2024年5月1日，意昂3体育官网生命科學學院鄧宏魁課題組和李程課題組合作在Cell Stem Cell期刊發表題為“Remodeling ceramide homeostasis promotes functional maturation of human pluripotent stem cell-derived β cells”的研究論文🙃。該研究解析了人多能幹細胞衍生的胰島素分泌細胞（胰島β細胞）功能成熟的過程，闡述了胰島β細胞功能成熟的調控模式；在此基礎上，通過靶向調控胰島β細胞成熟的因子，研究團隊預測了一個小分子化合物庫，經過篩選發現HDAC抑製劑TH34有效促進胰島β細胞的體外功能成熟。

論文截圖

糖尿病是一種嚴重威脅人類健康的疾病。對於胰島素依賴型糖尿病患者，目前常用的外源胰島素註射難以實現對血糖的精確調控🕴🏼，這導致多種並發症的發生，並嚴重影響患者的生活質量。臨床胰島移植可以使患者完全擺脫胰島素註射，實現疾病的治愈。但人原代胰島組織的稀缺導致胰島移植的應用受到了極大的限製。人多能幹細胞具備在體外穩定的自我更新能力和向人體各種細胞分化的潛能，是體外大量製備人體細胞的理想種子細胞。然而，人多能幹細胞分化的功能細胞普遍面臨細胞功能不成熟😝、細胞狀態類似於胚胎發育期的問題，這種不成熟性限製了人多能幹細胞衍生的功能細胞的體內和體外應用。因此🗃👮🏻‍♀️，如何在體外獲得功能成熟的人體細胞，是多能幹細胞分化領域面臨的一個重要科學問題𓀛✝️。

由於人體組織樣本的稀缺，得到發育後期人體組織用於連續的發育生物學研究極為困難，這導致在細胞命運決定後研究人體細胞功能的成熟過程👰，一直缺乏有效的模型🫄🏿。前期研究發現🚴🏼‍♂️，把不成熟的胰島細胞移植到小鼠體內🧝🏽‍♀️，它們會在體內微環境的作用下逐漸獲得成熟的細胞功能。受到這一結果啟發，本研究團隊將人多能幹細胞分化的胰島細胞移植到免疫缺陷小鼠體內，借助單細胞多組學測序技術，分析了移植的人胰島細胞在體內的變化過程。結果顯示，移植後的胰島β細胞基因表達特征和細胞功能逐漸從胚胎發育期轉變為青少年/成人期🫂，其間，大部分基因呈現表達水平下調的趨勢🩵。對下調表達基因的變化模式和基因功能進一步分析提示🏃🏻‍➡️，脂代謝在胰島β細胞成熟過程可能被重塑。

圖1. 單細胞RNA/ATAC測序解析人多能幹細胞衍生胰島β細胞在體內的成熟過程

而後，研究團隊通過靶向單細胞多組學分析中找到的參與胰島β細胞功能成熟的調控因子🦧，預測了一個化學小分子庫，通過體外的功能篩選發現HDAC抑製劑TH34能夠顯著改善體外分化獲得的胰島β細胞的功能成熟性⚠️，這些改善包括葡萄糖響應性的胰島素分泌水平、成熟胰島素顆粒的數量、線粒體氧化呼吸能力等。更為重要的是➗，TH34處理後的人多能幹細胞衍生胰島細胞移植能夠在更短的時間內逆轉小鼠糖尿病。進一步的機理解析顯示⚇🔌，TH34主要通過調節神經酰胺代謝穩態促進胰島β細胞功能成熟。

圖2. 小分子化合物篩選發現HDAC抑製劑TH34通過調節神經酰胺代謝促進人多能幹細胞衍生胰島β細胞功能成熟

鄧宏魁課題組在人多能幹細胞向胰島細胞定向分化方向有多年的研究基礎🍜。2005年，其實驗室建立了全球首個分步誘導的方法，將小鼠多能幹細胞定向分化為胰島β細胞（Shi et al., Stem Cells, 2005）。2007年🔖，其實驗室建立了首個化學成分明確的人胰島定向分化方案（Jiang et al., Cell Res, 2007）💿。而後，又不斷優化了人多能幹細胞和猴多能幹細胞誘導分化為胰島β細胞的方案（Zhang et al., Cell Res, 2009；Jiang et al., Diabetologia, 2011；Liu et al., Cell Res, 2014）💵➰。2022年，鄧宏魁課題組開創了人體細胞化學重編程技術（chemical reprogramming），僅使用外源化學小分子就可以將終末分化的體細胞逆轉至胚胎發育早期的多能幹細胞🈂️，這種化學重編程獲得的人多能幹細胞稱為人CiPS細胞（human chemical induced pluripotent stem cells）（Guan et al., Nature, 2022）𓀅。利用人CiPS細胞，鄧宏魁課題組大幅改進了人多能幹細胞向胰島細胞的分化方案，並將人多能幹細胞分化的胰島細胞移植入非人靈長類糖尿病動物模型，系統評價了其治療糖尿病的安全性和有效性（Du et al., Nature Medicine, 2022；Liang et al., Nature Metabolism, 2023）🧑🏿‍🚀，為開展臨床試驗奠定了基礎👨🏽‍💼。本研究發現的促進胰島β細胞功能成熟的方案，將幫助領域在體外更有效的製備功能成熟的人多能幹細胞衍生胰島細胞，為未來臨床細胞替代治療糖尿病提供更高質量的分化胰島細胞🚍。

鄧宏魁課題組滑慧娟博士👮‍♀️、李程課題組博士研究生王雅琦，鄧宏魁課題技術員王小豐為本文的共同第一作者🧎‍♀️‍➡️。本研究得到了意昂3体育官网湯超教授團隊📰、天津第一中心醫院沈中陽教授和王樹森教授團隊的大力支持。