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（异种肾）新希望
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猪胰岛异种移植
在研究设置中，已使用两个主要模型来评估猪胰岛在治疗或缓解化学或手术诱导的 I 型糖尿病方面的疗效：猪对非人灵长类动物和猪对啮齿动物。虽然这两种模型各有利弊，但它们都代表了猪胰岛特别具有挑战性的环境。如前所述，非人灵长类动物对胰岛素的需求高于猪和人类[lbk]4[rbk]，而啮齿动物的胰岛素与猪的胰岛素有很大不同[lbk]29[rbk]，从而降低了后者对小鼠和大鼠的疗效。因此，人们可以预期猪胰岛在这两种情况下都会表现不佳。在此类实验中发挥效果所需的大量胰岛尤其说明了这一点。尽管如此，一些研究报告了在临床前非人灵长类动物模型中移植游离 [lbk]30-37[rbk] 或封装 [lbk]38-40[rbk] 猪胰岛后成功长期逆转糖尿病。
免疫抑制，无论是全身施用于受体和/或通过对供体细胞进行基因修饰在局部产生，都有助于缓解 IBMIR 和其他免疫排斥机制 [lbk]42[rbk]，从而改善移植结果，甚至减少有效逆转糖尿病所需的胰岛数量 [lbk]37[rbk]。对于包膜胰岛，直接向包膜装置补充氧气[lbk]38[rbk]或通过对移植物部位进行预血管化或在包膜凝胶中加入血管生成因子来间接补充氧气，都有助于减少缺氧引起的胰岛损失。
由于明显的成本相关以及监管和道德考虑，猪到啮齿动物模型更容易实施，并且在转向大型动物模型之前已被广泛用于改进实验程序。小鼠模型的另一个优点是免疫缺陷小鼠品系的可用性，允许进行异种移植研究，而不会受到免疫抑制剂治疗的干扰。因此，这些研究更多地集中在寻找最佳着床部位或对其进行工程改造 [lbk]43， 44[rbk]。在这些实验中，肾囊下间隙通常使用游离胰岛 [lbk]43， 45， 46[rbk] 作为金标准植入部位，而荚膜胰岛通常植入腹膜 [lbk]47， 48[rbk] 或皮下 [lbk]44[rbk] 间隙。
基因改造改善猪胰岛胰岛素分泌
如前所述，大多数体外研究成功地使用增加 cAMP 的分子来扩增葡萄糖诱导的猪胰岛胰岛素分泌 [lbk]7[rbk]，这表明胰岛素合成和含量不是限制因素。事实上，成年猪胰岛和人胰岛的胰岛内胰岛素含量相似，但新生仔猪胰岛的胰岛素含量预期低 3 倍，如图 1D 所示。
从使用小鼠胰岛的大量研究和越来越多的使用人胰岛的研究中，已经确定激素和神经扩增途径存在于胰腺 β 细胞中。结合 GLP-1 受体或直接激活腺苷酸环化酶的药物诱导 cAMP 升高，导致蛋白激酶-A （PKA） 和 Epac2 的激活，这两种蛋白激酶已知主要通过增加易于释放的胰岛素颗粒的数量来放大葡萄糖刺激的胰岛素分泌。副交感神经胆碱能神经扩增途径涉及乙酰胆碱与 III 型毒蕈碱受体 （M3R） 的结合，膜磷脂酶的激活导致甘油二酰基甘油在胞质溶胶中积累，从而激活蛋白激酶 C （PKC），另一种参与引发胰岛素颗粒的蛋白激酶，使其易于释放。使用这些通路的化学激活剂，我们证明它们对猪胰岛胰岛素分泌具有放大作用，甚至报道了当两种通路通过药物或突变 GLP-1 的腺病毒表达和组成型激活的 M3R 在猪胰岛中激活时，会产生意想不到的协同效应 （6）。在该模型中，用 GLP-1 序列中的丝氨酸取代第 8 位的丙氨酸会使其对二肽基肽酶产生抗性，从而延长肽的半衰期，而 M3R 序列中第 490 位的单点突变会使受体组成性激活 [lbk]6[rbk]。将这两个序列放在猪胰岛素启动子下，我们创建了一个表达盒 （InsGLP-1M3R），然后用于生成具有 β 细胞靶向表达的转基因猪系 [lbk]46[rbk]。
最近，我们报道了使用 InsGLP-1M3R 胰岛治疗链脲佐菌素诱导的免疫缺陷小鼠糖尿病 [lbk]46[rbk]。这些实验表明，100% 的 InsGLP-1M3R 胰岛受者在肾包膜下胰岛移植后血糖正常。相比之下，只有 22% 的野生型胰岛受体得到成功治疗。尽管植入了相同量的两种胰岛类型（2500 IEQ），但我们观察到InsGLP-1M3R组（79 pM）的猪c肽值显著高于野生型组（34 pM;中位数）[lbk]46[rbk]。这些结果强烈强调了移植胰岛分泌能力对成功结果的重要性。当使用新生仔猪的胰岛时，这一点尤其重要，因为这些胰岛更容易分离，成本更低，而且移植后能够在体内进一步成熟和增殖[lbk]12[rbk]，甚至在胶原蛋白基质上培养时也能在体外[lbk]16[rbk]。有趣的是，与接受磺酰脲类药物治疗以增强其内源性胰岛素产生的患者相比，我们在整个 9 个月的随访期间没有观察到转基因胰岛功能的任何恶化 [lbk]50， 51[rbk]。事实上，InsGLP-1M3R 修饰通过激活扩增机制发挥作用，而磺脲类药物直接结合 KATP 通道，从而触发胰岛素分泌。从长远来看，我们的观察进一步支持了这一点，即 InsGLP-1M3R 猪从出生到 4 岁成年期间保持葡萄糖稳态和改善的胰岛素分泌。总之，旨在改善猪胰岛胰岛素分泌的基因修饰（如此处讨论的基因修饰）与以免疫学为导向的修饰一样有助于保证足够的移植物功能以达到正常血糖。
2024年12月23日 02点12分
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在研究设置中，已使用两个主要模型来评估猪胰岛在治疗或缓解化学或手术诱导的 I 型糖尿病方面的疗效：猪对非人灵长类动物和猪对啮齿动物。虽然这两种模型各有利弊，但它们都代表了猪胰岛特别具有挑战性的环境。如前所述，非人灵长类动物对胰岛素的需求高于猪和人类[lbk]4[rbk]，而啮齿动物的胰岛素与猪的胰岛素有很大不同[lbk]29[rbk]，从而降低了后者对小鼠和大鼠的疗效。因此，人们可以预期猪胰岛在这两种情况下都会表现不佳。在此类实验中发挥效果所需的大量胰岛尤其说明了这一点。尽管如此，一些研究报告了在临床前非人灵长类动物模型中移植游离 [lbk]30-37[rbk] 或封装 [lbk]38-40[rbk] 猪胰岛后成功长期逆转糖尿病。
免疫抑制，无论是全身施用于受体和/或通过对供体细胞进行基因修饰在局部产生，都有助于缓解 IBMIR 和其他免疫排斥机制 [lbk]42[rbk]，从而改善移植结果，甚至减少有效逆转糖尿病所需的胰岛数量 [lbk]37[rbk]。对于包膜胰岛，直接向包膜装置补充氧气[lbk]38[rbk]或通过对移植物部位进行预血管化或在包膜凝胶中加入血管生成因子来间接补充氧气，都有助于减少缺氧引起的胰岛损失。
由于明显的成本相关以及监管和道德考虑，猪到啮齿动物模型更容易实施，并且在转向大型动物模型之前已被广泛用于改进实验程序。小鼠模型的另一个优点是免疫缺陷小鼠品系的可用性，允许进行异种移植研究，而不会受到免疫抑制剂治疗的干扰。因此，这些研究更多地集中在寻找最佳着床部位或对其进行工程改造 [lbk]43， 44[rbk]。在这些实验中，肾囊下间隙通常使用游离胰岛 [lbk]43， 45， 46[rbk] 作为金标准植入部位，而荚膜胰岛通常植入腹膜 [lbk]47， 48[rbk] 或皮下 [lbk]44[rbk] 间隙。
基因改造改善猪胰岛胰岛素分泌
如前所述，大多数体外研究成功地使用增加 cAMP 的分子来扩增葡萄糖诱导的猪胰岛胰岛素分泌 [lbk]7[rbk]，这表明胰岛素合成和含量不是限制因素。事实上，成年猪胰岛和人胰岛的胰岛内胰岛素含量相似，但新生仔猪胰岛的胰岛素含量预期低 3 倍，如图 1D 所示。
从使用小鼠胰岛的大量研究和越来越多的使用人胰岛的研究中，已经确定激素和神经扩增途径存在于胰腺 β 细胞中。结合 GLP-1 受体或直接激活腺苷酸环化酶的药物诱导 cAMP 升高，导致蛋白激酶-A （PKA） 和 Epac2 的激活，这两种蛋白激酶已知主要通过增加易于释放的胰岛素颗粒的数量来放大葡萄糖刺激的胰岛素分泌。副交感神经胆碱能神经扩增途径涉及乙酰胆碱与 III 型毒蕈碱受体 （M3R） 的结合，膜磷脂酶的激活导致甘油二酰基甘油在胞质溶胶中积累，从而激活蛋白激酶 C （PKC），另一种参与引发胰岛素颗粒的蛋白激酶，使其易于释放。使用这些通路的化学激活剂，我们证明它们对猪胰岛胰岛素分泌具有放大作用，甚至报道了当两种通路通过药物或突变 GLP-1 的腺病毒表达和组成型激活的 M3R 在猪胰岛中激活时，会产生意想不到的协同效应 （6）。在该模型中，用 GLP-1 序列中的丝氨酸取代第 8 位的丙氨酸会使其对二肽基肽酶产生抗性，从而延长肽的半衰期，而 M3R 序列中第 490 位的单点突变会使受体组成性激活 [lbk]6[rbk]。将这两个序列放在猪胰岛素启动子下，我们创建了一个表达盒 （InsGLP-1M3R），然后用于生成具有 β 细胞靶向表达的转基因猪系 [lbk]46[rbk]。
最近，我们报道了使用 InsGLP-1M3R 胰岛治疗链脲佐菌素诱导的免疫缺陷小鼠糖尿病 [lbk]46[rbk]。这些实验表明，100% 的 InsGLP-1M3R 胰岛受者在肾包膜下胰岛移植后血糖正常。相比之下，只有 22% 的野生型胰岛受体得到成功治疗。尽管植入了相同量的两种胰岛类型（2500 IEQ），但我们观察到InsGLP-1M3R组（79 pM）的猪c肽值显著高于野生型组（34 pM;中位数）[lbk]46[rbk]。这些结果强烈强调了移植胰岛分泌能力对成功结果的重要性。当使用新生仔猪的胰岛时，这一点尤其重要，因为这些胰岛更容易分离，成本更低，而且移植后能够在体内进一步成熟和增殖[lbk]12[rbk]，甚至在胶原蛋白基质上培养时也能在体外[lbk]16[rbk]。有趣的是，与接受磺酰脲类药物治疗以增强其内源性胰岛素产生的患者相比，我们在整个 9 个月的随访期间没有观察到转基因胰岛功能的任何恶化 [lbk]50， 51[rbk]。事实上，InsGLP-1M3R 修饰通过激活扩增机制发挥作用，而磺脲类药物直接结合 KATP 通道，从而触发胰岛素分泌。从长远来看，我们的观察进一步支持了这一点，即 InsGLP-1M3R 猪从出生到 4 岁成年期间保持葡萄糖稳态和改善的胰岛素分泌。总之，旨在改善猪胰岛胰岛素分泌的基因修饰（如此处讨论的基因修饰）与以免疫学为导向的修饰一样有助于保证足够的移植物功能以达到正常血糖。
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