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在美国，Whitehead研究所创始成员Rudolf Jaenisch实验室的研究人员提出了一种创造脂肪细胞的方法，这种细胞可以经过修饰，显示出不同水平的胰岛素敏感性。
这些细胞精确地模拟健康胰岛素代谢，以及胰岛素抵抗，这是2型糖尿病的主要特征之一。同时也是麻省理工学院(MIT)生物学教授的Jaenisch说:“我认为，这个系统对研究这种疾病的发病机制非常有用。”
“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。“这是第一次你可以真正使用人类干细胞衍生的(脂肪细胞)来显示真正的胰岛素反应。”
体脂——也被称为脂肪组织-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。当脂肪细胞被称为脂肪细胞的细胞遇到胰岛素，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、污染的空气或水等因素都可能导致这一过程出错，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抵抗，因此无法调节血液中的糖水平。
在实验室中模拟糖尿病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似，但它们的新陈代谢完全不同，而且不会患心脏病等人类糖尿病并发症。在过去，细胞培养也未能复制出与人体组织相似的糖尿病关键标记物。
这就是为什么弗里森和贾尼施实验室的另一位博士后安德鲁·哈利勒(Andrew Khalil)着手创建一个新模型的原因。研究人员从人类多能干细胞开始。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。Jaenisch实验室过去曾使用它们进行复制肝细胞，大脑细胞，甚至癌变肿瘤。
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。该方案创造出了看起来像脂肪细胞的细胞，但这些细胞并没有重现人体2型糖尿病中所见的健康胰岛素信号或胰岛素抵抗的条件。当健康的脂肪细胞在人体中遇到胰岛素时，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不会这样做，除非研究人员将胰岛素水平提高到人类胰岛素水平的1000倍。Friesen说:“吸收葡萄糖(作为对胰岛素正常水平的反应)是脂肪细胞的主要功能，所以如果模型不能做到这一点，任何下游的疾病研究也不会起作用。”
Friesen和Khalil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，并添加了各种可能抑制它们新陈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方法的方法，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。在这种方法的指导下，他们创造了近30种不同的培养基成分，每种成分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(一种在血清中发现的蛋白质)。
效果最好的培养基中胰岛素和葡萄糖的浓度与人体的水平相似。当在这种新的培养基中生长时，这些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。“下一步，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的脂肪细胞，就像你在2型糖尿病进展中看到的那样。”
为了使细胞脱敏，他们在培养基中注入了短时间的胰岛素。这使得细胞对激素变得不那么敏感，并对活人的糖尿病或糖尿病前期脂肪细胞产生了类似的反应。
然后，研究人员可以研究细胞如何对这种变化做出反应——比如胰岛素抵抗细胞表达了哪些基因而健康细胞没有——以便梳理出胰岛素抵抗的潜在基因。Friesen说:“我们在许多受代谢调节的基因中看到了微小的变化，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——弄清楚它们的新陈代谢出了什么问题，然后希望如何修复它。”
既然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:“经过一些改进，我们似乎也可以将这种方法应用于其他组织。”“在未来，这将有望为所有干细胞来源的组织，包括肝脏、骨骼肌和其他类型的细胞，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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