文摘
近年来,干细胞的使用提供了一个新的治疗各种疾病包括糖尿病的机会。干细胞是没特化的细胞具有自我更新能力和分化成更专门的细胞类型。许多因素导致SCs的分化,从而发挥重要作用在调节干细胞的命运。因此,广泛的协议被用来区分SCs胰岛素生产细胞但SC分化不同的有效性。本系统评价的目的是评估结果从不同研究SC分化为更高的治疗糖尿病的功效。这在PubMed搜索完成,网络科学(我们),斯高帕斯使用关键字“胰岛素生产细胞(IPC),”“胰岛B细胞,分泌细胞,”“干细胞”,“祖细胞,”和“母细胞,克隆形成单位。”超过3646篇论文,32的研究被认为是合格的评估。结果表明,大部分的研究进行间充质干细胞(msc)来自不同组织与其他类型的SCs相比。不同的评价在体外研究以及动物模型支持他们在糖尿病的恢复作用。在目前的审查中,我们总结并讨论最近的进步增加SC分化的效率使用不同的材料,尽管这个系统综述的有前景的结果,还需要进一步的研究来评估移植的效率和安全性这些细胞在糖尿病的复苏。
1。介绍
糖尿病,作为最常见的一种慢性代谢疾病,被认为是一个全球性的健康问题,威胁的福祉大量的世界各地的人们。大量数据显示,糖尿病的患病率增加(1),和糖尿病患者的数量预计将在2025年翻一倍(2]。饮食控制,常规的血糖监测,口服抗糖尿病的药物和胰岛素注射现在主要的糖尿病治疗。这些例程不能恢复β细胞的精确和生理功能,可能导致长期的副作用(3,4]。胰岛移植是一种新的治疗方法,可以显著降低胰岛素依赖和恢复葡萄糖稳态;它也被认为是一个有效的治疗糖尿病。然而,缺乏胰岛和抑制移植胰岛的接受者的免疫系统阻止了这种疗法的广泛使用(5),因此研究人员正在积极寻找其他的治疗方法。使用干细胞(SCs)及其分化成β细胞是一种治疗策略,近年来已获得了高度的关注。SCs非专门化的细胞具有自我更新能力和分化成更专业类型的细胞(6]。等几个因素可能影响SCs的分化细胞外基质(ECM)蛋白,细胞间粘附,细胞间接触,和可溶性因子(7]。广泛的协议被用来区分SCs胰岛素生产细胞。然而,分化的效率和这些新形成的正常功能β肽,尤其是葡萄糖刺激,挑战性的问题。本系统评价的目的是调查的功效分化不同的SC来源和各种干预措施对胰岛素生产细胞(ipc)。评估的结果可能导致评估翻译的SC疗法在临床试验中。
2。材料和方法
2.1。集中的问题
这个系统综述了解决以下的问题:“这干预效果最大的分化疗效SCs IPCs ?”
2.2。搜索和选择研究
关键字和抽象的条件包括(胰岛素生产细胞[标题/文摘]或胰腺β肽[标题/文摘])或胰岛素分泌细胞(标题/文摘])和(((干细胞[标题/文摘]或祖细胞[标题/文摘])或母细胞[标题/文摘])或克隆形成单位(标题/文摘])。搜索策略应用于PubMed数据库,我们,和斯高帕斯,同时关注在体外和动物模型研究,包含标准英语出版物(按2020年6月)。摘要没有完整的手稿发表、评论、其它传染病或SC疗法研究糖尿病被排除在外。数据收集的文章全文如下:(i) SCs的来源,(2)类型的研究(在体外或在活的有机体内),(iii)方法用于SC分化效果的评估,及(iv)获得的结果。
3所示。结果
搜索结果中包含的特点研究取得了4287项研究。其中,3746篇论文符合所有入选标准和选择后删除重复。此外,综述了653篇论文和排除(图1)。
通过研究这些文章摘要,只有35篇文章包括SC分化功效试验的结果在体外条件(表1),和八个文章相关动物模型的治疗效果的评估(表2)。这些研究的提取相关数据如表所示1和2。结果显示,研究SC细胞有不同的来源。SCs来源于胚胎(ESCs)被用于12个研究;骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)工作在6个研究中,而两项研究调查脂肪tissue-derived间充质干细胞(ADMSCs),四篇论文检查脐cord-derived间充质干细胞(UCMSCs),和两篇文章讨论了沃顿果冻(WJMSCs)间充质干细胞治疗糖尿病。诱导多能干细胞)的细胞则被用于五个研究;只有一个研究调查了胰腺干细胞和一项研究调查人类多能干细胞(hPSCs)。通过所有这些来源的变化,只有四个不同的方法使用这些不同的方法可以对SC分化效果有重要影响。在下一节中,讨论了这些研究方法。
3.1。使用转染/转导SCs到ipc的分化
在胚胎发育期间,一些转录因子参与了β细胞分化。胰腺和十二指肠同源框蛋白1 (Pdx1)是一个重要和胰腺癌发展至关重要的转录因子8]。成对盒基因4 (Pax4)是胰腺发展的另一个重要的监管机构,因为缺乏Pax4活动防止形成成熟的胰腺产生胰岛素的细胞(9]。此外,neurogenin-3(新闻集团报业公司3)、MafA和NeuroD是胰腺癌的主要诱发者endocrine-specific从原基分化(10,11]。因此,不同的研究使用不同的转录因子增加SC分化功效ipc。例如,太阳et al。(2006)包含Pdx-1转导bmsc使用真核表达载体。采用免疫表达的基因在Pdx1(+)bmsc高于Pdx1(−)伴;同时,从Pdx glucose-induced胰岛素分泌1(+)bmsc Pdx双重的更多1(−)bmsc [9]。
在另外两个研究中,研究人员证明了罗马帝国的过度4使用转染可以产生更成熟的ipc的ESCs [9,12]。罗马帝国4移动通信、下一代网络3转染小鼠ESCs也导致胰岛素基因的一个重要upregulation (Ins1和isn2)和其他pancreas-related基因,从而生成高效的ipc (13]。此外,Pdx的表情1和MafA新闻集团报业公司3或者NeuroD可以显著提高ESCs到ipc的分化效率。这些观察经存在,免疫细胞化学和ELISA试验(10]。研究表明,pdx1和NKX6.1基因转染可以增加诱导多功能的分化效率SCs IPC和获得IPCs分泌胰岛素和c -肽水平明显高于[14]。过度的罗马帝国4和MafA也导致改善胰岛间充质干细胞的分化效率(PiMSCs) ipc (15]。最后研究使用这种方法表明,upregulation Pax4和Pdx1可以显著提高msc分化形成成熟的胰岛集群和功能性胰岛素生产吗β例如细胞(16]。
3.2。治疗方法用于分化SCs到ipc
不同组合使用11个研究向IPCs增加SCs的分化。华et al。(2010)治疗老鼠ESCs exendin-4的高浓度。IPC标记的表达模式表明,exendin-4能够改善SCs向分化的效率β细胞表型(8]。Pagliuca Rezania发现,使用修改后的差异化协议改进的ESCs的分化效率(17和已经被18到IPC。此外,添加苯丙酸诺龙的文化条件为其能有效地产生β细胞(19]。另一项研究表明,BM-MSC治疗胰腺提取分化效率提高和成熟的ipc (20.]。Zhang et al。(2013)表明,使用conophylline促进诱导多能间充质干细胞(iPMSC)分化成ipc (21]。bmsc [22],WJMSCs [23],ADMSC [24)治疗exendin-4改善这些SCs IPCs分化的结果。Pezzolla等人发现,治疗人类胚胎干细胞(为),白藜芦醇改善了分化效率,产生了众多insulin-positive细胞,诱导显著高于Pdx1表达式[25]。有趣的是,增加睾丸激素为胰腺微分公式β肽可能会增加人为多能干细胞的分化效率(hiPSCs) IPCs从12%降至35%。睾酮的管理提升相关的关键基因的表达β细胞分化包括新闻集团报业公司3,NeuroD1,INS (26]。
3.3。Coculture方法用于分化SCs ipc
各种研究使用不同的物质在SC coculturing为了增加的分化疗效SCs ipc。例如,使用内皮细胞coculture增强ESC分化据报道只有在一项研究中,显示内皮细胞增强胚胎干细胞分化胰腺祖细胞和ipc通过骨形成蛋白(BMP)信号(27]。Bea et al。(2015)培养多能SCs胰岛细胞的成熟。他们发现,这些细胞的旁分泌作用可能会导致增加胰内胚层分化效率(PE)细胞成熟ipc (28]。一项研究由Yilmaz et al。(2015)显示,小鼠胰腺胰岛的ESC coculture导致更高的分化效果对ipc (29日]。
3.4。使用分化的细胞外基质蛋白SCs ipc
2007年,Farrokhi等人评估的影响细胞外基质(ecm) ipc的分化。rt - pcr和分泌功能的分析,他们的发现表明更高的表达β-cell-specific标记包括胰岛素,胰岛素二世,Slc2一个2,更多的胰岛素分泌matrigel-coated板组(30.]。在另外两个研究中,使用纤连蛋白、层粘连蛋白(31日),层粘连蛋白411 (32)促进了msc为胰岛素生产细胞的分化,调节胰岛素mRNA和蛋白表达水平。拉斯穆森et al。(2015)也报告说,治疗由ECM SCs蛋白质在一个特定的胶原蛋白I型与纤连蛋白可以改善人类的ESCs的分化向明确的内胚层[33]。
3.5。使用在活的有机体内分化的微环境模拟SCs ipc
Seyedi et al。(2015)使用3 d文化条件(悬滴)区分hUCMs IPC。rt - pcr和免疫组织化学分析显示高表达胰岛素蛋白和胰岛素的生产比单层悬滴组(34]。rt - pcr、免疫荧光和放射免疫检定法(RIA)在另一项研究显示bmsc的分化效率的改善对ipc不依从的状态下(35]。评估使用3 d文化区分ADMSCs [36,37],bmsc [36,37],WJMSCs [33,38),而人类脐带间充质干细胞(hUCMSCs) [39)由不同的评价方法,如rt - pcr、免疫荧光,RIA, ELISA测定,显示超过三倍增加分化效果比2 d实验培养细胞的使用。
3.6。动物实验进行移植治疗糖尿病的SCs IPC区别开来
SC-derived IPC疗法对糖尿病的疗效评估在八个不同的动物研究。谢等人移植IPCs源自msc治疗胰腺提取在右肾胶囊的链脲霉素(STZ)诱导的糖尿病大鼠进行评估的能力,这些细胞治疗糖尿病。他们观察到ipc glucose-dependent方式能够释放更多的胰岛素和改善糖尿病老鼠STZ-treated条件更好20.]。在其他研究中,hESC-derived胰岛集群使用和注射肾胶囊或附睾的脂肪垫可能是暂时性的正常化glycaemia糖尿病小鼠([25],克朗et al . 2008年,[17])。其他研究调查的影响分化胰腺胰岛细胞集群的功效来自hBMSCs不依从感应下糖尿病大鼠移植分化细胞。他们发现这些细胞在糖尿病规范化高血糖小鼠(35]。另一项研究对糖尿病小鼠糖尿病裸鼠实验表明,移植IPCs来源于胰腺干细胞cocultured胰岛细胞表现出恢复正常,改善葡萄糖耐量(28]。et al。(2014)还透露,层粘连蛋白411 -诱导IPCs迅速和显著下调空腹血糖水平,显著降低HbA1c浓度,显著改善糖尿病大鼠的症状和生存32]。Pagliuca和他的同事们发现,移植IPCs来自已经通过使用序列调制的多个信号通路改善高血糖糖尿病小鼠(18]。
4所示。讨论
这项研究是第一个系统回顾对ipc SC分化的功效在恢复糖尿病。本文包含的结果在体外分化和动物研究。这些研究中使用的各种来源的SCs和他们的不同评价方法突出的优势相互比较结果。在大多数研究中,BM-MSCs和ESCs变量条件下分化成IPCs用于评估糖尿病治疗最好的分化效果。这些研究的结果表明,转染干细胞与IPC关键转录因子,包括PDX1,罗马帝国4、MafA NKX6.1NeuroD,可以改善的分化疗效SCs ipc。各种研究的结果显示,这些要素的使用被认为是一个有效的因素在SC分化成ipc ([8,9,12,13),谢,王et al . 2013,14,15])。此外,看来SCs与不同因素的治疗中发挥着关键作用在随后分化的提高疗效和治疗结果。
的比较结果表明,治疗的类型可以通过不同途径影响分化的效果(图2)。一些因素可以改善通过刺激(Pdx islet-associated基因的表达1和胰岛素),导致增加胰岛素释放葡萄糖的挑战,证明了华et al。(2010) (8),Nejad-Dehbashi et al。(2013) (22),和其他(14,36,37]。鼠胰腺提取物被用作分化诱导物,因为它包含胰腺发育和分化的蛋白质也可以改善BM-MSCs的分化疗效和改善糖尿病条件的链脲霉素(STZ)治疗大鼠(20.]。此外,另一项研究的结果表明,conophylline刺激iPMSC扩散和推广他们的潜能分化成胰岛集群(21]。在三个研究中,coculture技术被用来增加SCs的分化效果到ipc (27- - - - - -29日]。这三个研究的结果表明,SCs coculture条件下成胰岛素生产细胞分化的内皮细胞和胰岛细胞被有效地增加。此外,一个在活的有机体内研究表明,糖尿病小鼠移植与分化SC coculturing胰岛细胞表现出恢复正常,改善葡萄糖耐量(28]。
几个研究小组试图检查不同的细胞外基质蛋白对干细胞分化的影响效果。Hsiao-Yun等人的结果表明,IPC通过msc分化可以通过增加ECM和增强这些刺激效应是通过激活Akt介导和ERK途径(31日]。使用层粘连蛋白Huiting et al .(2014), 411年的分化诱导物从UC-MSCs ipc通过Pdx1移动通信、下一代网络3信号通路,有效地改善了分化,症状,糖尿病大鼠的生存32]。另一项研究由拉斯穆森et al。(2015)表明,胶原蛋白可以有效区分胚胎SCs功能β肽(33]。干细胞分化功效的评价3 d文化环境已经完成五个研究[34- - - - - -37,39]。一个3 d文化是有利的模仿在活的有机体内微环境通过增强信息和cell-matrix交互和随后的细胞信号40,41]。符合这个事实,获得的结果由张(2014),Khorsandi et al。(2014), Khorsandi等人(2015)表明,不依从归纳(35),胶原/透明质酸(Col /公顷)支架36,37),成品支架(36,37)可以大大促进SCs胰腺胰岛细胞集群形式,提高对ipc SCs的分化效率。
5。结论
总之,这个系统回顾的结果提供更好的了解SC分化成IPCs治疗糖尿病的功效。结果表明,IPCs来自SCs通过模仿在活的有机体内微环境和使用3 d文化显示出疗效优于其他方法的区别来恢复糖尿病。然而,结果表明,需要更多的评价疗效的SC分化成IPCs治疗糖尿病。
的利益冲突
作者宣称他们没有相互竞争的利益。