实验室培养的脂肪细胞帮助科学家了解2型糖尿病
这项研究发表在6月17日的杂志上科学的进步怀特海德研究所创始成员Rudolf Jaenisch实验室的研究人员提出了一种制造脂肪细胞的方法，这种细胞可以被修饰以显示不同水平的胰岛素敏感性。
这些细胞准确地模拟了健康胰岛素新陈代谢，以及胰岛素抵抗，这是2型糖尿病的关键特征之一。“我认为，这个系统对研究这种疾病的机制非常有用，”Jaenisch说，他也是麻省理工学院(MIT)的生物学教授。
“这真的很令人兴奋，”杰尼施实验室的博士后研究员、该研究的第一作者马克斯·弗里森(Max Friesen)说。“这是你第一次真正使用人类干细胞来源的脂肪细胞来显示真正的胰岛素反应。”
体脂——又称脂肪组织-对调节身体的新陈代谢至关重要，在能量的储存和释放中起着重要作用。当脂肪细胞脂肪细胞遇到胰岛素，它们从血液中吸收糖分并储存起来以备将来使用。
但多年来，遗传、压力、特定饮食或污染的空气或水等因素会导致这一过程出错，导致2型糖尿病。在这种疾病中，脂肪细胞以及肌肉和肝脏中的细胞对胰岛素产生抗性，因此无法调节血液中的糖水平。
在实验室中建立糖尿病模型的工具通常依赖于小鼠或培养皿或试管中的细胞。这两种体系都有各自的问题。尽管老鼠在某些方面与人类相当，但它们的新陈代谢完全不同，而且不会出现心脏病等人类糖尿病合并症。而且，在过去，细胞培养无法复制糖尿病的关键标志物，无法与人体组织相媲美。
这就是为什么弗里森和杰尼施实验室的另一位博士后安德鲁·哈利勒(Andrew Khalil)开始创建一个新模型的原因。研究人员从人类多能干细胞开始研究。这些细胞是人体的变形者——在适当的条件下，它们可以呈现几乎任何人类细胞类型的特定特征。杰尼施实验室过去曾使用它们进行复制肝细胞，大脑细胞甚至是恶性肿瘤。
他们决定尝试优化现有的将多能细胞分化为脂肪细胞的方法。该方案创造了看起来像脂肪细胞的细胞，但这些细胞并没有在2型糖尿病患者体内重现健康的胰岛素信号或胰岛素抵抗。当健康的脂肪细胞在人体内遇到胰岛素时，它们的反应是从血液中吸收葡萄糖。这些实验室制造的脂肪细胞并没有这样做，除非研究人员将胰岛素水平提高到比人类胰岛素水平高出1000倍。Friesen说:“脂肪细胞的主要功能是摄取葡萄糖(对胰岛素的正常水平作出反应)，所以如果模型不能做到这一点，就疾病研究而言，任何下游的研究都不会起作用。”
弗里森和哈利勒想知道，实验室培养的脂肪细胞对胰岛素的低敏感性是否可能是它们生长环境的产物。弗里森说:“我们认为，这可能是因为我们给它们喂食了人工培养基，添加了各种可能抑制它们代谢反应的额外补充剂。”
Friesen和Khalil决定使用一种叫做实验设计的方法，这种方法允许研究人员梳理出不同因素对特定结果的贡献。根据这种方法，他们创造了近30种不同的培养基组合，每种培养基的关键成分水平略有不同，如葡萄糖、胰岛素、生长因子IGF-1和白蛋白(血清中的一种蛋白质)。
效果最好的培养基中胰岛素和葡萄糖的浓度与人体内的水平相似。当在这种新培养基中生长时，细胞对低浓度的胰岛素有反应，就像体内的细胞一样。“所以这是我们健康的脂肪细胞，”弗里森说。“接下来，我们想看看是否可以用它来制作一种疾病模型——让它成为一种胰岛素抵抗脂肪细胞，就像你在2型糖尿病的发展过程中看到的那样。”
为了使细胞脱敏，他们在培养基中注入了短时间的胰岛素。这导致细胞对激素变得不那么敏感，并对活人体内的糖尿病或糖尿病前期脂肪细胞做出类似的反应。
然后，研究人员可以研究细胞对这种变化的反应——比如胰岛素抵抗细胞表达了哪些健康细胞没有表达的基因——以梳理出胰岛素抵抗的潜在遗传学。弗里森说:“我们发现许多受代谢调节的基因发生了微小变化，这似乎表明胰岛素抵抗细胞的代谢或线粒体存在缺陷。”“这是我们未来想要追求的一件事——弄清楚他们的新陈代谢出了什么问题，然后希望能解决它。”
现在他们已经创造了这种新的学习模式胰岛素抵抗在脂肪细胞中，研究人员希望为其他受糖尿病影响的细胞开发类似的程序。弗里森说:“经过一些修改，我们似乎也可以将这种方法应用于其他组织。”“在未来，这有望为所有干细胞来源的组织(包括肝脏、骨骼肌和其他细胞类型)带来一个统一的系统，以获得真正强大的胰岛素反应。”
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