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12月9日，Science發(fā)表了一篇來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)（ETH Zürich）合成生物學(xué)大師Martin Fussenegger教授實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)關(guān)于人造胰島細(xì)胞治療糖尿病的突破性研究，該項(xiàng)技術(shù)有望在未來(lái)給糖尿病患者帶來(lái)福音。該項(xiàng)工作中，來(lái)自華東師范大學(xué)的葉海峰教授課題組也做了重要貢獻(xiàn)。
論文詳解：
隨著人類生活水平及生活習(xí)慣的改變，糖尿病日益成為了嚴(yán)重危險(xiǎn)人類健康的慢性疾病。據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)合會(huì)（The International Diabetes Federation）的估計(jì)，到2040年，全球糖尿病患者將會(huì)超過6.4億人。目前，對(duì)糖尿病的治療方法主要為口服降血糖藥物或注射胰島素，但是這種治療方法需要反復(fù)檢測(cè)血糖值和口服降血糖藥物及注射胰島素，給患者的生活帶來(lái)了極大的不便。來(lái)自于瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)和華東師范大學(xué)的研究者們人工設(shè)計(jì)、合成了一種可以取代胰島β細(xì)胞的人造細(xì)胞（HEK-β），用來(lái)解決這一難題。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的為瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)生物系統(tǒng)工程學(xué)院的Martin Fussenegger 教授。他們利用人類的腎臟細(xì)胞（HEK-293細(xì)胞），利用最簡(jiǎn)單、最直接的方法設(shè)計(jì)獲得了具有正常β細(xì)胞功能的人工HEK-β細(xì)胞。這個(gè)細(xì)胞可以直接感受血液中葡萄糖，當(dāng)血糖濃度超過一定閾值后，其可以分泌足夠的胰島素用來(lái)降血糖。目前，他們的研究成果發(fā)表在了國(guó)際頂級(jí)雜志Science上。
他們利用存在于HEK細(xì)胞膜上自然存在的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和鉀離子通道，并且結(jié)合電壓門控的鈣離子通道用來(lái)產(chǎn)生人工設(shè)計(jì)的胰島素或胰高血糖素樣肽（GLP-1），從而達(dá)到血糖調(diào)節(jié)的目的，其主要機(jī)制如下：存在于人工HEK-β細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以將血液中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)；當(dāng)血液中的葡萄糖濃度達(dá)到一定閾值后，使得存在于人工HEK-β細(xì)胞膜上的鉀離子通道關(guān)閉，引起人工HEK-β細(xì)胞膜膜電位發(fā)生改變而引起鈣離子通道打開。由于鈣離子的內(nèi)流，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的聯(lián)級(jí)反應(yīng)，使得人工HEK-β細(xì)胞分泌胰島素或胰高血糖素樣肽（GLP-1），從而達(dá)到調(diào)控血糖的功能。
圖1：HEK-β 細(xì)胞示意圖：細(xì)胞外的葡萄糖觸發(fā)了依賴于糖酵解途徑的膜電位去極化，激活了電壓門控的鈣離子通道，引起大量鈣離子內(nèi)流，引發(fā)胞內(nèi)鈣離子信號(hào)通路的聯(lián)級(jí)反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)PNAFT表達(dá)胰島素的分泌。
之后，研究者們將人工HEK-β細(xì)胞移植到糖尿病模型鼠中,其展現(xiàn)出了極好的功效，移植的人工HEK-β細(xì)胞在糖尿病小鼠體內(nèi)穩(wěn)定地工作了3周，產(chǎn)生了足夠的胰島素用來(lái)維持小鼠血糖的穩(wěn)定。該部分研究工作主要是由來(lái)自中國(guó)華東師范大學(xué)的葉海峰研究員負(fù)責(zé)完成。Martin Fussenegger 教授說：“他們的治療效果比目前世界上任何一種治療糖尿病的方法都好以及作用時(shí)間更長(zhǎng)”。
圖2：人工HEK-β細(xì)胞移植到1型糖尿病模型鼠中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
這種新型治療糖尿病的技術(shù)或許不久的將來(lái)會(huì)運(yùn)用到臨床治療上，但是在此之前，他們將花費(fèi)至少幾年的時(shí)間來(lái)接受不同的臨床實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其效果和安全性。研究者認(rèn)為：這種人工設(shè)計(jì)的HEK-β細(xì)胞在制備方法上非常簡(jiǎn)便，其功能效果也非常穩(wěn)定，細(xì)胞的冷凍復(fù)蘇都不會(huì)影響其生物學(xué)功能，為以后糖尿病臨床治療的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
注：Martin Fussenegger教授于2016年初被聘為華東師范大學(xué)榮譽(yù)教授。本文第一作者M(jìn)ingqi Xie 博士目前被聘為葉海峰研究員課題組兼職臨時(shí)科研人員。
據(jù)悉，今年四月份Martin Fussenegger教授受聘為華東師范大學(xué)榮譽(yù)教授。Martin Fussenegger教授目前發(fā)表SCI論文240余篇，擁有20多項(xiàng)發(fā)明專利。尤其是近5年，連續(xù)在Nature、Science、Nature Biotechnology、Nature Methods、Science Translational Medicine, Nature Communications、Molecular Cell、PNAS等國(guó)際一流頂級(jí)刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文。其研究成果被多家國(guó)際學(xué)術(shù)媒體廣泛報(bào)道，得到國(guó)際同行專家廣泛認(rèn)可。其哺乳動(dòng)物細(xì)胞合成生物學(xué)研究在國(guó)際上處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。
Martin Fussenegger教授，不僅在學(xué)術(shù)上具有重要貢獻(xiàn)，而且具有很高國(guó)際社會(huì)地位。作為歐洲動(dòng)物細(xì)胞技術(shù)協(xié)會(huì)（ESACT）主席的他，組織了30多場(chǎng)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，并被邀請(qǐng)做學(xué)術(shù)報(bào)告演講多達(dá)160余次。他還擔(dān)任了10余家學(xué)術(shù)期刊的編輯及編委，如Biotechnology & Bioengineering、Journal of Biotechnology、Systems and Synthetic Biology、ACS Synthetic Biology、Current Opinion in Chemical Biology等。此外。他還擔(dān)任近30家學(xué)術(shù)期刊的審稿人，主要有：Cell、 Nature、 Nature Biotechnology、Nature methods、Nature Chemical Biology、Nature Communications、Nature Protocols和PNAS等期刊。為了使其研究成果應(yīng)用于實(shí)踐，更好的促進(jìn)生命科學(xué)的發(fā)展，他與人合資，共同創(chuàng)辦了Cistronics Cell Technology GmbH、Cistronics Antiinfectives AG和BioVersys AG 三家生物技術(shù)公司。
（致謝：感謝葉海峰老師對(duì)本文的貢獻(xiàn)！）
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