日本名古屋大學研究生院醫學系研究科糖尿病與內分泌内科學的笠井貴敏客座研究員、須賀英隆副教授及有馬寬教授等人組成的研究團隊,確立了利用人源人工誘導富潛能幹細胞(人源iPS細胞)培養成熟的功能性垂體激素生成細胞的方法(圖1)。
圖1:利用人源iPS細胞分化垂體,紅色是分化爲形成垂體的細胞的部分。綠色是分化爲垂體ACTH生成細胞的部分。
垂體相當於調控活體內各種激素的指揮塔,在調控成長、代謝和緊迫反應等多種生命現象方面發揮着重要作用。垂體會根據週遭環境調節和分泌激素,在維持全身穩定狀態上起着重要作用。垂體激素生成細胞的功能下降的話會出現很多病徵,尤其是促腎上腺皮質激素(ACTH)減量會引起腎上腺功能不全,甚至有生命危險。目前尚無垂體激素生成細胞功能下降的根本性冶癒方法,主要透過補充缺少激素的補充療法緩解。不過,現在的補充冶癒存在無法充分因應不斷變化的激素需求量的問題,補充激素不足的話可能引起腎上腺功能不全,而激素過剩則存在引發糖尿病和高血壓的風險。如果能培養可以像活體一樣響應週遭環境的激素生成細胞,就有望維持更高的體內恆定,實施比以往的補充療法更有效的冶癒方法。
該研究團隊2016年開發出了利用人源胚胎幹細胞(人源ES細胞)培養垂體激素生成細胞的方法。此次對該方法進行改良,成功利用人源iPS細胞培養了垂體激素生成細胞。另外,此次還培養成功了使垂體激素生成細胞和下視丘激素生成細胞在1個組織中共存的組織(下視丘-垂體單元,圖2)。透過使該單元共存,垂體激素的分泌能力提高,達到了與小鼠成體的垂體激素生成細胞相同的水平。此外,將下視丘-垂體單元浸入低濃度葡萄糖溶液中後,分泌了ACTH。這表明,下視丘和垂體共同作用於低血糖,此次培養的下視丘-垂體單元被認爲是對週遭環境有反應的功能性細胞組織(類器官)。
圖2:垂體激素生成細胞與下視丘激素生成細胞共存的組織,左圖是下視丘與垂體共存的細胞塊的整體影像。右上圖爲下視丘區域的等比增大圖,有CRH神經。右下圖爲垂體區域的等比增大圖,有ACTH生成細胞。
此次的研究成果不僅可加快對垂體功能下降患者的再生醫療研究,還有助於研究與垂體和下視丘有關疾病的病理等。相關研究成果已於2020年1月7日發佈在英國科學期刊《Cell Reports》上。
論文資訊
題目:Hypothalamic Contribution to Pituitary Functions is Recapitulated in vitro Using 3D-cultured Human iPS Cells
期刊:《Cell Reports》
DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.12.009
文:JST客觀日本編輯部翻譯編輯