以间充质干细胞 (MSC) 为基础的治疗糖尿病相关代谢紊乱的方法受到细胞存活不足和高葡萄糖应激下治疗效果有限的阻碍。 2021年7月2日，清华大学杜亚楠团队在 Science Advances 在线发表题为“ Exendin-4 gene modification and microscaffold encapsulation promote self-persistence and antidiabetic activity of MSCs ”的研究论文，该研究 使用 Exendin-4（MSC-Ex-4）（一种胰高血糖素样肽 1（GLP-1）类似物）对 MSC 进行基因工程改造，并证明了它们在 2 型糖尿病 (T2DM) 小鼠模型中增强的细胞功能和抗糖尿病功效。 从机制上讲，MSC-Ex-4 通过 GLP-1R 介导的 AMPK 信号通路的自分泌激活实现了自我增强并提高了在高葡萄糖应激下的存活率。同时，MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 通过内分泌作用抑制胰腺 β 细胞的衰老和凋亡，而 MSC-Ex-4 分泌的生物活性因子（例如，IGFBP2 和 APOM）则通过旁分泌增强胰岛素敏感性并通过 PI3K-Akt 激活减少肝细胞中的脂质积累。此外，该研究将 MSC-Ex-4 封装在 3D 明胶微支架中用于单剂量给药，以将治疗效果延长 3 个月。总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 迄今为止，全世界有超过 亿人患有糖尿病，预计到 2045 年这一数字将达到 7 亿。 2 型糖尿病 (T2DM) 约占糖尿病病例的 90%，其特征是胰岛素抵抗和高血糖，这是由肥胖、缺乏运动、不健康饮食和遗传引起的。当肝脏、肌肉和脂肪组织中的细胞对胰岛素无反应并导致葡萄糖摄取失败时，就会发生胰岛素抵抗。胰腺 β 细胞将通过增加胰岛素产生来补偿胰岛素抵抗，最终导致 β 细胞衰竭和不可逆的高血糖。因此， 长期暴露于慢性高血糖会抑制增殖并诱导 β 细胞凋亡，从而导致 β 细胞量减少和 β 细胞功能障碍。 此外， T2DM 与肝功能障碍密切相关，超过 90% 的 T2DM 肥胖患者患有代谢相关性脂肪肝 (MAFLD) 。 肝细胞通过将营养物质以糖原和甘油三酯 (TG) 的形式储存起来，在葡萄糖和脂质稳态中发挥着重要作用。在肝脏胰岛素抵抗状态下，胰岛素不能抑制糖异生，但会加速肝细胞中的脂肪酸合成，从而增加肝脏葡萄糖的产生和 TG 的积累。尽管存在 β 细胞和肝细胞功能障碍，但高血糖和高甘油三酯血症会加剧肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗状态，同时引起其他器官和组织的功能障碍。因此， T2DM 与多种并发症密不可分，包括冠心病、中风和视网膜病变。 除了改变生活方式外，还需应用降糖药物以更好地维持 T2DM 患者的正常血糖水平 。胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 是一种肠促胰岛素激素，通过与 GLP-1 受体 (GLP-1R) 相互作用来增加胰岛素和抑制胰高血糖素分泌，从而帮助控制血糖波动。然而，GLP-1 因其半衰期短而很少用于 T2DM 治疗，它会在几分钟内被二肽基肽酶-4 迅速降解。第一个获批用于 T2DM 治疗的 GLP-1R 激动剂 Exendin-4 是一种 39 个氨基酸的肽，是一种 GLP-1 类似物，半衰期较长，为 小时。它通过抑制细胞凋亡和促进细胞增殖来增强 β 细胞质量，从而增加胰岛素分泌量。此外，已证明 Exendin-4 是一种有效的候选药物，可减轻体重，改善糖尿病和 MAFLD。尽管 Exendin-4 在调节血糖和胰岛素反应方面有所改善，但由于肾脏消除，其血浆半衰期仍然有限。 因此，需要每天给药两次，这会导致血浆浓度的意外波动和 GLP-1R 的间歇性激活。 尽管上述降糖药物治疗带来了益处，但仍有部分患者无法恢复正常血糖或出现低血糖、腹泻、恶心、呕吐等多种副作用。 近年来，基于细胞的疗法已成为对抗包括 T2DM 在内的多种难治性疾病的替代方法。特别是，间充质干/基质细胞 (MSCs) 在一些临床前和临床尝试中已证明其对改善由 T2DM 引起的高血糖、胰岛素抵抗和全身炎症的治疗作用，从而为治疗 T2DM 提供了一种新方案。同时，技术进步仍然迫切需要将基于 MSC 的疗法成功转化为 T2DM 的临床治疗。 要克服的主要障碍之一是体内给药后 MSC 的增殖和存活率降低 。 因此，已 经研究了多种策略，例如生物材料封装、基因工程和 MSC 预处理 ，以提高存活率、延迟清除动力学和维持体内 MSC 分泌因子。 此外，优化 MSCs 的给药途径至关重要，因为静脉内给药的 MSCs 主要滞留在肺部和随后的组织中，导致治疗效果减弱。此外，对 MSCs 在 T2DM 中的治疗机制的全面了解仍然难以捉摸。MSCs 被证明可以促进内源性胰岛素的产生并刺激 β 细胞的增殖。此外， MSC 以其调节免疫反应的能力而闻名，这对于改善由 T2DM 引起的全身炎症至关重要 。 鉴于 Exendin-4 和 MSCs 在治疗 T2DM 方面的上述缺陷， 研究人员已经探索了如何协同 Exendin-4 和 MSCs 的治疗益处。 MSC 也已用 GLP-1 进行基因修饰，在 T2DM 治疗中显示出优于野生型 MSC 的治疗功效。然而，应该强调的是，这些组合疗法继承了许多缺陷。例如，当与 MSC 一起给药时，单剂量游离 Exendin-4 的治疗效果和持续时间是有限的。此外， 考虑到 GLP-1 的半衰期只有 2 分钟，而且治疗 T2DM 需要高有效剂量，预计 GLP-1 修饰的 MSCs 很难显著提高 MSCs 的治疗效果。 在这里，在发现人MSCs表达GLP-1R的基础上，该研究通过慢病毒转导系统构建了Exendin-4基因工程MSCs（MSC-Ex-4）来验证MSC-Ex- 4 分泌的Exendin-4可以通过 GLP-1R 介导的自分泌激活 AMPK 信号通路，从而通过延长其在高糖应激下的存活时间和增强抗糖尿病功效来潜在地促进自我持久性。该研究还探索了有关 MSC-Ex-4 保护胰腺 β 细胞的内分泌作用和 MSC-Ex-4 改善肝细胞功能的旁分泌作用的潜在机制。除了 MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 外，推测 MSC-Ex-4 的其他分泌组可以减少细胞衰老和凋亡，同时促进胰腺 β 细胞的增殖，以及提高胰岛素敏感性和减少脂质积累。最后，该研究系统地提供了 多剂量的游离 MSC-Ex-4，并用可注射的三维 (3D) 明胶微支架 (GMs) 作为细胞封装和递送载体来辅助 MSC-Ex-4，以实现长效治疗效果单剂量局部给药。 总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 WOSCI沃斯编辑，耶鲁大学博士团队匠心打造，专注最新科学动态并提供各类科研学术指导，包括：前沿科学新闻、出版信息、期刊解析、SCI论文写作技巧、学术讲座、SCI论文润色等。
为什么那么多人会得糖尿病呢?”笔者关切地问道。蔡教授说，糖尿病是一组内分泌──代谢疾病。人体内有一种重要的激素叫胰岛素，由胰脏的胰岛β细胞分泌。胰岛素在人体三大代谢(即葡萄糖、脂肪和蛋白质代谢)中起着举足轻重的作用。缺少它，三大代谢就乱了套，身体内的合成代谢减少，分解代谢增加;血液中葡萄糖含量增加;尿中出现葡萄糖，这就成了糖尿病。在发病机理中，Ⅰ型糖尿病主要是胰岛β细胞损害，胰岛素绝对缺乏所致；Ⅱ型糖尿病主要是胰岛素分泌不足或胰岛素受体有缺陷，对胰岛素敏感性降低所致。到目前为止，医学界对糖尿病的病因还不十分清楚。可能是与遗传和环境因素共同作用有关。在一些糖尿病的家庭系谱中，常可找到同样的病人。在环境因素中，肥胖、感染和多次妊娠者患此病最为常见。值得提出的是：肥胖是糖尿病患病率增加的重要原因。有资料表明，在40岁以上的人中，体重超过正常者，发病率达‰，而体重在正常范围以下者发病率仅为‰。“那么，怎样才算肥胖或超重呢?”我们问。蔡教授说，粗略地说，一般人的身高(厘米数)减去105就等于标准体重(公斤数)，如果一个人的体重超过标准的10%，就算超重。蔡教授说，超体重者进行减肥，不但可以增加体形美，而且在防治糖尿病上也有重要的意义。“百病之母”“我们看见很多糖尿病者面色红润，与健康人差不多，究竟糖尿病有多大危害呢?”我们问。蔡教授说，尽管糖尿病本身并不危及生命，但由于病者的血糖升高、蛋白质分解增加和机体的抵抗力降低，很容易引起病菌感染，严重者可由于感染或其他并发症而诱发急性代谢紊乱，引起酮症酸中毒或非酮症性高渗性昏迷。所以，你不要看有些病者表面很好，他(她)却处处潜伏着危机。尽管目前治疗技术有很大发展，使糖尿病者寿命大大延长，但心血管和神经系统的一些慢性并发症仍很难避免，这可给患者带来严重后果。1、在血管病变方面，常有两种类型，即大血管和微血管的病变。前者为动脉粥样硬化，常累及主动脉、冠状动脉、大脑动脉、肾动脉、足背动脉等大中动脉，并由此发生高血压、高血压性心脏病、冠心病、心肌梗塞、脑血栓形成、下肢坏疽等。微血管病变常累及许多器官和组织，其中最重要的是肾小球硬化症、糖尿病性心肌病变和视网膜病变，后者常是糖尿病者失明的主要原因;2、在神经病变方面，由于糖代谢障碍，使神经能量供应不足，加上微血管病变，使整个神经系统受累，最常见的是糖尿病性多发性神经炎。如累及植物神经，还可引起瞳孔和出汗改变、腹泻、便秘、尿失禁、阳痿等。如因血管硬化而并发脑血管病，则后果更严重。由糖尿病派生出来的疾病还有很多，医学上称它们为糖尿病并发症，因此，糖尿病可算得上是“百病之母”。如何诊治“那么，怎样知道得了糖尿病呢?”蔡教授告诉我们，糖尿病的典型表现是“三多一少”，即多饮、多尿、多食和体重减轻。但有相当一部分人只有血糖升高而无明显症状。还有一些人是因并发症就医时才发现患糖尿病的。由于糖尿病的并发症多而严重，所以及早诊断和治疗，有利于减少和推迟并发症的发生与发展。目前，一些单位对40岁以上职工每年检查一次血糖和尿糖，这有助于发现早期病人，值得提倡，有条件的地方和单位都可以进行。对一些有糖尿病家族史或妊娠糖尿病史的人，以及肥胖的、怀疑有糖尿病的人，定期进行血糖、尿糖检查更属必要。也可自己先用尿糖试纸做初步检查，如系阳性再进一步检查确诊。此法很简单，只将试纸浸入尿中5秒钟，取出比色就可大体知道有无尿糖。但要注意，维生素C、左旋多巴等药可引起假阴性，故如服用这类药物时不宜用本法测定。在治疗方面，蔡教授谈到，目前对糖尿病只能对症处理。一个人得了糖尿病，首先要认识到这种病是缺乏根治方法的慢性疾病，必须长期乃至终生治疗。因此，需要病者和医生密切合作，耐心治疗。如果措施得当，糖尿病人仍可达到正常健康人同样的寿限。饮食治疗是糖尿病综合治疗的一项基础措施，不论是哪一类型的糖尿病，均应长期和严格遵守。很多非胰岛素依赖型病者，特别是肥胖者，通过认真控制饮食，就能使症状改善，并能很好地控制病情。饮食治疗包括总热量估计、营养成分的合理分配和进餐的定时定量，由医生根据病人标准体重、工作种类、生活习惯及病情具体制定和调整。一般来说，接受治疗的病人，开始总觉得很饿，抱怨医生批准的进食数量太少。有些人甚至会忍不住偷吃东西，像馋嘴的小孩一样。所以，在住院期间，护士长常常要检查糖尿病患者的柜子和床头，“没收”一些藏起来的食物，以免影响治疗效果。病人出院后，或在家中治疗的病人，则完全要靠自己的自觉性和毅力，才能抵御周围美味食物的诱惑。有时病人实在饿得厉害，可以找些缺乏营养的食物果腹，例如吃一些反复煮过的老菜渣充饥。说到这里，蔡教授笑了笑说，看来，有的病人也挺可怜。不过，这也是没有办法的办法，一切都是为了控制血糖，巩固疗效，希望患者能理解医生的苦心，坚持长期合作。运动治疗是一种很有效的治疗，可促进肌肉利用葡萄糖，提高机体对胰岛素的敏感性，提高血中的低密度脂蛋白，降低甘油三酯，从而可减少或延缓血管病变，运动对超重者更为有效。运动的方式可多种多样，从跑步、爬楼梯到打太极拳均可。但要注意控制运动量，适可而止，切勿过量运动，并持之以恒。有些人“三天打鱼，两日晒网”，这不会有多大效果。最好在有经验的医生指导下制定运动计划，并定期检查效果，还要注意，在空腹、饭前和注射胰岛素后，不宜运动，因这时运动容易引起低血糖而发生意外。此外，当合并严重高血压、冠心病、糖尿病性肾病者及糖尿病失控者也不宜用运动治疗，以免发生意外。药物治疗，包括口服降糖药或注射胰岛素替代治疗，必须根据病情和病者的具体情况，制定治疗方案，才能收到显著疗效，故须在专科医生指导下进行。主要需做好以下三点：一、加强病情监测 专科医生应定期进行随诊;而病人自己应定期到医院门诊，检测血糖和24小时尿糖量;每隔2～3个月宜复查糖化血红蛋白一次，以了解病情控制程序和及时调整治疗方案;每半年应进行一次全面检查，着重了解血脂水平和心血管、神经系统并发症的早期症状。有条件的病者和家属，除要学会尿糖测定外，还宜学会用血糖计来测定毛细血管的血糖含量，以便更好地调整用药，实现家庭自我血糖监测。二、坚持良好的病情控制 长期和良好的病情控制不仅可以纠正代谢紊乱，消除症状，保障儿童患者正常生长发育和成人患者具有一定劳动力或工作能力，而且可在一定程度上预防和延缓并发症的发生。根据血糖监测，良好的治疗控制为：早餐前血糖每分升70～90毫克，早餐后1小时100～160毫克，早餐后2小时80～120毫克；24小时尿糖量小于5克。中等控制的血糖分别为早餐前70～100毫克，早餐后1小时100～180毫克，早餐后2小时80～150毫克；24小时尿糖量在10克以内。三、充分宣传教育 糖尿病者要长期密切配合医生取得良好的病情控制，必须懂得一些糖尿病的基本知识和治疗控制要求。最好能学会尿糖定性测定和血糖计使用，掌握饮食治疗原则和具体实施办法，应用降糖药物的注意事项，学会自己注射胰岛素等基本技术。保持规律的生活，戒烟、酒等，以便能在医生指导下长期坚持合理治疗。
糖尿病是影响人民健康和生命的常见病，属于内分泌代谢系统疾病，以高血糖为主要标志，临床上出现烦渴、多尿、多饮、多食、疲乏、消瘦、尿糖等表现。糖尿病是因为胰岛素分泌量绝对或相对不足而引起的糖代谢，蛋白质代谢，脂肪代谢和水、电解质代谢的紊乱。 糖尿病任何年龄均可发病，但是60岁以上的老年人平均患病率为。 糖尿病酮症酸中毒是糖尿病的危重情况，是由于胰岛素严重不足而引起，病人血糖异常升高，脱水，迅速进入昏迷、休克、呼吸衰竭，死亡率为10%。 (一)酮症酸中毒是糖尿病的危重情况： 当各种诱因使糖尿病加重时，人体内脂肪分解加速，脂肪分解产生脂肪酸，大量脂肪酸经肝脏进行β氧化产生酮体，酮体是β�羟丁酸、乙酰乙酸、丙酮的总称。正常情况下血中酮体很少，为2毫克/100毫升血，尿中酮体不能检出。在酮症酸中毒时，血中酮体升高达50毫克/100毫升血以上称为酮血症；尿中出现酮体，称为酮尿。酮体以酸性物质占主要部分，大量消耗体内的储备碱，逐渐发生代谢性酸中毒。发生酮症酸中毒时，病人糖尿病的症状加重，同时伴有酮症酸中毒的表现。 (二) 糖尿病酮症酸中毒的诱因： 1、糖尿病治疗不当 胰岛素治疗中断或不适当减量；降糖药突然停药或用量不足；未经正规治疗的糖尿病。 2、感染 糖尿病人并发肺炎、泌尿系感染、坏疽等感染时。 3、饮食不当 暴饮暴食或饮食不节(洁)引起呕吐、腹泻。 4、其他 严重外伤或手术后。妊娠和分娩。 (三) 糖尿病酮症酸中毒的临床表现： 1、早期 糖尿病加重的现象如极度口渴、多饮、多尿、全身无力。 2、病情迅速恶化 出现食欲不振、恶心、呕吐、腹痛、腹胀。腹痛较重，常被误诊为急腹症。当酮症酸中毒好转时，腹痛很快消失。 3、精神及呼吸症状 头痛、嗜睡，烦躁，呼吸深而大，呼气时可有烂苹果味，酮体浓度高则气味重。 4、脱水症状 由于多尿和呕吐腹泻引起。病人皮肤干燥，弹性差，眼球下陷，淡漠，很快进入昏迷。由于失水而出现脉弱、血压降低、四肢发冷等休克表现。部分病人有发烧现象，体温38～39℃。 5、化验橙查 尿糖�～�，尿酮体阳性；血糖显著升高，多数300～600毫克/每100毫升血(毫摩尔～毫摩尔/每升血)，少数可达1000毫克/每100毫升血(毫摩尔/每升血)；血酮体增高。其他的化验检查都可以出现不正常，如血中白细胞计数增高，血钠、氯、钾离子均可降低。 6、注意与其他情况引起的昏迷进行鉴别 糖尿病人在家庭中突然出现昏迷时，大多可能有两种情况，一种是酮症酸中毒引起，另一种可能为低血糖昏迷，一般是在血糖低于50毫克/每100毫升血(毫摩尔/每升血)时发生，表现为面色苍白，出冷汗，神志不清，但呼吸、心跳等一般情况尚好。注射葡萄糖后病人迅速清醒。在家庭中无法鉴别这两种昏迷时，应及时送医院检查后再做处理。 (四) 救护措施： (1)应用胰岛素。这是抢救治疗的关键。必须在医院或医生指导下应用。根据病情皮下或静脉注射或静滴普通胰岛素。一般可酌情皮下注射12～20单位，再给予静滴每小时4～8单位量滴入，大多在24小时内控制病情，此时应停用其他降糖药。 (2)纠正脱水。能口服的尽量口服饮水。昏迷病人要给予静脉补液，24小时内可输液3000～6000毫升，心脏病或肾功不好的病人酌情减量。 (3)昏迷病人头侧位，及时清除呕吐物，保持呼吸道通畅和口腔清洁。有缺氧情况者给予吸氧，已发生感染的适当应用抗菌药物。 (4)详细记录病人的出入量，如饮水量、进食量、呕吐量、尿量、便量，报告给医生，提供诊断治疗依据。 (5)糖尿病酮症酸中毒病情复杂、严重、发展快，在治疗前后均要进行多种化验检查，以调整胰岛素的用量，输液量及种类。最好将病人送至医院急救，以免造成严重后果。 糖尿病患者患有勃起功能障碍（ED）的比例在50%以上。
采用高糖高脂饲料结合低剂量链脲佐菌素(STZ )成功制备2 型糖尿病大鼠模型。实验动物分组及造模：取清洁级雌性SD大鼠40只，鼠龄6个月，体质量(210±20)g，由309医院动物实验中心提供 SYXK（军）2007-2012，动物单笼喂养。将40只大鼠随机分为2组，正常对照组12只，给予普通饲料喂养,其热量比例为碳水化合物热卡占60%,脂肪热卡占10%,蛋白质热卡占30%.糖尿病组28只,给予高糖高脂饲料喂养,其热量及营养成分比例为：碳水化合物热卡占40%,脂肪热卡占42%,蛋白热卡占18%。所有大鼠在24~28℃，通风良好，湿度60%~80%的环境下饲养，自由摄食、摄水。在实验过程中每天观察大鼠进食、饮水、活动等情况并做记录,1周称体质量1次, 和测随机血糖1次。试剂：链脲佐菌素（STZ）美国SIGMA公司生产，总胆固醇试剂盒、高密度脂蛋白胆固醇试剂盒、甘油三脂试剂盒购于北京中生生物技术股份有限公司，Surestep Life scan血糖仪及试纸购于美国强生公司。
以间充质干细胞 (MSC) 为基础的治疗糖尿病相关代谢紊乱的方法受到细胞存活不足和高葡萄糖应激下治疗效果有限的阻碍。 2021年7月2日，清华大学杜亚楠团队在 Science Advances 在线发表题为“ Exendin-4 gene modification and microscaffold encapsulation promote self-persistence and antidiabetic activity of MSCs ”的研究论文，该研究 使用 Exendin-4（MSC-Ex-4）（一种胰高血糖素样肽 1（GLP-1）类似物）对 MSC 进行基因工程改造，并证明了它们在 2 型糖尿病 (T2DM) 小鼠模型中增强的细胞功能和抗糖尿病功效。 从机制上讲，MSC-Ex-4 通过 GLP-1R 介导的 AMPK 信号通路的自分泌激活实现了自我增强并提高了在高葡萄糖应激下的存活率。同时，MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 通过内分泌作用抑制胰腺 β 细胞的衰老和凋亡，而 MSC-Ex-4 分泌的生物活性因子（例如，IGFBP2 和 APOM）则通过旁分泌增强胰岛素敏感性并通过 PI3K-Akt 激活减少肝细胞中的脂质积累。此外，该研究将 MSC-Ex-4 封装在 3D 明胶微支架中用于单剂量给药，以将治疗效果延长 3 个月。总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 迄今为止，全世界有超过 亿人患有糖尿病，预计到 2045 年这一数字将达到 7 亿。 2 型糖尿病 (T2DM) 约占糖尿病病例的 90%，其特征是胰岛素抵抗和高血糖，这是由肥胖、缺乏运动、不健康饮食和遗传引起的。当肝脏、肌肉和脂肪组织中的细胞对胰岛素无反应并导致葡萄糖摄取失败时，就会发生胰岛素抵抗。胰腺 β 细胞将通过增加胰岛素产生来补偿胰岛素抵抗，最终导致 β 细胞衰竭和不可逆的高血糖。因此， 长期暴露于慢性高血糖会抑制增殖并诱导 β 细胞凋亡，从而导致 β 细胞量减少和 β 细胞功能障碍。 此外， T2DM 与肝功能障碍密切相关，超过 90% 的 T2DM 肥胖患者患有代谢相关性脂肪肝 (MAFLD) 。 肝细胞通过将营养物质以糖原和甘油三酯 (TG) 的形式储存起来，在葡萄糖和脂质稳态中发挥着重要作用。在肝脏胰岛素抵抗状态下，胰岛素不能抑制糖异生，但会加速肝细胞中的脂肪酸合成，从而增加肝脏葡萄糖的产生和 TG 的积累。尽管存在 β 细胞和肝细胞功能障碍，但高血糖和高甘油三酯血症会加剧肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗状态，同时引起其他器官和组织的功能障碍。因此， T2DM 与多种并发症密不可分，包括冠心病、中风和视网膜病变。 除了改变生活方式外，还需应用降糖药物以更好地维持 T2DM 患者的正常血糖水平 。胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 是一种肠促胰岛素激素，通过与 GLP-1 受体 (GLP-1R) 相互作用来增加胰岛素和抑制胰高血糖素分泌，从而帮助控制血糖波动。然而，GLP-1 因其半衰期短而很少用于 T2DM 治疗，它会在几分钟内被二肽基肽酶-4 迅速降解。第一个获批用于 T2DM 治疗的 GLP-1R 激动剂 Exendin-4 是一种 39 个氨基酸的肽，是一种 GLP-1 类似物，半衰期较长，为 小时。它通过抑制细胞凋亡和促进细胞增殖来增强 β 细胞质量，从而增加胰岛素分泌量。此外，已证明 Exendin-4 是一种有效的候选药物，可减轻体重，改善糖尿病和 MAFLD。尽管 Exendin-4 在调节血糖和胰岛素反应方面有所改善，但由于肾脏消除，其血浆半衰期仍然有限。 因此，需要每天给药两次，这会导致血浆浓度的意外波动和 GLP-1R 的间歇性激活。 尽管上述降糖药物治疗带来了益处，但仍有部分患者无法恢复正常血糖或出现低血糖、腹泻、恶心、呕吐等多种副作用。 近年来，基于细胞的疗法已成为对抗包括 T2DM 在内的多种难治性疾病的替代方法。特别是，间充质干/基质细胞 (MSCs) 在一些临床前和临床尝试中已证明其对改善由 T2DM 引起的高血糖、胰岛素抵抗和全身炎症的治疗作用，从而为治疗 T2DM 提供了一种新方案。同时，技术进步仍然迫切需要将基于 MSC 的疗法成功转化为 T2DM 的临床治疗。 要克服的主要障碍之一是体内给药后 MSC 的增殖和存活率降低 。 因此，已 经研究了多种策略，例如生物材料封装、基因工程和 MSC 预处理 ，以提高存活率、延迟清除动力学和维持体内 MSC 分泌因子。 此外，优化 MSCs 的给药途径至关重要，因为静脉内给药的 MSCs 主要滞留在肺部和随后的组织中，导致治疗效果减弱。此外，对 MSCs 在 T2DM 中的治疗机制的全面了解仍然难以捉摸。MSCs 被证明可以促进内源性胰岛素的产生并刺激 β 细胞的增殖。此外， MSC 以其调节免疫反应的能力而闻名，这对于改善由 T2DM 引起的全身炎症至关重要 。 鉴于 Exendin-4 和 MSCs 在治疗 T2DM 方面的上述缺陷， 研究人员已经探索了如何协同 Exendin-4 和 MSCs 的治疗益处。 MSC 也已用 GLP-1 进行基因修饰，在 T2DM 治疗中显示出优于野生型 MSC 的治疗功效。然而，应该强调的是，这些组合疗法继承了许多缺陷。例如，当与 MSC 一起给药时，单剂量游离 Exendin-4 的治疗效果和持续时间是有限的。此外， 考虑到 GLP-1 的半衰期只有 2 分钟，而且治疗 T2DM 需要高有效剂量，预计 GLP-1 修饰的 MSCs 很难显著提高 MSCs 的治疗效果。 在这里，在发现人MSCs表达GLP-1R的基础上，该研究通过慢病毒转导系统构建了Exendin-4基因工程MSCs（MSC-Ex-4）来验证MSC-Ex- 4 分泌的Exendin-4可以通过 GLP-1R 介导的自分泌激活 AMPK 信号通路，从而通过延长其在高糖应激下的存活时间和增强抗糖尿病功效来潜在地促进自我持久性。该研究还探索了有关 MSC-Ex-4 保护胰腺 β 细胞的内分泌作用和 MSC-Ex-4 改善肝细胞功能的旁分泌作用的潜在机制。除了 MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 外，推测 MSC-Ex-4 的其他分泌组可以减少细胞衰老和凋亡，同时促进胰腺 β 细胞的增殖，以及提高胰岛素敏感性和减少脂质积累。最后，该研究系统地提供了 多剂量的游离 MSC-Ex-4，并用可注射的三维 (3D) 明胶微支架 (GMs) 作为细胞封装和递送载体来辅助 MSC-Ex-4，以实现长效治疗效果单剂量局部给药。 总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 WOSCI沃斯编辑，耶鲁大学博士团队匠心打造，专注最新科学动态并提供各类科研学术指导，包括：前沿科学新闻、出版信息、期刊解析、SCI论文写作技巧、学术讲座、SCI论文润色等。
Gut：粪便病毒组移植(FVT)对2型糖尿病和肥胖小鼠模型的缓解作用 近年来，粪便移植已成为治疗由梭状芽胞杆菌引起的严重腹泻的流行方法。最近，丹麦哥本哈根大学Dennis Nielsen课题组在一项小鼠中进行的试验表明，通过粪便病毒组移植减轻肥胖症和2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者的临床症状。 研究目的 ： 肥胖症和2型糖尿病（T2DM）的发生发展与肠道微生物群（gut microbiota, GM）的改变有关。噬菌体（phages）是一种以宿主特异性方式攻击细菌的病毒，其拮抗作用有可能改变肠道菌群，作为概念验证，Dennis课题组通过较瘦供体粪便病毒组移植（Fecal virome transplantation，FVT）将 转变 肥胖小鼠转变为较瘦小鼠表型，证明FVT对2型糖尿病和肥胖症干预的有效性。 实验设计 ： 图1：实验设计流程图。40只5周龄的雄性C57BL/6NTac小鼠分为低脂（Low Fat, LF）饮食、高脂（High Fat, HF）饮食、HF +氨苄青霉素（ampicillin, Amp）、HF+Amp+FVT和HF+FVT 5组：（图1）。在13周内，小鼠被随意喂食HF饲料（研究饲料D12492，美国）和LF饲料（研究饲料D12450J，美国）。在不同方案喂食6周后，HF+FVT和HF+Amp+FVT组的小鼠分别用 mL肠溶酶间隔1周（第6、7周）灌胃进行两次FVT,。第一次接种FVT前一天，HF+Amp和HF+Amp+FVT小鼠在饮用水中给予单剂量Amp（1 g/L）。从18只C57BL/6N小鼠的盲肠含量中提取并混合用于FVT的病毒体，这些小鼠代表3个不同的供体，饲喂LF饲料14周。来自不同供应商的个体小鼠代表了独特和多样的病毒概况。应用的FVT 病毒组的滴度约为2×1010病毒样颗粒/mL。在研究的第20周，对小鼠进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT），并监测食物摄入量和小鼠体重。 项目流程 ： 结果： 1. 瘦供体FVT降低了DIO小鼠的体重增速，使血糖耐量恢复正常 小鼠分别在FVT前1-2周和FVT后间隔1-2周称量体重。在第一次FVT 后，第4和第6周（15、17周龄）时，HF+FVT小鼠（p<）和HF+Amp小鼠（p<）的体重增加明显低于HF小鼠（图2）。LF和HF+FVT小鼠OGTT无显著差异（p>），而HF小鼠OGTT水平显著升高与LF组和HF+FVT组比较（p<），显示FVT已使HF+FVT小鼠的血糖耐量正常化（图2B）。此外，HF+Amp+FVT的OGTT与HF小鼠相当（p>），说明在HF+Amp+FVT小鼠中，Amp对细菌组成的初始破坏有可能抵消了FVT的作用， 。 这同时表明，与FVT相关的影响是通过肠道菌群成分的改变而发生的。除糖化血红蛋白（HbA1c）水平和每只小鼠的食物消耗量外，还定期测定非禁食血糖。 图2. （A）第一次FVT后2、4、6周（分别为13、15、17周）体重增加的条形图。首次FVT后6周（17周龄）测定OGTT水平。数值是基于tAUC相对于单个小鼠的血糖水平。图中排除了第一次FVT后第4周和第6周两两比较的显著差异，以增加图像的可视性。*P<，**P<， ***P<, ****P< 。Amp，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著； OGTT， 口服葡萄糖耐量试验； tAUC， 曲线下总面积。 2. FVT 增强了全身能量稳态相关基因的表达 以肝脏和回肠组织中与肥胖和T2D相关的基因为目标，检测HF+FVT与HF小鼠中相关基因的表达是否有显著差异，并与LF小鼠具有相似性。结果显示，FVT降低了HF饮食引起的基因表达差异，从而形成与健康LF小鼠相似的表达水平。 图3：肝脏和回肠组织中与肥胖和T2D相关的基因表达水平（18周龄）。（A） Ffar2Ileum ，（B） LeprLiver ，（C） KlbLiver ，（D） Ppargc1aLiver ，（E） Igfbp2Liver ，（F） Socs3Liver ，（G） MycLiver 。采用以HF或LF为对照组的线性模型计算组间显著性。样本质检表达量的差异倍数取log2是对相对基因表达的一种度量，它是基于log2转化的表达值归一化到最小值的样本。 Ffar2Ileum ，游离脂肪酸受体； LeprLiver ，胰岛素样生长因子结合蛋白； KlbLiver ，β-klotho； Ppargc1aLiver ，瘦素细胞因子受体； Igfbp2Liver ，过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活剂1-α； Socs3Liver ，细胞因子信号传导抑制因子； MycLiver 转录因子。FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著； 3. FVT 介导肠道菌群转移 盲肠样本16S rRNA基因拷贝数/g在×1010 ~×1010之间变化。LF小鼠的细菌Shannon多样性指数明显高于HF小鼠（p<），但与HF+FVT小鼠相似（p=）。与HF小鼠相比，盲肠中HF+FVT的Shannon多样性指数也显著增加（p<），但在结肠中Shannon多样性指数没有明显增加。Amp治疗后7周，Amp处理过的HF+Amp小鼠的Shannon多样性指数最低（p<），而FVT提高了Amp干预后的HF+Amp+FVT小鼠的Shannon多样性指数（p<）（图4A）。FVT对病毒Shannon多样性指数无影响（p>），而Amp的处理显著（p<）增加了病毒Shannon多样性指数（图4B和线上补充表S5），其原因可能是由于噬菌体的诱导。 根据Bray- Curtis差异测定法，FVT对细菌组成（图5A, p<）和病毒组成（图5B,P<）都有强烈的影响，如HF+FVT与HF小鼠、HF+Amp+FVT与HF+Amp小鼠的明显分离。 FVT受体的GM特征与供体的GM特征不完全相似，这表明供体病毒组只有部分在接种6周后建立。此外，所有实验组在病毒和细菌群落中两两显著分离（p<），包括LF和HF+FVT （p<）。该研究发现，无论是否经过Amp处理，FVT都强烈地影响和部分重塑了GM的组成。rCCA表明，某些细菌（拟杆菌目和梭菌目）和病毒（尾病毒目，微病毒科和未鉴定的病毒）之间存在强（r>）正或负相关性的潜在宿主-噬菌体对关系。 图4.供体和盲肠（A）细菌和（B）终止时（18周龄）的Shannon多样性指数。括号表示图中每一组的样本数量，灰色点表示异常值。供体是从三个不同供体的盲肠内容物中提取的细菌或菌体的1:1:1混合而成。各组的两两比较见线上补充表S5。*P<。Amp，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著。 图5：PCoA图，基于Bray-Curtis不同度测量，取供体和盲肠（A）细菌群落和（B）18周龄病毒群落。Bray- Curtis不同度量的相似度分析（ANOSIM）显示在表中。供体是从三个不同供体的盲肠内容物中提取的细菌或菌体的1:1:1混合而成。各组的两两比较见线上补充表，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。 图6.说明所有五个实验组细菌（A）和病毒（B）概况的热图，以及某些细菌和病毒簇之间的强烈相关性（C）。 4. FVT 介导的血浆代谢组谱的改变 采用非靶向UPLC- MS分析血浆样品，测定FVT对宿主代谢组的影响。基于数据集建立了PCA模型，比较LF、HF和HF+FVT的概况（图7，所有组的在线上补充图S111）。与其他测量方法一致，HF+FVT小鼠的血浆谱位于HF和LF小鼠之间。两两建立OPLS-DA模型，所有模型（LF vs HF、LF vs HF+FVT、HF vs HF+FVT）均具有统计学意义（p<），支持三组分离。在筛选出的VIP评分为>2的特征中，仅对与相关基因表达相关（基于rCCA）和细菌或病毒丰度相关的特征进行进一步检测以进行注释。研究的特征主要包括饱和/不饱和溶血磷脂（LysoPC）和/或磷脂磷脂胆碱（PCs）， 而 其余的特征包括各种氨基酸或无法识别的代谢物。总体而言，与LF小鼠相比，HF小鼠的LysoPC（18:2）、LysoPC（22:2）、PC（16:0/22:6）水平更高，血浆LysoPC（22:4）和PC （18:1/O-18:2）水平更低。与LF小鼠相比，HF+FVT小鼠循环LysoPC（16:0）、LysoPC（18:2）和PC（16:0/22:6）水平升高，而LysoPC（22:4）和PC （18:1/O-18:2）水平降低。与HF小鼠相比，HF+FVT小鼠的LysoPC（16:0）、LysoPC（18:0）和PC （18:1/O-18:2）水平更高。 图分析图，原始数据各维度和每个主成分的相关度由电喷雾电离（ESIZ）+UPLC-MS处理的终止妊娠（18周龄）时LF、HF和HF+FVT（R2=和Q2=）得到，表包括由两两比较生成的监督的OPLS-DA模型。HF，高脂；LF，低脂；OPLS- DA，潜结构正交投影判别分析；PCA，主成分分析；UPLC- MS，超高效液相色谱-质谱分析。 结论 ： ① 对高脂喂养的小鼠进行粪便病毒组移植（FVT），移植来源为低脂喂养14周的瘦小鼠的盲肠病毒组；② FVT 后第 6 周，受体小鼠的体重增长显著降低，且 葡萄糖耐受性 OGTT与 瘦 低脂喂养的对照组小鼠相似，没有出现 发生 因高脂喂养诱发 引起 的糖耐受损；③与此一致的是，FVT 显著改变了小鼠的肠道细菌和病毒组成、血浆代谢物以及与肥胖和 2 型糖尿病相关基因的表达水平；④ 但在 FVT 前进行抗生素预处理，反而会削弱 FVT 的有益效果。这项研究说明，噬菌体介导的疗法或能用来治疗肥胖和糖尿病等肠道菌群相关疾病。
我们这里用65mg/kg STZ对一定种属动物的胰岛β细胞有选择性破坏作用，而使许多动物产生糖尿病。最常用的是大鼠模型。一般常用的诱导方法如下：将大鼠禁食12h，按60mg/kg体重腹腔注射STZ，每日1次，连续2次，成功制备Ⅰ型糖尿病大鼠模型，并且该模型具有高血糖、体重减轻、多饮多食多尿的特点，与临床Ⅰ型糖尿病吻合；但在此实验中，若造模组只腹腔注射STZ一次，并给予高热量饲料饲养12周，则可制备Ⅱ型糖尿病动物模型，且按该法制备出的模型具有超重、糖耐量减低、血脂升高、血清胰岛素升高及胰岛素受体结合力降低伴胰岛素抵抗的特点，类似于Ⅱ型糖尿病病人的临床特征。Ⅰ型糖尿病与Ⅱ型糖尿病动物模型的制备可能与STZ注射的剂量有关系：大剂量（常为120mg/kg）注射时，由于直接引起胰岛β细胞的广泛破坏，可造成Ⅰ型糖尿病模型；而注射较少量STZ时，由于只是破坏一部分胰岛β细胞的功能，造成外周组织对胰岛素不敏感，同时给予高热量饲料喂养，两者结合便诱导出病理、生理改变都接近于人类Ⅱ型糖尿病的动物模型。 也有研究表明，用STZ按90mg/kg体重处理过的新生大鼠长至成鼠后，表现出糖耐量异常、胰岛素分泌下降、体重下降等特征。其主要机制是新生鼠出生后一周内β细胞对STZ敏感性不同，以及再生力不同，导致成鼠后β细胞数量相对减少。故大鼠出生后一周内注射STZ ，其β细胞坏死及增生可使成鼠β细胞数量及生化特点稳定。这说明该方法稳定性好，是研究非肥胖型非胰岛素依赖性糖尿病的理想载体。
以间充质干细胞 (MSC) 为基础的治疗糖尿病相关代谢紊乱的方法受到细胞存活不足和高葡萄糖应激下治疗效果有限的阻碍。 2021年7月2日，清华大学杜亚楠团队在 Science Advances 在线发表题为“ Exendin-4 gene modification and microscaffold encapsulation promote self-persistence and antidiabetic activity of MSCs ”的研究论文，该研究 使用 Exendin-4（MSC-Ex-4）（一种胰高血糖素样肽 1（GLP-1）类似物）对 MSC 进行基因工程改造，并证明了它们在 2 型糖尿病 (T2DM) 小鼠模型中增强的细胞功能和抗糖尿病功效。 从机制上讲，MSC-Ex-4 通过 GLP-1R 介导的 AMPK 信号通路的自分泌激活实现了自我增强并提高了在高葡萄糖应激下的存活率。同时，MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 通过内分泌作用抑制胰腺 β 细胞的衰老和凋亡，而 MSC-Ex-4 分泌的生物活性因子（例如，IGFBP2 和 APOM）则通过旁分泌增强胰岛素敏感性并通过 PI3K-Akt 激活减少肝细胞中的脂质积累。此外，该研究将 MSC-Ex-4 封装在 3D 明胶微支架中用于单剂量给药，以将治疗效果延长 3 个月。总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 迄今为止，全世界有超过 亿人患有糖尿病，预计到 2045 年这一数字将达到 7 亿。 2 型糖尿病 (T2DM) 约占糖尿病病例的 90%，其特征是胰岛素抵抗和高血糖，这是由肥胖、缺乏运动、不健康饮食和遗传引起的。当肝脏、肌肉和脂肪组织中的细胞对胰岛素无反应并导致葡萄糖摄取失败时，就会发生胰岛素抵抗。胰腺 β 细胞将通过增加胰岛素产生来补偿胰岛素抵抗，最终导致 β 细胞衰竭和不可逆的高血糖。因此， 长期暴露于慢性高血糖会抑制增殖并诱导 β 细胞凋亡，从而导致 β 细胞量减少和 β 细胞功能障碍。 此外， T2DM 与肝功能障碍密切相关，超过 90% 的 T2DM 肥胖患者患有代谢相关性脂肪肝 (MAFLD) 。 肝细胞通过将营养物质以糖原和甘油三酯 (TG) 的形式储存起来，在葡萄糖和脂质稳态中发挥着重要作用。在肝脏胰岛素抵抗状态下，胰岛素不能抑制糖异生，但会加速肝细胞中的脂肪酸合成，从而增加肝脏葡萄糖的产生和 TG 的积累。尽管存在 β 细胞和肝细胞功能障碍，但高血糖和高甘油三酯血症会加剧肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗状态，同时引起其他器官和组织的功能障碍。因此， T2DM 与多种并发症密不可分，包括冠心病、中风和视网膜病变。 除了改变生活方式外，还需应用降糖药物以更好地维持 T2DM 患者的正常血糖水平 。胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 是一种肠促胰岛素激素，通过与 GLP-1 受体 (GLP-1R) 相互作用来增加胰岛素和抑制胰高血糖素分泌，从而帮助控制血糖波动。然而，GLP-1 因其半衰期短而很少用于 T2DM 治疗，它会在几分钟内被二肽基肽酶-4 迅速降解。第一个获批用于 T2DM 治疗的 GLP-1R 激动剂 Exendin-4 是一种 39 个氨基酸的肽，是一种 GLP-1 类似物，半衰期较长，为 小时。它通过抑制细胞凋亡和促进细胞增殖来增强 β 细胞质量，从而增加胰岛素分泌量。此外，已证明 Exendin-4 是一种有效的候选药物，可减轻体重，改善糖尿病和 MAFLD。尽管 Exendin-4 在调节血糖和胰岛素反应方面有所改善，但由于肾脏消除，其血浆半衰期仍然有限。 因此，需要每天给药两次，这会导致血浆浓度的意外波动和 GLP-1R 的间歇性激活。 尽管上述降糖药物治疗带来了益处，但仍有部分患者无法恢复正常血糖或出现低血糖、腹泻、恶心、呕吐等多种副作用。 近年来，基于细胞的疗法已成为对抗包括 T2DM 在内的多种难治性疾病的替代方法。特别是，间充质干/基质细胞 (MSCs) 在一些临床前和临床尝试中已证明其对改善由 T2DM 引起的高血糖、胰岛素抵抗和全身炎症的治疗作用，从而为治疗 T2DM 提供了一种新方案。同时，技术进步仍然迫切需要将基于 MSC 的疗法成功转化为 T2DM 的临床治疗。 要克服的主要障碍之一是体内给药后 MSC 的增殖和存活率降低 。 因此，已 经研究了多种策略，例如生物材料封装、基因工程和 MSC 预处理 ，以提高存活率、延迟清除动力学和维持体内 MSC 分泌因子。 此外，优化 MSCs 的给药途径至关重要，因为静脉内给药的 MSCs 主要滞留在肺部和随后的组织中，导致治疗效果减弱。此外，对 MSCs 在 T2DM 中的治疗机制的全面了解仍然难以捉摸。MSCs 被证明可以促进内源性胰岛素的产生并刺激 β 细胞的增殖。此外， MSC 以其调节免疫反应的能力而闻名，这对于改善由 T2DM 引起的全身炎症至关重要 。 鉴于 Exendin-4 和 MSCs 在治疗 T2DM 方面的上述缺陷， 研究人员已经探索了如何协同 Exendin-4 和 MSCs 的治疗益处。 MSC 也已用 GLP-1 进行基因修饰，在 T2DM 治疗中显示出优于野生型 MSC 的治疗功效。然而，应该强调的是，这些组合疗法继承了许多缺陷。例如，当与 MSC 一起给药时，单剂量游离 Exendin-4 的治疗效果和持续时间是有限的。此外， 考虑到 GLP-1 的半衰期只有 2 分钟，而且治疗 T2DM 需要高有效剂量，预计 GLP-1 修饰的 MSCs 很难显著提高 MSCs 的治疗效果。 在这里，在发现人MSCs表达GLP-1R的基础上，该研究通过慢病毒转导系统构建了Exendin-4基因工程MSCs（MSC-Ex-4）来验证MSC-Ex- 4 分泌的Exendin-4可以通过 GLP-1R 介导的自分泌激活 AMPK 信号通路，从而通过延长其在高糖应激下的存活时间和增强抗糖尿病功效来潜在地促进自我持久性。该研究还探索了有关 MSC-Ex-4 保护胰腺 β 细胞的内分泌作用和 MSC-Ex-4 改善肝细胞功能的旁分泌作用的潜在机制。除了 MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 外，推测 MSC-Ex-4 的其他分泌组可以减少细胞衰老和凋亡，同时促进胰腺 β 细胞的增殖，以及提高胰岛素敏感性和减少脂质积累。最后，该研究系统地提供了 多剂量的游离 MSC-Ex-4，并用可注射的三维 (3D) 明胶微支架 (GMs) 作为细胞封装和递送载体来辅助 MSC-Ex-4，以实现长效治疗效果单剂量局部给药。 总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 WOSCI沃斯编辑，耶鲁大学博士团队匠心打造，专注最新科学动态并提供各类科研学术指导，包括：前沿科学新闻、出版信息、期刊解析、SCI论文写作技巧、学术讲座、SCI论文润色等。
Gut：粪便病毒组移植(FVT)对2型糖尿病和肥胖小鼠模型的缓解作用 近年来，粪便移植已成为治疗由梭状芽胞杆菌引起的严重腹泻的流行方法。最近，丹麦哥本哈根大学Dennis Nielsen课题组在一项小鼠中进行的试验表明，通过粪便病毒组移植减轻肥胖症和2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者的临床症状。 研究目的 ： 肥胖症和2型糖尿病（T2DM）的发生发展与肠道微生物群（gut microbiota, GM）的改变有关。噬菌体（phages）是一种以宿主特异性方式攻击细菌的病毒，其拮抗作用有可能改变肠道菌群，作为概念验证，Dennis课题组通过较瘦供体粪便病毒组移植（Fecal virome transplantation，FVT）将 转变 肥胖小鼠转变为较瘦小鼠表型，证明FVT对2型糖尿病和肥胖症干预的有效性。 实验设计 ： 图1：实验设计流程图。40只5周龄的雄性C57BL/6NTac小鼠分为低脂（Low Fat, LF）饮食、高脂（High Fat, HF）饮食、HF +氨苄青霉素（ampicillin, Amp）、HF+Amp+FVT和HF+FVT 5组：（图1）。在13周内，小鼠被随意喂食HF饲料（研究饲料D12492，美国）和LF饲料（研究饲料D12450J，美国）。在不同方案喂食6周后，HF+FVT和HF+Amp+FVT组的小鼠分别用 mL肠溶酶间隔1周（第6、7周）灌胃进行两次FVT,。第一次接种FVT前一天，HF+Amp和HF+Amp+FVT小鼠在饮用水中给予单剂量Amp（1 g/L）。从18只C57BL/6N小鼠的盲肠含量中提取并混合用于FVT的病毒体，这些小鼠代表3个不同的供体，饲喂LF饲料14周。来自不同供应商的个体小鼠代表了独特和多样的病毒概况。应用的FVT 病毒组的滴度约为2×1010病毒样颗粒/mL。在研究的第20周，对小鼠进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT），并监测食物摄入量和小鼠体重。 项目流程 ： 结果： 1. 瘦供体FVT降低了DIO小鼠的体重增速，使血糖耐量恢复正常 小鼠分别在FVT前1-2周和FVT后间隔1-2周称量体重。在第一次FVT 后，第4和第6周（15、17周龄）时，HF+FVT小鼠（p<）和HF+Amp小鼠（p<）的体重增加明显低于HF小鼠（图2）。LF和HF+FVT小鼠OGTT无显著差异（p>），而HF小鼠OGTT水平显著升高与LF组和HF+FVT组比较（p<），显示FVT已使HF+FVT小鼠的血糖耐量正常化（图2B）。此外，HF+Amp+FVT的OGTT与HF小鼠相当（p>），说明在HF+Amp+FVT小鼠中，Amp对细菌组成的初始破坏有可能抵消了FVT的作用， 。 这同时表明，与FVT相关的影响是通过肠道菌群成分的改变而发生的。除糖化血红蛋白（HbA1c）水平和每只小鼠的食物消耗量外，还定期测定非禁食血糖。 图2. （A）第一次FVT后2、4、6周（分别为13、15、17周）体重增加的条形图。首次FVT后6周（17周龄）测定OGTT水平。数值是基于tAUC相对于单个小鼠的血糖水平。图中排除了第一次FVT后第4周和第6周两两比较的显著差异，以增加图像的可视性。*P<，**P<， ***P<, ****P< 。Amp，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著； OGTT， 口服葡萄糖耐量试验； tAUC， 曲线下总面积。 2. FVT 增强了全身能量稳态相关基因的表达 以肝脏和回肠组织中与肥胖和T2D相关的基因为目标，检测HF+FVT与HF小鼠中相关基因的表达是否有显著差异，并与LF小鼠具有相似性。结果显示，FVT降低了HF饮食引起的基因表达差异，从而形成与健康LF小鼠相似的表达水平。 图3：肝脏和回肠组织中与肥胖和T2D相关的基因表达水平（18周龄）。（A） Ffar2Ileum ，（B） LeprLiver ，（C） KlbLiver ，（D） Ppargc1aLiver ，（E） Igfbp2Liver ，（F） Socs3Liver ，（G） MycLiver 。采用以HF或LF为对照组的线性模型计算组间显著性。样本质检表达量的差异倍数取log2是对相对基因表达的一种度量，它是基于log2转化的表达值归一化到最小值的样本。 Ffar2Ileum ，游离脂肪酸受体； LeprLiver ，胰岛素样生长因子结合蛋白； KlbLiver ，β-klotho； Ppargc1aLiver ，瘦素细胞因子受体； Igfbp2Liver ，过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活剂1-α； Socs3Liver ，细胞因子信号传导抑制因子； MycLiver 转录因子。FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著； 3. FVT 介导肠道菌群转移 盲肠样本16S rRNA基因拷贝数/g在×1010 ~×1010之间变化。LF小鼠的细菌Shannon多样性指数明显高于HF小鼠（p<），但与HF+FVT小鼠相似（p=）。与HF小鼠相比，盲肠中HF+FVT的Shannon多样性指数也显著增加（p<），但在结肠中Shannon多样性指数没有明显增加。Amp治疗后7周，Amp处理过的HF+Amp小鼠的Shannon多样性指数最低（p<），而FVT提高了Amp干预后的HF+Amp+FVT小鼠的Shannon多样性指数（p<）（图4A）。FVT对病毒Shannon多样性指数无影响（p>），而Amp的处理显著（p<）增加了病毒Shannon多样性指数（图4B和线上补充表S5），其原因可能是由于噬菌体的诱导。 根据Bray- Curtis差异测定法，FVT对细菌组成（图5A, p<）和病毒组成（图5B,P<）都有强烈的影响，如HF+FVT与HF小鼠、HF+Amp+FVT与HF+Amp小鼠的明显分离。 FVT受体的GM特征与供体的GM特征不完全相似，这表明供体病毒组只有部分在接种6周后建立。此外，所有实验组在病毒和细菌群落中两两显著分离（p<），包括LF和HF+FVT （p<）。该研究发现，无论是否经过Amp处理，FVT都强烈地影响和部分重塑了GM的组成。rCCA表明，某些细菌（拟杆菌目和梭菌目）和病毒（尾病毒目，微病毒科和未鉴定的病毒）之间存在强（r>）正或负相关性的潜在宿主-噬菌体对关系。 图4.供体和盲肠（A）细菌和（B）终止时（18周龄）的Shannon多样性指数。括号表示图中每一组的样本数量，灰色点表示异常值。供体是从三个不同供体的盲肠内容物中提取的细菌或菌体的1:1:1混合而成。各组的两两比较见线上补充表S5。*P<。Amp，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著。 图5：PCoA图，基于Bray-Curtis不同度测量，取供体和盲肠（A）细菌群落和（B）18周龄病毒群落。Bray- Curtis不同度量的相似度分析（ANOSIM）显示在表中。供体是从三个不同供体的盲肠内容物中提取的细菌或菌体的1:1:1混合而成。各组的两两比较见线上补充表，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。 图6.说明所有五个实验组细菌（A）和病毒（B）概况的热图，以及某些细菌和病毒簇之间的强烈相关性（C）。 4. FVT 介导的血浆代谢组谱的改变 采用非靶向UPLC- MS分析血浆样品，测定FVT对宿主代谢组的影响。基于数据集建立了PCA模型，比较LF、HF和HF+FVT的概况（图7，所有组的在线上补充图S111）。与其他测量方法一致，HF+FVT小鼠的血浆谱位于HF和LF小鼠之间。两两建立OPLS-DA模型，所有模型（LF vs HF、LF vs HF+FVT、HF vs HF+FVT）均具有统计学意义（p<），支持三组分离。在筛选出的VIP评分为>2的特征中，仅对与相关基因表达相关（基于rCCA）和细菌或病毒丰度相关的特征进行进一步检测以进行注释。研究的特征主要包括饱和/不饱和溶血磷脂（LysoPC）和/或磷脂磷脂胆碱（PCs）， 而 其余的特征包括各种氨基酸或无法识别的代谢物。总体而言，与LF小鼠相比，HF小鼠的LysoPC（18:2）、LysoPC（22:2）、PC（16:0/22:6）水平更高，血浆LysoPC（22:4）和PC （18:1/O-18:2）水平更低。与LF小鼠相比，HF+FVT小鼠循环LysoPC（16:0）、LysoPC（18:2）和PC（16:0/22:6）水平升高，而LysoPC（22:4）和PC （18:1/O-18:2）水平降低。与HF小鼠相比，HF+FVT小鼠的LysoPC（16:0）、LysoPC（18:0）和PC （18:1/O-18:2）水平更高。 图分析图，原始数据各维度和每个主成分的相关度由电喷雾电离（ESIZ）+UPLC-MS处理的终止妊娠（18周龄）时LF、HF和HF+FVT（R2=和Q2=）得到，表包括由两两比较生成的监督的OPLS-DA模型。HF，高脂；LF，低脂；OPLS- DA，潜结构正交投影判别分析；PCA，主成分分析；UPLC- MS，超高效液相色谱-质谱分析。 结论 ： ① 对高脂喂养的小鼠进行粪便病毒组移植（FVT），移植来源为低脂喂养14周的瘦小鼠的盲肠病毒组；② FVT 后第 6 周，受体小鼠的体重增长显著降低，且 葡萄糖耐受性 OGTT与 瘦 低脂喂养的对照组小鼠相似，没有出现 发生 因高脂喂养诱发 引起 的糖耐受损；③与此一致的是，FVT 显著改变了小鼠的肠道细菌和病毒组成、血浆代谢物以及与肥胖和 2 型糖尿病相关基因的表达水平；④ 但在 FVT 前进行抗生素预处理，反而会削弱 FVT 的有益效果。这项研究说明，噬菌体介导的疗法或能用来治疗肥胖和糖尿病等肠道菌群相关疾病。
我们这里用65mg/kg STZ对一定种属动物的胰岛β细胞有选择性破坏作用，而使许多动物产生糖尿病。最常用的是大鼠模型。一般常用的诱导方法如下：将大鼠禁食12h，按60mg/kg体重腹腔注射STZ，每日1次，连续2次，成功制备Ⅰ型糖尿病大鼠模型，并且该模型具有高血糖、体重减轻、多饮多食多尿的特点，与临床Ⅰ型糖尿病吻合；但在此实验中，若造模组只腹腔注射STZ一次，并给予高热量饲料饲养12周，则可制备Ⅱ型糖尿病动物模型，且按该法制备出的模型具有超重、糖耐量减低、血脂升高、血清胰岛素升高及胰岛素受体结合力降低伴胰岛素抵抗的特点，类似于Ⅱ型糖尿病病人的临床特征。Ⅰ型糖尿病与Ⅱ型糖尿病动物模型的制备可能与STZ注射的剂量有关系：大剂量（常为120mg/kg）注射时，由于直接引起胰岛β细胞的广泛破坏，可造成Ⅰ型糖尿病模型；而注射较少量STZ时，由于只是破坏一部分胰岛β细胞的功能，造成外周组织对胰岛素不敏感，同时给予高热量饲料喂养，两者结合便诱导出病理、生理改变都接近于人类Ⅱ型糖尿病的动物模型。 也有研究表明，用STZ按90mg/kg体重处理过的新生大鼠长至成鼠后，表现出糖耐量异常、胰岛素分泌下降、体重下降等特征。其主要机制是新生鼠出生后一周内β细胞对STZ敏感性不同，以及再生力不同，导致成鼠后β细胞数量相对减少。故大鼠出生后一周内注射STZ ，其β细胞坏死及增生可使成鼠β细胞数量及生化特点稳定。这说明该方法稳定性好，是研究非肥胖型非胰岛素依赖性糖尿病的理想载体。
（1）实验目的是验证某药物的降血糖作用，那么此实验的自变量是有无某药物，而因变量是血糖的变化．基本思路是，选择一批体重相同的正常小鼠，随机分为两组，建立一个对照组和一个实验组，测得两组小鼠血糖浓度，在分别注射一定量的生理盐水和等量的某药物溶液，一段时间之后测两组小鼠的血糖浓度．若实验组相比对照组有明显的血糖下降，则证明某药物有降低血糖的作用． （2）该实验的目的是验证一定量的该药物能使患糖尿病小鼠的血糖浓度下降到正常范围．该实验的自变量是有无一定量的药物溶液，而因变量是患糖尿病小鼠的血糖浓度．基本思路是建立两个对照组：患病小鼠组和正常小鼠组，注射生理盐水；一个实验组，注射一定量的该药物溶液；观察注射某药物前后小鼠的血糖和哪个对照组的值更近．若其中一个对照组-患糖尿病鼠的血糖浓度高于正常范围，而另一对照组-正常数和实验组的血糖浓度均在正常范围，则表明一定量的该药物能使患糖尿病的小鼠的血糖浓度下降到正常范围． 故答案为： （1）正常 适量的生理盐水 实验组小鼠的血糖浓度明显低于对照组 （2）患糖尿病 高于 在
根据论文《运动对糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体 及葡萄糖运载体的影响》（吴毅 1998） 修改：雄性大 鼠 (体 重 180～220g)，随机分为 3组 ；一组为正常对照组，另两组先制备成糖尿病 模型，然后分为糖尿病 运动组和糖尿病 非运 动组。各组用 10只实验大 鼠。糖尿病 模型制备方 法；大 鼠腹腔 内注射链脲佐 菌素(溶于 0．1mol／L柠檬酸缓冲液，pH4．2)55mg／kg体重。3天后测尿糖和血糖；正常对照组大 鼠腹腔内注射等体积柠檬酸缓冲剂。糖尿病运动组大 鼠确定为糖 尿病后，进行6周游泳训练。训练 的方法接 Ploug报道 的方法 ；水温保持 35℃．水 深 50cm，每个 大 鼠有200cm2的活动表面积，前 2周每天游泳 40min。以后维持每天游泳 60min，每周 游泳 5天．连续游泳训练 6周 。大 鼠最后一次游泳训练结束后48h, 测尿糖和血糖。另二组大 鼠除不运动外，处置方法相似 。
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Gut：粪便病毒组移植(FVT)对2型糖尿病和肥胖小鼠模型的缓解作用 近年来，粪便移植已成为治疗由梭状芽胞杆菌引起的严重腹泻的流行方法。最近，丹麦哥本哈根大学Dennis Nielsen课题组在一项小鼠中进行的试验表明，通过粪便病毒组移植减轻肥胖症和2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者的临床症状。 研究目的 ： 肥胖症和2型糖尿病（T2DM）的发生发展与肠道微生物群（gut microbiota, GM）的改变有关。噬菌体（phages）是一种以宿主特异性方式攻击细菌的病毒，其拮抗作用有可能改变肠道菌群，作为概念验证，Dennis课题组通过较瘦供体粪便病毒组移植（Fecal virome transplantation，FVT）将 转变 肥胖小鼠转变为较瘦小鼠表型，证明FVT对2型糖尿病和肥胖症干预的有效性。 实验设计 ： 图1：实验设计流程图。40只5周龄的雄性C57BL/6NTac小鼠分为低脂（Low Fat, LF）饮食、高脂（High Fat, HF）饮食、HF +氨苄青霉素（ampicillin, Amp）、HF+Amp+FVT和HF+FVT 5组：（图1）。在13周内，小鼠被随意喂食HF饲料（研究饲料D12492，美国）和LF饲料（研究饲料D12450J，美国）。在不同方案喂食6周后，HF+FVT和HF+Amp+FVT组的小鼠分别用 mL肠溶酶间隔1周（第6、7周）灌胃进行两次FVT,。第一次接种FVT前一天，HF+Amp和HF+Amp+FVT小鼠在饮用水中给予单剂量Amp（1 g/L）。从18只C57BL/6N小鼠的盲肠含量中提取并混合用于FVT的病毒体，这些小鼠代表3个不同的供体，饲喂LF饲料14周。来自不同供应商的个体小鼠代表了独特和多样的病毒概况。应用的FVT 病毒组的滴度约为2×1010病毒样颗粒/mL。在研究的第20周，对小鼠进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT），并监测食物摄入量和小鼠体重。 项目流程 ： 结果： 1. 瘦供体FVT降低了DIO小鼠的体重增速，使血糖耐量恢复正常 小鼠分别在FVT前1-2周和FVT后间隔1-2周称量体重。在第一次FVT 后，第4和第6周（15、17周龄）时，HF+FVT小鼠（p<）和HF+Amp小鼠（p<）的体重增加明显低于HF小鼠（图2）。LF和HF+FVT小鼠OGTT无显著差异（p>），而HF小鼠OGTT水平显著升高与LF组和HF+FVT组比较（p<），显示FVT已使HF+FVT小鼠的血糖耐量正常化（图2B）。此外，HF+Amp+FVT的OGTT与HF小鼠相当（p>），说明在HF+Amp+FVT小鼠中，Amp对细菌组成的初始破坏有可能抵消了FVT的作用， 。 这同时表明，与FVT相关的影响是通过肠道菌群成分的改变而发生的。除糖化血红蛋白（HbA1c）水平和每只小鼠的食物消耗量外，还定期测定非禁食血糖。 图2. （A）第一次FVT后2、4、6周（分别为13、15、17周）体重增加的条形图。首次FVT后6周（17周龄）测定OGTT水平。数值是基于tAUC相对于单个小鼠的血糖水平。图中排除了第一次FVT后第4周和第6周两两比较的显著差异，以增加图像的可视性。*P<，**P<， ***P<, ****P< 。Amp，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著； OGTT， 口服葡萄糖耐量试验； tAUC， 曲线下总面积。 2. FVT 增强了全身能量稳态相关基因的表达 以肝脏和回肠组织中与肥胖和T2D相关的基因为目标，检测HF+FVT与HF小鼠中相关基因的表达是否有显著差异，并与LF小鼠具有相似性。结果显示，FVT降低了HF饮食引起的基因表达差异，从而形成与健康LF小鼠相似的表达水平。 图3：肝脏和回肠组织中与肥胖和T2D相关的基因表达水平（18周龄）。（A） Ffar2Ileum ，（B） LeprLiver ，（C） KlbLiver ，（D） Ppargc1aLiver ，（E） Igfbp2Liver ，（F） Socs3Liver ，（G） MycLiver 。采用以HF或LF为对照组的线性模型计算组间显著性。样本质检表达量的差异倍数取log2是对相对基因表达的一种度量，它是基于log2转化的表达值归一化到最小值的样本。 Ffar2Ileum ，游离脂肪酸受体； LeprLiver ，胰岛素样生长因子结合蛋白； KlbLiver ，β-klotho； Ppargc1aLiver ，瘦素细胞因子受体； Igfbp2Liver ，过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活剂1-α； Socs3Liver ，细胞因子信号传导抑制因子； MycLiver 转录因子。FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著； 3. FVT 介导肠道菌群转移 盲肠样本16S rRNA基因拷贝数/g在×1010 ~×1010之间变化。LF小鼠的细菌Shannon多样性指数明显高于HF小鼠（p<），但与HF+FVT小鼠相似（p=）。与HF小鼠相比，盲肠中HF+FVT的Shannon多样性指数也显著增加（p<），但在结肠中Shannon多样性指数没有明显增加。Amp治疗后7周，Amp处理过的HF+Amp小鼠的Shannon多样性指数最低（p<），而FVT提高了Amp干预后的HF+Amp+FVT小鼠的Shannon多样性指数（p<）（图4A）。FVT对病毒Shannon多样性指数无影响（p>），而Amp的处理显著（p<）增加了病毒Shannon多样性指数（图4B和线上补充表S5），其原因可能是由于噬菌体的诱导。 根据Bray- Curtis差异测定法，FVT对细菌组成（图5A, p<）和病毒组成（图5B,P<）都有强烈的影响，如HF+FVT与HF小鼠、HF+Amp+FVT与HF+Amp小鼠的明显分离。 FVT受体的GM特征与供体的GM特征不完全相似，这表明供体病毒组只有部分在接种6周后建立。此外，所有实验组在病毒和细菌群落中两两显著分离（p<），包括LF和HF+FVT （p<）。该研究发现，无论是否经过Amp处理，FVT都强烈地影响和部分重塑了GM的组成。rCCA表明，某些细菌（拟杆菌目和梭菌目）和病毒（尾病毒目，微病毒科和未鉴定的病毒）之间存在强（r>）正或负相关性的潜在宿主-噬菌体对关系。 图4.供体和盲肠（A）细菌和（B）终止时（18周龄）的Shannon多样性指数。括号表示图中每一组的样本数量，灰色点表示异常值。供体是从三个不同供体的盲肠内容物中提取的细菌或菌体的1:1:1混合而成。各组的两两比较见线上补充表S5。*P<。Amp，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。ns，不显著。 图5：PCoA图，基于Bray-Curtis不同度测量，取供体和盲肠（A）细菌群落和（B）18周龄病毒群落。Bray- Curtis不同度量的相似度分析（ANOSIM）显示在表中。供体是从三个不同供体的盲肠内容物中提取的细菌或菌体的1:1:1混合而成。各组的两两比较见线上补充表，氨苄青霉素；FVT，粪便病毒组移植；HF，高脂；LF，低脂。 图6.说明所有五个实验组细菌（A）和病毒（B）概况的热图，以及某些细菌和病毒簇之间的强烈相关性（C）。 4. FVT 介导的血浆代谢组谱的改变 采用非靶向UPLC- MS分析血浆样品，测定FVT对宿主代谢组的影响。基于数据集建立了PCA模型，比较LF、HF和HF+FVT的概况（图7，所有组的在线上补充图S111）。与其他测量方法一致，HF+FVT小鼠的血浆谱位于HF和LF小鼠之间。两两建立OPLS-DA模型，所有模型（LF vs HF、LF vs HF+FVT、HF vs HF+FVT）均具有统计学意义（p<），支持三组分离。在筛选出的VIP评分为>2的特征中，仅对与相关基因表达相关（基于rCCA）和细菌或病毒丰度相关的特征进行进一步检测以进行注释。研究的特征主要包括饱和/不饱和溶血磷脂（LysoPC）和/或磷脂磷脂胆碱（PCs）， 而 其余的特征包括各种氨基酸或无法识别的代谢物。总体而言，与LF小鼠相比，HF小鼠的LysoPC（18:2）、LysoPC（22:2）、PC（16:0/22:6）水平更高，血浆LysoPC（22:4）和PC （18:1/O-18:2）水平更低。与LF小鼠相比，HF+FVT小鼠循环LysoPC（16:0）、LysoPC（18:2）和PC（16:0/22:6）水平升高，而LysoPC（22:4）和PC （18:1/O-18:2）水平降低。与HF小鼠相比，HF+FVT小鼠的LysoPC（16:0）、LysoPC（18:0）和PC （18:1/O-18:2）水平更高。 图分析图，原始数据各维度和每个主成分的相关度由电喷雾电离（ESIZ）+UPLC-MS处理的终止妊娠（18周龄）时LF、HF和HF+FVT（R2=和Q2=）得到，表包括由两两比较生成的监督的OPLS-DA模型。HF，高脂；LF，低脂；OPLS- DA，潜结构正交投影判别分析；PCA，主成分分析；UPLC- MS，超高效液相色谱-质谱分析。 结论 ： ① 对高脂喂养的小鼠进行粪便病毒组移植（FVT），移植来源为低脂喂养14周的瘦小鼠的盲肠病毒组；② FVT 后第 6 周，受体小鼠的体重增长显著降低，且 葡萄糖耐受性 OGTT与 瘦 低脂喂养的对照组小鼠相似，没有出现 发生 因高脂喂养诱发 引起 的糖耐受损；③与此一致的是，FVT 显著改变了小鼠的肠道细菌和病毒组成、血浆代谢物以及与肥胖和 2 型糖尿病相关基因的表达水平；④ 但在 FVT 前进行抗生素预处理，反而会削弱 FVT 的有益效果。这项研究说明，噬菌体介导的疗法或能用来治疗肥胖和糖尿病等肠道菌群相关疾病。
以间充质干细胞 (MSC) 为基础的治疗糖尿病相关代谢紊乱的方法受到细胞存活不足和高葡萄糖应激下治疗效果有限的阻碍。 2021年7月2日，清华大学杜亚楠团队在 Science Advances 在线发表题为“ Exendin-4 gene modification and microscaffold encapsulation promote self-persistence and antidiabetic activity of MSCs ”的研究论文，该研究 使用 Exendin-4（MSC-Ex-4）（一种胰高血糖素样肽 1（GLP-1）类似物）对 MSC 进行基因工程改造，并证明了它们在 2 型糖尿病 (T2DM) 小鼠模型中增强的细胞功能和抗糖尿病功效。 从机制上讲，MSC-Ex-4 通过 GLP-1R 介导的 AMPK 信号通路的自分泌激活实现了自我增强并提高了在高葡萄糖应激下的存活率。同时，MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 通过内分泌作用抑制胰腺 β 细胞的衰老和凋亡，而 MSC-Ex-4 分泌的生物活性因子（例如，IGFBP2 和 APOM）则通过旁分泌增强胰岛素敏感性并通过 PI3K-Akt 激活减少肝细胞中的脂质积累。此外，该研究将 MSC-Ex-4 封装在 3D 明胶微支架中用于单剂量给药，以将治疗效果延长 3 个月。总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 迄今为止，全世界有超过 亿人患有糖尿病，预计到 2045 年这一数字将达到 7 亿。 2 型糖尿病 (T2DM) 约占糖尿病病例的 90%，其特征是胰岛素抵抗和高血糖，这是由肥胖、缺乏运动、不健康饮食和遗传引起的。当肝脏、肌肉和脂肪组织中的细胞对胰岛素无反应并导致葡萄糖摄取失败时，就会发生胰岛素抵抗。胰腺 β 细胞将通过增加胰岛素产生来补偿胰岛素抵抗，最终导致 β 细胞衰竭和不可逆的高血糖。因此， 长期暴露于慢性高血糖会抑制增殖并诱导 β 细胞凋亡，从而导致 β 细胞量减少和 β 细胞功能障碍。 此外， T2DM 与肝功能障碍密切相关，超过 90% 的 T2DM 肥胖患者患有代谢相关性脂肪肝 (MAFLD) 。 肝细胞通过将营养物质以糖原和甘油三酯 (TG) 的形式储存起来，在葡萄糖和脂质稳态中发挥着重要作用。在肝脏胰岛素抵抗状态下，胰岛素不能抑制糖异生，但会加速肝细胞中的脂肪酸合成，从而增加肝脏葡萄糖的产生和 TG 的积累。尽管存在 β 细胞和肝细胞功能障碍，但高血糖和高甘油三酯血症会加剧肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗状态，同时引起其他器官和组织的功能障碍。因此， T2DM 与多种并发症密不可分，包括冠心病、中风和视网膜病变。 除了改变生活方式外，还需应用降糖药物以更好地维持 T2DM 患者的正常血糖水平 。胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 是一种肠促胰岛素激素，通过与 GLP-1 受体 (GLP-1R) 相互作用来增加胰岛素和抑制胰高血糖素分泌，从而帮助控制血糖波动。然而，GLP-1 因其半衰期短而很少用于 T2DM 治疗，它会在几分钟内被二肽基肽酶-4 迅速降解。第一个获批用于 T2DM 治疗的 GLP-1R 激动剂 Exendin-4 是一种 39 个氨基酸的肽，是一种 GLP-1 类似物，半衰期较长，为 小时。它通过抑制细胞凋亡和促进细胞增殖来增强 β 细胞质量，从而增加胰岛素分泌量。此外，已证明 Exendin-4 是一种有效的候选药物，可减轻体重，改善糖尿病和 MAFLD。尽管 Exendin-4 在调节血糖和胰岛素反应方面有所改善，但由于肾脏消除，其血浆半衰期仍然有限。 因此，需要每天给药两次，这会导致血浆浓度的意外波动和 GLP-1R 的间歇性激活。 尽管上述降糖药物治疗带来了益处，但仍有部分患者无法恢复正常血糖或出现低血糖、腹泻、恶心、呕吐等多种副作用。 近年来，基于细胞的疗法已成为对抗包括 T2DM 在内的多种难治性疾病的替代方法。特别是，间充质干/基质细胞 (MSCs) 在一些临床前和临床尝试中已证明其对改善由 T2DM 引起的高血糖、胰岛素抵抗和全身炎症的治疗作用，从而为治疗 T2DM 提供了一种新方案。同时，技术进步仍然迫切需要将基于 MSC 的疗法成功转化为 T2DM 的临床治疗。 要克服的主要障碍之一是体内给药后 MSC 的增殖和存活率降低 。 因此，已 经研究了多种策略，例如生物材料封装、基因工程和 MSC 预处理 ，以提高存活率、延迟清除动力学和维持体内 MSC 分泌因子。 此外，优化 MSCs 的给药途径至关重要，因为静脉内给药的 MSCs 主要滞留在肺部和随后的组织中，导致治疗效果减弱。此外，对 MSCs 在 T2DM 中的治疗机制的全面了解仍然难以捉摸。MSCs 被证明可以促进内源性胰岛素的产生并刺激 β 细胞的增殖。此外， MSC 以其调节免疫反应的能力而闻名，这对于改善由 T2DM 引起的全身炎症至关重要 。 鉴于 Exendin-4 和 MSCs 在治疗 T2DM 方面的上述缺陷， 研究人员已经探索了如何协同 Exendin-4 和 MSCs 的治疗益处。 MSC 也已用 GLP-1 进行基因修饰，在 T2DM 治疗中显示出优于野生型 MSC 的治疗功效。然而，应该强调的是，这些组合疗法继承了许多缺陷。例如，当与 MSC 一起给药时，单剂量游离 Exendin-4 的治疗效果和持续时间是有限的。此外， 考虑到 GLP-1 的半衰期只有 2 分钟，而且治疗 T2DM 需要高有效剂量，预计 GLP-1 修饰的 MSCs 很难显著提高 MSCs 的治疗效果。 在这里，在发现人MSCs表达GLP-1R的基础上，该研究通过慢病毒转导系统构建了Exendin-4基因工程MSCs（MSC-Ex-4）来验证MSC-Ex- 4 分泌的Exendin-4可以通过 GLP-1R 介导的自分泌激活 AMPK 信号通路，从而通过延长其在高糖应激下的存活时间和增强抗糖尿病功效来潜在地促进自我持久性。该研究还探索了有关 MSC-Ex-4 保护胰腺 β 细胞的内分泌作用和 MSC-Ex-4 改善肝细胞功能的旁分泌作用的潜在机制。除了 MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 外，推测 MSC-Ex-4 的其他分泌组可以减少细胞衰老和凋亡，同时促进胰腺 β 细胞的增殖，以及提高胰岛素敏感性和减少脂质积累。最后，该研究系统地提供了 多剂量的游离 MSC-Ex-4，并用可注射的三维 (3D) 明胶微支架 (GMs) 作为细胞封装和递送载体来辅助 MSC-Ex-4，以实现长效治疗效果单剂量局部给药。 总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。 WOSCI沃斯编辑，耶鲁大学博士团队匠心打造，专注最新科学动态并提供各类科研学术指导，包括：前沿科学新闻、出版信息、期刊解析、SCI论文写作技巧、学术讲座、SCI论文润色等。