研究背景【細(xì)胞分化研究進(jìn)展】

1型糖尿病（T1D）是由胰島中產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞的自身免疫性破壞引起的。供體胰島移植有望治療T1D，但供體短缺和費(fèi)用昂貴限制了其可行性。將多能細(xì)胞體外分化為β細(xì)胞是有希望替代胰島移植的治療1型糖尿病的方案。

研究方式【細(xì)胞分化研究進(jìn)展】

hESC（人胚胎干細(xì)胞）體外定向分化成β細(xì)胞采用6階段，取10個連續(xù)時間點(diǎn)未分化的細(xì)胞進(jìn)行scRNA-seq（如下圖所示），包括每個分化階段結(jié)束點(diǎn)及中間點(diǎn)。采用 Smart-seq流程進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究。最終選擇了773個單細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，平均每個細(xì)胞測序reads數(shù)945,907。

結(jié)果概述【細(xì)胞分化研究進(jìn)展】

結(jié)合SIMLR分析（single-cell interpretation via multikernel learning）與主題建模（topic modeling ，TM）進(jìn)行細(xì)胞之間關(guān)系的分析，鑒定出在相同細(xì)胞中協(xié)同高頻表達(dá)基因（expression profiles,EPs）,具有相同EP的細(xì)胞可以分類到一起。用于將hESC體外定向分化成β細(xì)胞的方法，通常被描述為從一步到下一步均勻驅(qū)動細(xì)胞的線性過程。使用scRNA-seq，發(fā)現(xiàn)分化僅在方法的前三個階段是同質(zhì)的，之后上皮祖細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞并排存在。第4階段的內(nèi)分泌分化趨向于產(chǎn)生α細(xì)胞，第5階段的第二波趨于產(chǎn)生β細(xì)胞和非胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞（圖J）。

為了研究調(diào)節(jié)未分化祖細(xì)胞與內(nèi)分泌細(xì)胞之間整體平衡的遺傳途徑，基于上皮祖細(xì)胞及內(nèi)分泌細(xì)胞差異表達(dá)的基因，發(fā)現(xiàn)祖細(xì)胞中上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本富集于Wnt活化相關(guān)的因子，包括配體WNT3和通路主要傳感器β-catenin，蛋白水平也類似（圖BDE）；相反，APC作為WNT活性抑制分子，在內(nèi)分泌細(xì)胞中是上調(diào)的（圖D）。在小鼠胚胎中，APC蛋白在內(nèi)分泌半島區(qū)域唯一檢出，在上皮索中β-catenin 水平升高（圖 F）。

小結(jié)【細(xì)胞分化研究進(jìn)展】

體外hESC分化為β細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組水平研究；

祖細(xì)胞與內(nèi)分泌室表達(dá)不同的WNT通路組分；

小鼠內(nèi)分泌前體細(xì)胞APC敲除抑制內(nèi)分泌細(xì)胞分化；

體外WNT通路小分子抑制劑增加了內(nèi)分泌產(chǎn)生。

體外分化方法的最終目標(biāo)是為糖尿病患者提供源自多能干細(xì)胞的β細(xì)胞而不是移植胰島。然而，應(yīng)該注意到，目前實(shí)施的醫(yī)療方案涉及全胰島移植，而不是單獨(dú)的β細(xì)胞。事實(shí)上，移植單細(xì)胞類型無法確定是否能夠重新獲得整個胰島的功能。因此，致力于在體外產(chǎn)生完整的胰島比純粹的β細(xì)胞群更有意義。文章嘗試在體外單細(xì)胞水平產(chǎn)生胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞的方法。作者通過scRNA-seq產(chǎn)生了一個無偏的大數(shù)據(jù)集，這使得能夠表征所產(chǎn)生的各種細(xì)胞類型，它們的分化時間以及鑒定影響細(xì)胞命運(yùn)的分子途徑。長遠(yuǎn)來看，精細(xì)調(diào)整祖細(xì)胞與內(nèi)分泌命運(yùn)的時間和平衡的能力可用于控制α和β細(xì)胞之間的比例，并促進(jìn)具有適當(dāng)細(xì)胞組成的胰島的體外形成。

 

文獻(xiàn)及原文鏈接：

https://international.biocloud.net/zh/article/detail/31116975