改良犬胰腺导管类器官向胰岛素分泌β细胞的分化

糖尿病是一种常见的内分泌疾病，广泛存在于人类和其他哺乳动物中，其特征是持续性高血糖，可能导致严重的并发症，如糖尿病神经病变和白内障，甚至危及生命。研究表明，每300只狗中约有1只被诊断出糖尿病，猫的发病率更高，但宠物糖尿病的漏诊情况较为常见。糖尿病的发生与年龄、品种、性别和生活方式密切相关。狗通常在7-9岁时被诊断出糖尿病，而猫则在10-13岁。雌性犬比雄性犬更容易患病，而雄性猫的发病率几乎是雌性猫的两倍。此外，某些犬种如阿拉斯加雪橇犬、荷兰毛狮犬和萨摩耶犬更容易患糖尿病。犬主要患1型糖尿病(胰岛素依赖型，自身免疫破坏β细胞)，而猫主要患2型糖尿病(胰岛素不敏感)。尽管对犬糖尿病的研究已有一个多世纪，但目前的治疗选择仍被主人认为不足，许多主人在犬被诊断出糖尿病后选择安乐死，这凸显了开发更可持续治疗方法的迫切性。

2025年4月13日，发表在Veterinary Sciences上题为Improved Differentiation Towards Insulin Producing Beta-Cells Derived from Healthy Canine Pancreatic Ductal Organoids的研究在再生医学和干细胞生物学领域，诱导多能干细胞(iPSCs)和成体干细胞(ASCs)已成为细胞疗法的首选细胞类型。然而，大型动物在再生医学中的疾病建模和药物筛选存在诸多挑战。近年来，三维类器官培养作为一种新兴技术，为疾病建模和细胞疗法提供了新的思路。本研究旨在从犬胰腺导管干细胞中建立分化的β细胞类器官培养。通过调整现有的人类β细胞分化方案，将其应用于新鲜分离的犬导管胰腺干细胞，成功培养出能够响应葡萄糖刺激并分泌胰岛素的β细胞。这一成果为犬糖尿病的细胞疗法和疾病建模提供了新的可能性。

图示描述

1，实验设计概览。图1展示了从犬胰腺组织获取、消化、处理到类器官分离、扩增及最终分化为β细胞的实验流程。通过逐步添加不同的胰腺分化培养基(PDMs)，模拟胰腺发育过程，最终获得对葡萄糖刺激有响应的β细胞。

2，犬胰腺类器官形态变化。图2展示了在不同培养阶段(扩增培养基EM及不同分化培养基PDM)下，犬胰腺类器官的形态变化。随着分化进程，类器官逐渐形成具有特征性金黄色的胰岛样结构，表明分化过程的有效性。

3，特定基因RT-qPCR分析。图3通过RT-qPCR技术，分析了在不同培养阶段(EM、PDM-B、PDM-D2)及独立样本胰岛中，PDX1和NKX6.1等关键基因的表达水平。结果显示，随着分化进行，这些基因的表达水平逐渐增加，表明β细胞分化过程的逐步成熟。

4，多种基因RT-qPCR分析。图4进一步分析了GLUT2、PCSK1、INS等多种基因在不同培养阶段及独立样本胰岛中的表达情况。结果显示，在最终分化培养基PDM-D2条件下，β细胞特异性基因表达显著增加，而干细胞标志物(如LGR5、SOX9)表达显著降低，表明β细胞的高度富集。

5，葡萄糖刺激的胰岛素分泌测定。图5通过葡萄糖刺激的胰岛素分泌测定(GSIS)，评估了分化后的β细胞对葡萄糖的响应能力。结果显示，在低葡萄糖浓度下，细胞释放少量胰岛素;而在高葡萄糖浓度刺激下，胰岛素释放量显著增加，表明分化后的β细胞具有功能性的胰岛素分泌能力。

全文总结

本研究通过模拟胰腺发生过程，成功产生了可分泌胰岛素的类器官，适用于β细胞疾病建模。然而，该体外培养系统高度人工化，距临床应用尚远。原因包括：分化方案在1型糖尿病犬导管细胞上的效果未知;免疫攻击问题仍存，需额外保障;Matrigel支架的动物来源及伦理问题限制了其应用。近期，将分化β细胞与犬间充质基质细胞结合的研究为临床应用提供了新方向，但本研究中的改良类器官与MSCs组合尚未探索。目前，这些类器官最直接的应用在于疾病建模，特别是解析脂肪胰腺机制，这一现象在犬中有望被观察到。