骨髓间充质干细胞体外诱导分化为胰岛样细胞的降血糖作用

背景：移植胰岛及胰岛细胞治疗糖尿病已初见成效,但由于胰岛来源匮乏和免疫排斥反应而研究受阻。 目的：移植将大鼠骨髓间充质干细胞在体外诱导分化为胰岛样细胞,观察其对糖尿病大鼠的治疗作用。 方法：将大鼠骨髓间充质干细胞用碱性成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子等诱导,免疫细胞染色等检测诱导情况。SD大鼠腹腔注射链脲佐菌素建立糖尿病模型,建模成功后,随机分为对照组移植诱导胰岛样细胞的实验组,实验组经肾包囊移植诱导后的胰岛样细胞,对照组移植相同体积生理盐水,观察移植后糖尿病大鼠血糖和体质量变化。 结果与结论：大鼠骨髓间充质干细胞体外经肝细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等因子诱导后可以向胰岛样细胞转化。细胞移植后,对照组大鼠血糖无明显变化(P > 0.05),实验组大鼠血糖与对照组和移植前相比较,明显降低(P < 0.05)。大鼠骨髓间充质干细胞经含肝细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等的诱导体系可诱导成胰岛样细胞,经诱导的细胞有一定胰岛素分泌能力,将诱导后细胞通过肾包囊途径移植入糖尿病大鼠体内,可降低大鼠血糖水平。     

PDX1联合NKX6.1促进骨髓间充质干细胞分化为胰岛β样细胞

目的： 为提高骨髓间充质干细胞(BMSCs)向胰腺β样细胞的分化效率,以产生足够用于移植的胰岛样细胞。方法: 构建含PDX1与NKX6.1双基因的重组腺病毒载体,用重组腺病毒感染并联合多种细胞因子分步诱导BMSCs。用RT-PCR、Western blotting等多种方法分别检测PDX1、NKX6.1、胰岛素及C-肽表达情况;观测植入鼠肾包膜下的细胞形态与胰岛素、C-肽等相应分子表达情况以及检测植入细胞对糖尿病模型大鼠的血糖水平的调节能力。结果: BMSCs经重组腺病毒pAdxsi-CMV-PDX1/CMV-NKX6.1联合相应细胞因子分步诱导,双硫腙染色细胞质呈亮红色,RT-PCR显示诱导后的细胞持续稳定表达胰岛素、葡萄糖转运蛋白2(GLUT2)等β细胞相关分子;Western blotting、免疫细胞化学与间接荧光结果亦相似。所诱导的实验组细胞经5.5和25mmol/L葡萄糖刺激后胰岛素分泌水平分别为(1 240.4±109.3) mU/L和(3 539.8±245.1) mU/L, 并显著高于对照组的分泌量。移植实验组细胞可恢复STZ糖尿病小鼠血糖正常水平。结论: PDX1与NKX6.1联合细胞因子在体外能有效地诱导BMSCs分化为胰岛β样细胞;这种胰岛β样细胞移植能有效恢复STZ糖尿病小鼠的血糖正常水平,维持小鼠良好的生存状态,这将为治疗糖尿病带来新的希望。     

人胎盘间充质干细胞诱导分化为胰岛素分泌细胞的研究

目的：探索人胎盘间充质干细胞（MSCs）分化为胰岛素分泌细胞的诱导条件。方法从胎盘组织中获取MSCs,采用激活素A、表皮生长因子（EGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）等多种细胞因子诱导胎盘MSCs向胰岛素分泌细胞分化。利用免疫细胞化学染色、Western Blot及动物实验,对诱导后的细胞进行鉴定。结果经诱导后的细胞具备胰岛β细胞的部分特征,能表达胰十二指肠同源盒-1（PDX-1）、胰岛素和C肽,对糖尿病小鼠具有降糖作用。结论人胎盘MSCs经多种细胞因子诱导后可分化为胰岛素分泌细胞。     

大鼠骨髓间质干细胞体外诱导分化为胰岛素分泌细胞的实验研究

目的研究体外定向诱导大鼠骨髓间质干细胞（BMSCs）横向分化为胰岛素分泌细胞的可能性,并了解该细胞是否具备分泌胰岛素和胰高血糖素的功能.方法从健康成年大鼠骨髓中分离BMSCs,通过传代对细胞进行纯化和扩增.采用两期诱导方案,用诱导液1使BMSCs向巢蛋白（nestin）阳性的祖细胞分化;用诱导液2使nestin阳性的祖细胞向胰岛素分泌细胞分化.用双硫腙染色鉴定胰岛素分泌细胞团;免疫细胞化学法检测诱导前后nestin、胰岛素及胰高血糖素蛋白的表达;采用放射免疫分析法检测葡萄糖刺激后上清中胰岛素的量.结果BMSCs经第一期诱导5d可分化成nestin阳性的祖细胞,双硫腙染色阳性.免疫细胞化学显示,经两期,诱导后的细胞表达胰岛素、胰高血糖素等激素.放射免疫分析结果显示,诱导后的细胞团可以分泌胰岛素,糖反应性较弱.结论健康成年大鼠骨髓间质干细胞在体外可以被诱导分化为胰岛样细胞团,且具有可重复性.     

脐带源间充质干细胞与大鼠胰腺细胞共培养向胰岛样细胞分化及移植治疗1型糖尿病

背景：脐带Wharton’s Jelly中间充质干细胞可以向胰岛样细胞诱导分化。 目的：验证脐带源间充质干细胞与大鼠胰腺细胞共培养向胰岛样细胞诱导分化的可能性,并观察移植后对糖尿病大鼠血糖的影响。 方法：分离、诱导、传代脐带Wharton’s Jelly中间充质干细胞,再与大鼠胰腺细胞共培养,诱导成胰岛细胞团样组织。将大鼠分为3组,正常对照组不进行移植及造模;模型组仅制备糖尿病大鼠模型;实验组造模后将胰岛样细胞移植入糖尿病大鼠肾脏包膜。 结果与结论：脐带Wharton’s Jelly细胞培养中有细胞从组织块中爬出,第7天形态发生变化,贴壁细胞部分变成梭形。分离培养的细胞表达具有间充质干细胞表面特有标志CD44、CD29、CD105,不表达CD34、CD45、CD14。诱导第7,10天PDX-1及人胰岛素强染色;胰岛素及C-肽浓度较单纯培养组明显升高;PDX-1及人胰岛素mRNA诱导第7、10天较高表达。移植第1周大鼠尾尖血糖链脲佐菌素实验组明显低于模型组(P < 0.01),但明显高于正常照组(P < 0.01)。8周链脲佐菌素实验组肾脏被膜下发现胞核染棕色染色的Brdu阳性、胞浆棕色染色的胰岛素阳性细胞。结果表明,脐带Wharton’s Jelly中存在脐带源间充质干细胞,与大鼠胰腺细胞共培养可促进间充质干细胞向胰岛样细胞诱导分化,移植入糖尿病大鼠肾脏被膜下,可显著降低糖尿病大鼠血糖。     

体外诱导胎儿骨髓间充质干细胞向胰岛β样分泌细胞的分化

背景：体外诱导人骨髓间充质干细胞定向分化为胰岛样细胞,目前尚无成熟的鉴定方案。 目的：探讨胎儿骨髓间充质干细胞在适当的条件下体外分化为胰岛样分泌细胞的可能性。   方法：将胎儿骨髓间充质干细胞与胎儿胰岛素细胞分别接种于Transwell 双层细胞培养板上下层共培养。对照组中的骨髓间充质干细胞仅用胰岛细胞培养基培养。倒置相差显微镜观察胎儿骨髓间充质干细胞、胎儿胰岛细胞的形态,放射免疫分析法检测共培养刺激下胰岛素的分泌情况。 结果与结论：未经诱导的骨髓间充质干细胞呈长梭形贴壁生长,与胰岛细胞共培养的骨髓间充质干细胞逐渐变圆,并聚集成团,共培养9 d后骨髓间充质干细胞经RAI检测分泌大量胰岛素,DTZ染色为阳性,细胞免疫化学检测阳性。而对照组无胰岛素释放。提示在适当的培养条件下,胎儿骨髓间充质干细胞具有向胰岛素分泌细胞分化的能力。     

MAFA-PDX1过表达慢病毒感染人脐带间充质干细胞向胰岛素分泌细胞的分化

背景：干细胞来源胰岛β细胞移植被认为是治疗1型糖尿病的有效手段。人脐带间充质干细胞是理想的细胞来源，但其向胰岛β细胞分化的效率不高。目的：研究MAFA、PDX1修饰促进人脐带间充质干细胞向胰岛素分泌细胞分化的潜能。方法：构建MAFA-PDX1过表达慢病毒载体，用细胞形态学、RT-qPCR法、双硫腙染色比较3种方案[方案A：单纯慢病毒组；方案B：先药物(尼克酰胺、β-巯基乙醇)诱导再加慢病毒组；方案C：慢病毒和药物诱导同时进行组]诱导人脐带间充质干细胞分化为胰岛素分泌细胞的效率和潜能。结果与结论：(1)细胞形态学改变：经3种方案诱导后细胞形态均发生了改变，方案B在诱导第11天细胞聚集生长最为明显，出现聚集生长的胰岛样细胞团；(2) RT-qPCR检测胰岛相关基因的表达差异：同一诱导时间点3种方案横向比较，在诱导第5天，方案C的MAFA和PDX1基因表达量最高，方案B的GCG基因表达量最高；在诱导第11天，方案B的MAFA、PDX1基因表达量以及INS和GLUT2基因表达量最高；(3)双硫腙染色鉴定锌离子：3种方案诱导第11天部分细胞被双硫腙染成棕红色，其中方案B中部分小岛状细胞被染成棕红...     

体外诱导人脐带间充质干细胞向胰岛β样细胞的分化

背景:体外实验中人们发现,常规诱导骨髓间充质干细胞分化的胰岛β样细胞由于种种原因限制了其进一步的应用。关于人脐带间充质干细胞是否可以成功诱导的胰岛β样细胞尚未见系统报道。目的:进一步验证人脐带间充质干细胞向胰岛β样细胞分化的可行性。方法:采用胶原酶消化法分离人脐带细胞进行贴壁培养;传2代后,用高浓度葡萄糖(25mmol/L)培养液DMEM(含体积分数为10%胎牛血清)以及碱性成纤维细胞和尼克酰胺诱导脐带间充质干细胞向胰岛β样细胞分化。倒置显微镜下观察间充质干细胞诱导后的形态变化,用胰岛β细胞特异染色方法双硫腙染色鉴定诱导后细胞游离锌离子浓度;免疫细胞化学鉴定诱导后细胞内是否储存有胰岛素。结果与结论:第2代脐带间充质干细胞经过高糖诱导后,间充质干细胞形成细胞团;并且形成了双硫腙染色阳性的细胞团;免疫细胞化学表明诱导后细胞内的细胞胰岛素染色阳性。结果表明人脐带分离出的间充质干细胞在体外可以定向诱导分化为胰岛β样细胞,这种胰岛β样细胞具有表达、储存胰岛素的功能。     

人脐静脉间充质干细胞向胰岛β样细胞诱导分化的实验研究

目的:探讨人脐静脉内皮及内皮下间充质干细胞向胰岛β样细胞分化的可行性。方法:采用胶原酶消化分离人脐静脉内皮及内皮下细胞进行贴壁培养;传代培养后,用高浓度葡萄糖(25mmol/l)培养液DMEM(含10?S)以及bFGF(basic Fibroblast Growth Factor)和尼克酰胺诱导脐静脉间充质干细胞向胰岛β样细胞分化。倒置显微镜下观察间充质干细胞诱导后形态变化,观察是否形成细胞团;用胰岛β细胞特异双硫腙染色鉴定诱导后细胞内是否含有高浓度游离锌离子;免疫细胞化学(Envision法)鉴定诱导后细胞是否分泌胰岛素。结果:第2代脐静脉间充质干细胞经过高糖诱导大约10天后,形成细胞团;呈双硫腙染色阳性;免疫细胞化学表明诱导后细胞内的细胞胰岛素染色阳性。结论:人脐静脉内皮及内皮下分离出的间充质干细胞在体外可以定向诱导分化为胰岛β样细胞,这种胰岛β样细胞具有胰岛素的分泌功能。     

兔脂肪干细胞体外诱导分化为胰岛β样细胞的可行性

背景：胚胎干细胞、胰腺干细胞、肝卵圆细胞、小肠上皮干细胞和骨髓间充质干细胞均可以在体外诱导分化为胰岛β样细胞,那么脂肪干细胞是否也可以呢？ 目的：探讨兔脂肪干细胞向胰岛β样细胞分化的可行性。 方法：以常规方法从兔脂肪抽吸物中分离、培养脂肪干细胞;传2代后,用高浓度葡萄糖(25 mmol/L)培养液DMEM以及碱性成纤维生长因子和尼克酰胺诱导兔脂肪干细胞向胰岛β样细胞分化。 结果与结论：第2代兔脂肪干细胞经过高糖诱导后,细胞形成细胞团;并且形成了双硫腙染色阳性的细胞团;免疫细胞化学表明诱导后细胞内的细胞胰岛素染色阳性。说明兔脂肪干细胞在体外可以定向诱导分化为胰岛β样细胞,这种胰岛β样细胞具有表达、储存胰岛素的功能。     

胰腺十二指肠同源框1基因在大鼠骨髓间充质干细胞向胰岛素分泌细胞定向分化过程中的作用

目的:探讨胰腺十二指肠同源框1基因(PDX-1)在大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)向胰岛素分泌细胞定向分化过程中的作用。方法:新型纳米载体Superfect介导含有PDX-1基因的真核表达载体转染骨髓MSCs,G418筛选,分步法进行体外诱导;流式细胞仪检测诱导后胰岛素阳性细胞的比例,SABC免疫细胞化学染色和Western印迹法检测诱导后细胞胰岛素蛋白的表达;ELISA法检测诱导后细胞对葡萄糖刺激的反应能力。结果:Superfect可高效介导重组载体在骨髓MSCs表达,随着转染时间延长,表达逐渐增强PDX-1~ MSCs分化为胰岛素阳性细胞数较转染空白载体和PDX-1~-MSCs组明显增多;诱导后细胞表达胰岛素,转染PDX-1基因后表达明显增加;PDX-1~ MSCs对不同浓度的葡萄糖刺激表现出不同的胰岛素分泌反应。结论:骨髓MSCs体外能分化为胰岛素分泌细胞,PDX-1能显著提高其分化效率。     

miR-375对人类诱导多能干细胞向胰岛素分泌细胞分化的影响

目的:探讨微小RNA-375(miR-375)在调控人类诱导多能干细胞(hiPSCs)分化为胰岛素分泌细胞(IPCs)过程中的作用及可能机制。方法:构建miR-375过表达的慢病毒载体,转染hiPSCs获得miR-375稳定表达的miR-375-hiPSCs,体外诱导其定向分化为IPCs,采用real-time PCR、流式细胞术及ELISA等方法对其标志性基因、分化效率、胰岛素和C肽释放量等进行检测;生物信息学结合萤光素酶报告基因实验预测并验证miR-375的靶基因,real-time PCR及Western blot检测靶基因的表达。结果:过表达miR-375可上调胰岛β细胞标志性转录因子HNF4α、MafA、Pdx1、Pax6、Nkx6.1、glucokinase和insulin的表达,分化效率由对照组的22.3%提高至38.6%;高糖刺激后胰岛素释放量由成年胰岛细胞分泌量的1/8提高到1/5;过表达miR-375可影响靶基因REST和WNT5A的蛋白翻译水平。结论:miR-375可通过干扰靶基因REST和WNT5A的翻译水平,开启胰岛素分泌相关特异性基因的表达,从而促进hiPSCs向IPCs定向分化。     

Detection of transketolase in bone marrow-derived insulin-producing cells: benfotiamine enhances insulin synthesis and glucose metabolism

Adult bone marrow (BM)-derived insulin-producing cells (IPCs) are capable of regulating blood glucose levels in chemically induced hyperglycemic mice. Using cell transplantation therapy, fully functional BM-derived IPCs help to mediate treatment of diabetes mellitus. Here, we demonstrate the detection of the pentose phosphate pathway enzyme, transketolase (TK), in BM-derived IPCs cultured under high-glucose conditions. Benfotiamine, a known activator of TK, was not shown to affect the proliferation of insulinoma cell line, INS-1; however, when INS-1 cells were cultured with oxythiamine, an inhibitor of TK, cell proliferation was suppressed. Treatment with benfotiamine activated glucose metabolism in INS-1 cells in high-glucose culture conditions, and appeared to maximize the BM-derived IPCs ability to synthesize insulin. Benfotiamine was not shown to induce the glucose receptor Glut-2, however it was shown to activate glucokinase, the enzyme responsible for conversion of glucose to glucose-6-phosphate. Furthermore, benfotiamine-treated groups showed upregulation of the downstream glycolytic enzyme, glyceraldehyde phosphate dehydrogenase (GAPDH). However, in cells where the pentose phosphate pathway was blocked by oxythiamine treatment, there was a clear downregulation of Glut-2, glucokinase, insulin, and GAPDH. When benfotiamine was used to treat mice transplanted with BM-derived IPCs transplanted, their glucose level was brought to a normal range. The glucose challenge of normal mice treated with benfotiamine lead to rapidly normalized blood glucose levels. These results indicate that benfotiamine activates glucose metabolism and insulin synthesis to prevent glucose toxicity caused by high concentrations of blood glucose in diabetes mellitus.     

Conophylline与尼克酰胺联合诱导脂肪源干细胞为功能性类胰岛细胞

背景：1型糖尿病的胰岛移植治疗一直面临供体来源不足与免疫排斥两大关键问题,寻找一种自体来源的种子细胞通过组织工程方法制备类胰岛组织可以提供充足新型供体、降低异基因供体移植的不良反应。 目的：分析成人脂肪干细胞体外分化为对葡萄糖敏感、可分泌胰岛素的功能性胰岛样细胞团的能力,探索体外制备类胰岛组织的技术路线。 方法：首先分离纯化人体脂肪干细胞,采用新型植物诱导剂Conophylline与其他诱导因子的不同组合将脂肪干细胞诱导分化为胰岛样细胞团,观察不同组合的诱导分化效率,并利用特异性染色、RT-PCR,免疫细胞化学等方法对诱导分化后的细胞团在基因水平与蛋白水平上进行鉴定,最后用ELISA法检测细胞团在不同浓度葡萄糖刺激下胰岛素的分泌情况。 结果与结论：脂肪干细胞具有多能干细胞特性,可诱导分化为具有胰岛素分泌和葡萄糖浓度反应性类胰岛细胞团;Conophylline与尼克酰胺联合诱导可大幅度提高诱导分化效率。     

Induced differentiation of human umbilical cord mesenchymal stem modified by cells Pdx1gene into islet beta-like cells in vitro

This study was to explore the induced differentiation of human mesenchymal stem cells (MSCs) modified by pancreatic and duodenal homeobox factor 1 (Pdx1) gene into insulin-producing cells in vitro. After recombined adenovirus vector with Pdx1 gene infected MSCs for 7 d, cells were induced by induction factors. The genes' expressions related to islet beta cells such as Pdx1, insulin, glucose transporter-2 (Glut2), were detected with RT-PCR, immunocytochemistry and Western blot. The levels of insulin and C peptide secretion were examined with chemiluminescence immunoassay. Insulin(+) cell rate was detected by flow cytometry. After infected by recombined adenovirus with Pdx1 and combined with induction factors, MSCs were aggregated and islet-like cell clusters formed. Dithizone staining of these cells was positive. The genes' expression related to islet beta cells, such as Pdx1, insulin, Glut2, could be detected. After induction, the islet-like cell clusters secreted insulin and C peptide. The levels of insulin and C peptide secretion increased with glucose stimulation. Insulin(+) cell rate was (11.61 +/- 4.83)%. It could be concluded that Pdx1 gene modified MSCs from human umbilical cord could be induced to differentiate into islet beta-like cells.     

Differentiation of insulin-producing cells from human cord bloodderived haemopoietic stem cells in vitro

The use of stem cells in regenerative medicine holds great promise for the cure of many diseases, including type 1 diabetes mellitus, which, despite of the advances in current therapeutic approaches, remains to be one of the most serious health care problems. In addition to the traditional sources of adult stem cells, human umbilical cord blood has provided an important source of stem cells for research due to its unique advantages compared to other sources. In this study, we aimed at optimizing culture conditions for obtaining insulin-producing cells from cord blood hematopoietic stem cells. Twenty cord blood samples were subjected to short-term, liquid static culture that favors the proliferation of CD34+ hematopoietic stem cells. A duplicate culture was set for each sample, one with high glucose concentration and the other with low glucose concentration. Then these cells were subsequently induced to transdifferentiate into insulin-producing cells via a biphasic liquid culture using exendin-4. The expression of human insulin was then tested using RT-PCR. At the end of the culture, 17 out of the 20 samples (85%) cultured in high glucose concentration showed positive human insulin mRNA expression, while culture media with low glucose concentration failed to induce transdifferentiation into insulin-producing cells in any of the 20 samples. In brief, our study demonstrate that hematopoietic cord blood stem cells can transdifferentiate into insulin-producing cells in short-term liquid culture supplemented with high glucose concentration, nicotinamide, and exendin-4 in vitro.     

小鼠iPSCs诱导分化为胰岛素分泌细胞及治疗糖尿病的实验研究

 目的: 利用3步法诱导方案,使小鼠诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)分化为胰岛素分泌细胞(insulin-producing cells,IPCs),观察诱导效率和成熟度,并观察其对糖尿病小鼠治疗效果。方法: 本实验室通过piggyBac转座子将C57/C雄性小鼠来源胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts,MEFs)构建为小鼠iPSCs,利用3步法诱导方案分化为IPCs,观察细胞分化过程中的形态变化;RT-PCR和免疫荧光检测其胰岛β细胞发育相关基因和蛋白的表达;流式细胞术分析分化效率;葡萄糖刺激实验检测胰岛素和C肽分泌水平。将IPCs移植入C57/C雄性糖尿病小鼠模型左肾包膜下,监测血糖和血清中胰岛素含量28 d,观察逆转高糖血症的效果。结果: 建立的3步诱导方案可以将小鼠iPSCs诱导分化为IPCs,其表达胰岛β细胞的标志性基因(Pdx1、Ngn3、Pax6和Ins2)和蛋白(Pdx1、Nkx6.1和胰岛素),在葡萄糖刺激下可分泌胰岛素和C肽。流式细胞术结果表明诱导分化的效率达28%。移植后3 d糖尿病小鼠血糖即降低至接近正常水平,血清胰岛素含量明显升高,对葡萄糖的调控能力明显增强。病理学观察IPCs细胞移植28 d后仍存活。结论: 建立的3步诱导法可将iPSCs高效定向诱导分化为IPCs,明显缩短了诱导分化的时间,移植至近交系同性别小鼠体内可逆转糖尿病的高糖血症。     

体外定向诱导人脐带间充质干细胞分化为胰岛样细胞

背景：人脐带间充质干细胞具有获取容易、免疫原性低等优点,目前尚缺乏体外诱导其分化为胰岛样细胞的成熟方案。 目的：探讨人脐带间充质干细胞在体外一定条件下分化为胰岛样细胞的可能性。 方法：无菌条件下分离培养人脐带间充质干细胞,细胞传3代后,采用两步法诱导其向胰岛样细胞分化：第1步,加入含100 μg/L β-神经生长因子,4 nmol/L ActivinA,10 mmol/L 尼克酰胺,25 μg/L表皮生长因子,体积分数为10%胎牛血清的DMEM/F12培养基中培养7 d;第2步,将诱导液换为含10 mmol/L尼克酰胺,10 μg/L碱性成纤维细胞生长因子,1%胰岛素-转铁蛋白-硒的DMEM/F12培养基,诱导时间为14 d。对照组单纯加入DMEM/F12培养基进行培养。 结果与结论：诱导2周后脐带间充质干细胞开始聚集成团,诱导3周后,葡萄糖刺激试验阳性、PDX-1和Insulin基因表达。而对照组细胞无胰岛素分泌,胰岛细胞相关基因表达阴性。实验成功地将脐带间充质干细胞诱导成了胰岛样细胞。