LSD1通过Stk40/ERK信号通道调控人iPSCs分化为胰岛细胞分子机制的研究

Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) have been considered as the seed cells for treating diabetes due to its great self-renewal and multipotential differentiation capacity.However, the efficiency of differentiating hiPSCsinto insulin-producing cells (IPCs) remain poor. Recent studies and our datas demonstrated that knockdown of LSD1 can significantly downregulate the expression of Oct4 and Nanog, and improve hiPSCs differentiated into functional IPCs. However, the mechanisms of LSD1 in Oct4 expression and ERK singanling pathway remain ill defind. Therefore, we hypothesized that knockdown of LSD1 target Oct4 transcription, whichimprovesStk40expression and the activation of ERK singaling pathway. In this study, we converted the expression of LSD1 by using shRNA or inhibitors, in order to improve the differentiation of IPCs. Further investigation will be carried out to clarify how LSD1 regulates ERK signaling pathway andestablish a strategies aimed at generating high numbers of functional pancreatic β cells in vitro, which will contribute to therapy for diabetes.

人诱导多能干细胞（hiPSCs）具备极强的自我更新能力及多向分化潜能，使之成为治疗糖尿病的种子细胞，但体外分化为胰岛β细胞仍存在分化效率低和成熟度差的问题。文献报道和我们的研究证明当沉默LSD1后，hiPSCs中重要的Oct4和Nanog表达明显降低，分化基因启动。然而敲除LSD1后, Oct4沉默如何启动ERK信号通道促使向胰岛细胞分化机制尚不清楚。我们推测Oct4基因沉默，解除Oct4对靶基因Stk40抑制，使Stk40高表达激活ERK信号通道而发挥作用。基于此，本课题设计利用shRNA或LSD1抑制剂筛选最适分化活性LSD1的hiPSCs，采用经典四步诱导法，通过在不同分化阶段加入Stk40/ERK信号通路抑制剂，研究LSD1通过调控Stk40/ERK信号通道途径促使hiPSCs分化作用，以揭示LSD1调控hiPSCs高效定向分化为胰岛细胞的分子机制，为糖尿病的细胞治疗奠定理论基础。

糖尿病是一种由于胰岛素分泌缺陷或胰岛素作用障碍所致的以高血糖为特征的代谢性疾病。已是一项重要的亟待解决公共卫生问题。干细胞具有极强的自我更新和多向分化潜能，可定向诱导分化为胰岛β细胞，移植到体内替代受损的胰岛，恢复胰岛功能，可以达到治愈糖尿病的效果，但分化效率低和成熟度差限制了其临床应用。.本项目主要取得以下三方面研究结果： (1)利用敲减hiPSCs细胞系，建立.了高效定向分化方案将hiPSCs诱导分化为胰岛素分泌细胞，可显著提高IPCs的分化效率和成熟度。IPCs分化效率达38.32%±3.54%，成熟度也明显提升，具有成人胰岛释放胰岛素/C肽功能。当移植到SCID糖尿病小鼠的左肾包膜下时，IPCs可逆转高血糖症。抑制LSD1通过改变内胚层基因SOX17 和FOXA2的启动子区H3K4me2/me3和H3K9act水平，影响其向内胚层分化的能力，进而调控细胞向IPCs高效分化。(2) 利用敲减hESCs细胞系提高了ESCs向胰腺祖细胞和胰岛素分泌细胞的分化效率，研究显示在胰腺祖细胞阶段ERK信号被激活，促进干细胞向胰腺祖细胞分化、提高了向胰岛素分泌细胞的分化的效率和成熟度。(3)利用建立报告insulin基因的INS-promoter-hiPSCs细胞系，筛选到参与调控胰岛细胞分化miR-152-3p、miR-133a-3p、miR-181c-5p。过表达miR-181c-5p可提高胰岛素分泌细胞的分化效率和功能成熟度，miR-181c-5p通过抑制smad7和TGIF2调控TGF-β-smad2/3信号活化，从而促进胰岛细胞分化。.本项目研究结果揭示了干细胞高效定向分化为胰岛β细胞过程中关键信号通路的作用机制，为干细胞治疗糖尿病临床应用奠定坚实理论基础。