糖吸收的“主要代谢调节剂”。该研究在线发表在EMBO Molecular Medicine杂志上。

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Cell Stem Cell上一项来自匹兹堡大学医学院的研究，利用腺相关病毒（AAV）载体将两种蛋白（Pdx1和MafA）输送到小鼠胰腺中，结果证明Pdx1和MafA能将α细胞重编程为功能性的β细胞，生成胰岛素。该研究为1型糖尿病的治疗策略提供了新的思路。

2017年，来自萨尔格学院的一项发表在Cell的研究中，发现经过BMP4基因治疗之后，可以增加小鼠模型的代谢率，即使摄入高能量饮食，体重没有增加，胰岛素敏感性也没有增加。还需进一步的研究来确定BMP4对脂肪和胰岛素抵抗的作用，来开启治疗2型糖尿病的新方向。

当然，中国的科学家在开发糖尿病治疗新技术方面同样不甘示弱。由广东工业大学生物医药研究院的赵子建教授以及李芳红教授领军的科研团队，在治疗糖尿病和自身免疫疾病技术上的重大突破——运用基因治疗技术，让1型糖尿病小鼠体内产生大量ω-3脂肪酸，成功逆转了糖尿病的进程。

干细胞疗法，糖尿病的一大希望

糖尿病是导致死亡的最重要原因之一，是全球性的健康问题，影响着全球超过4亿人口，并且患病率正在逐年上升。拥有庞大人口基数的中国贡献了全世界1/3的糖尿病患者，成年人的患病率为9.7%~11.6%，糖尿病患病人群约1.1亿。

2010年，全世界11.6%的医疗卫生费用花费在防治糖尿病上。据美国糖尿病协会(ADA)估计，仅美国每年的糖尿病患者费用就高达2235亿美元。全球成本估计为4650亿美元，预计到2030年将达到5100亿美元。

这一困扰全球的疾病领域亟待新的治疗突破，而干细胞疗法在该领域展现出强大的潜力，甚至在2019年，美国《时代》周刊将干细胞治疗糖尿病纳入改变未来十年医疗的12大创新发明列表中。

为此，许多公司正在探索使用干细胞疗法来治疗糖尿病，例如Seraxis、Unicyte、Sernova、Betalin Therapeutics、AltuCell、NextCell Pharma、Osiris Therapeutics、Mesoblast、Evotec和赛诺菲(Sanofi)、Semma Therapeutics、诺和诺德(Novo Nordisk)、礼来(Eli Lilly)和Sigilon、PharmaCyte等。

值得一提的是，专注于1型糖尿病（T1DM）的Semma Therapeutics开发了一套从人类多能干细胞（这种干细胞能够在体内分化成任何细胞类型）产生几乎无限数量的高质量干细胞衍生胰岛（SC-islets）的程序。并于2019年国际干细胞研究学会(ISSCR)的全体会议上公布了在动物模型上的试验数据，实现了两个领先项目的临床前概念验证。此外，Semma于2019年9月被Vertex Pharmaceuticals斥资近10亿收购。

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观之国内，目前有2项干细胞治疗糖尿病肾病相关的项目完成了备案，分别为近期启动的由东方医院、解放军总医院、瑞金医院三方承担的《脐带间充质干细胞治疗2型糖尿病肾病的多中心临床研究》以及昆明市延安医院的《脐带间充质干细胞治疗糖尿病肾病》。

另外，国内2019年《脐带间充质干细胞治疗2型糖尿病肾病的多中心临床研究》启动会已经成功召开，同时还公布了该项目受试者的主要纳入标准。项目的启动以及招募信息的发布，正是这类疗法实质性进展的表现。

结语

随着众多研究人员的努力，相信随着时间的发展，人类终将克服糖尿病这一全球的健康问题！未来，让我们拭目以待！         

参考资料：

1.https://stm.sciencemag.org/content/12/540/eaax9106

2.https://www.fiercebiotech.com/research/reversing-diabetes-by-applying-crispr-to-patient-derived-stem-cells

3.http://www.crisprtx.com/about-us/press-releases-and-presentations/crispr-therapeutics-and-via-cyte-present-positive-in-vitro-data-towards-a-potential-immune-evasive-cell-replacement-therapy-for-diabetes-at-easd-2019

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