胰高血糖素样肽-1类似物的设计及畸胎瘤内逃脱分化的细胞维持着多能性

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2型糖尿病是人类健康的重要威胁,病发过程会伴随胰岛素抵抗和β细胞功能障碍。胰高血糖素样肽-1(glucagon like peptide-1,GLP-1)是一种仅在高血糖浓度时提高胰岛素分泌的多肽,还具有减缓β细胞凋亡,促进其再生等生理作用,为2型糖尿病的治疗提供了新选择,但其体内半衰期仅有2-5分钟。因其极短的半衰期,人源GLP-1在临床治疗中受到极大限制。针对这一状况,目前的研究主要是通过改变和保护特异性酶切位点,延长多肽的半衰期而达到长效作用。本课题综合考虑GLP-1及GIP(抑胃肽,gastric inhibitory polypeptide,GIP)的氨基酸特点,设计了一系列GLP-1类似物多肽,其氨基酸序列的通式如下:Xaal-Ser-Glu-Gty-Thr-Phe-Xaa7-Ser-Asp-Xaa10-Ser-Xaa12-Xaa13-Xaa14-Xaa15-Xaa16-Xaa17-Xaa18-Xaa19-Xaa20-Xaa21-Phe-Xaa23-Xaa24-Trp-Leu-Xaa27-Xaa28-Xaa29-Xaa30。其中GLP-1的第二位的氨基酸由Ala替换成Ser,其他位点氨基酸按上述通式进行改造,我们希望胰高血糖素样肽-1类似物同时具有GLP-1及GIP的生物学功能,达到降低类似物使用剂量,延长体内半衰期。通过小鼠体内实验验证显示SGP-13拥有降低血糖能力,且发挥作用所需要的剂量是人源GLP-1的一半,SGP-13是有希望应用于2型糖尿病药物的后续开发。多能干细胞(Pluripotent stem cells,PSCs)具有发育的多潜能性,可以分化为机体各种细胞类型,在疾病的治疗方面有价值。畸胎瘤检测被广泛应用于干细胞和再生医学领域,但畸胎瘤内具体细胞组成仍不清楚。因此本研究利用在pou5f1启动子控制下表达增强型绿色荧光蛋白(EGFP)的细胞来研究体内形成的畸胎瘤中潜在的多能性细胞的特征。其中OCT4-MES(胚胎干细胞)是从OCT4-EGFP转基因小鼠(在pou5f1启动子控制下表达EGFP基因的转基因小鼠)3.5天胚胎的囊胚中分离培养出来的;TG iPS 1-7(诱导多能干细胞)则是小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts,MEFs,从13.5天OCT4-EGFP转基因小鼠胚胎分离出来的细胞)利用病毒诱导(OCT4、SOX2、KLF4和c-MYC)的方式得到的诱导多能性干细胞。在本研究中从细胞形态特征和多能性标志物的表达来判断细胞的多能性,利用体内畸胎瘤形成实验来研究其分化能力,再采用实时定量PCR(qPCR)方法检测多能干细胞之间的基因表达情况。结果表明,多能性细胞形成的畸胎瘤内有少数OCT4阳性的细胞逃脱了分化的命运,这些逃脱分化的细胞(MES-FT,从OCT4-MES形成的畸胎瘤分离出来的GFP阳性细胞;iPS-FT,从TGiPS1-7形成的畸胎瘤分离出来的GFP阳性细胞)保留着干细胞的多能性。有趣的是,MES-FT和iPS-FT形成的畸胎瘤中仍然有少量GFP阳性细胞(MES-ST,从MES-FT形成的畸胎瘤分离出来的GFP阳性细胞;iPS-ST,从iPS-FT形成的畸胎瘤分离出来的GFP阳性细胞),而且仍然具有多功能的,如碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AP)、免疫荧光染色、PCR、qPCR结果都显示它们具有多能性。MES-FT,iPS-FT,MES-ST和iPS-ST也表达与原始生殖细胞形成密切相关的几个基因,如 Dazl,Stella 和 Stra8。总之,少数多能性细胞会逃脱畸胎瘤内的分化,这些细胞保持多能性并有一些原始生殖细胞特征。不管是多能性细胞和生殖细胞在体内都有形成肿瘤形成的风险。因此,当干细胞被用于特定疾病治疗时,医务工作者必须谨慎处理,预防肿瘤的形成。
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