發(fā)布日期：2017-08-08

近日，芝加哥大學(xué)的一個(gè)研究小組帶來了一項(xiàng)“腦洞大開”的研究，研究人員在小鼠中驗(yàn)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(xiàng)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(xì)胞+皮膚移植會(huì)碰撞出怎樣的火花？近日，芝加哥大學(xué)的一個(gè)研究小組帶來了一項(xiàng)“腦洞大開”的研究，研究人員在小鼠中驗(yàn)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(xiàng)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(dòng)物中設(shè)計(jì)了一種從小鼠到小鼠的皮膚移植模型。我們認(rèn)為這個(gè)平臺(tái)有可能促進(jìn)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(xì)胞進(jìn)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(xì)胞，并將其在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，然后用生長(zhǎng)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(shí)間來優(yōu)化我們的3D皮膚類器官培養(yǎng)系統(tǒng)。”

這項(xiàng)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(zhǎng)期存活。 “我們的皮膚移植成功率高于80％，” Wu說，“這對(duì)我們來說十分令人激動(dòng)。”

研究人員之所以選擇糖尿病，一是因?yàn)槠洳±砼c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(xì)胞中插入誘導(dǎo)型GLP1基因

研究人員選擇在皮膚細(xì)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(gè)突變，延長(zhǎng)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(gè)誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，這使他們能夠利用多西環(huán)素誘導(dǎo)GLP1基因開啟表達(dá)。然后他們將基因插入皮膚細(xì)胞，并培養(yǎng)這些細(xì)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(xì)胞暴露于空氣/液體界面時(shí)，細(xì)胞開始分層，產(chǎn)生“皮膚樣類器官”。然后，研究人員將這個(gè)實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)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(dá)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(duì)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(duì)照組和基因改造組喂食高脂飲食及多西環(huán)素時(shí)，對(duì)照小鼠明顯長(zhǎng)胖，而表達(dá)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(dá)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(duì)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(dá)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(xì)胞移植到免疫功能不全的小鼠中時(shí)，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(shí)用價(jià)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(xì)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(rèn)為這可以為治療多種疾病提供長(zhǎng)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?；蛘咦鳛榇x庫，去除各種毒素。”

皮膚祖細(xì)胞非常適合基因治療，因?yàn)樗哂袔讉€(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：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(xì)胞在培養(yǎng)中增殖迅速，并且容易移植；皮膚移植過程相對(duì)安全，微創(chuàng)且價(jià)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(hào) biodiscover）