門靜脈胰島移植 (intraportal islet transplantation) 為第一型糖尿病的療法之一，與其他的器官移植不同，手術過程並不像肝移植、腎移植那樣，需要先取出病變的器官再移入健康的器官；而是通過門靜脈穿刺，將胰島細胞輸送至肝臟上，使胰島在肝臟上生長並分泌胰島素，屬於細胞移植。從技術上來說胰島移植並不複雜，然而以此方法維持長期葡萄糖控制仍然具有挑戰性，主要由於移植期間，發炎、局部缺血和血管生成不良，使植入的胰島大量損失。由於人類羊膜上皮細胞 (human amniotic epithelial cells, hAECs) 能分泌多種成長因子 (VEGF, IGF, hyaluronic acid … 等) 與具有抗纖維化的特性 ，本篇研究利用 hAECs 的特性，結合胰島細胞 (dissociated islet cells, ICs) 與 hAECs 形成細胞球 (IC-hAECs)，發現能有效提升細胞存活率與胰島素分泌功能（圖一）。
（圖一）體外胰島類器官特性分析。(a) islet organoid 將在 3D transwell形成。(b)(c) ICs 與 IC-hAECs 第 1 天與第 5 天的螢光影像 (green:IC; red: hAEC) 與直徑。(d)(e) 第 14 天，以共軛交螢光顯微鏡沿 Z 軸拍攝切面，再組成立體影像 (green: insulin; red: human nuclear factor); 以 qPCR 量測 insulin mRNA 。 Doi: 10.1038/s41467-019-12472-3
以缺氧環境 (hypoxia) 模擬早期植入時的缺血環境 (ischema)，發現 IC-hAECs 能維持比 ICs 高的細胞存活率和胰島素分泌功能。進一步探討 hAECs 在缺氧壓力下發揮的保護機制與 HIF-1α 有關。 IC-hAECs 組別中 HIF-1α 在細胞核中表現量較 ICs 組別高，促使其下游調節的細胞凋亡基因 (Casp3, Casp8, Casp9) 都較 ICs 組別低；相反的抗細胞凋亡基因 Bcl2 則較高。
接著在 SCID 糖尿病大鼠進行移植手術，在腎囊中注入等重的胰島細胞球 (IC-AECs, ICs, 或 hAECs)，術後一個月能維持正常血糖的大鼠 IC-AECs 組為 96%， ICs 組為 16%，hAECs 則仍維持糖尿病狀態。 此外，IC-hAECs 組腹腔血糖耐受度測試 (Intraperitoneal glucose tolerance test, IPGTT) 十分接近無糖尿病的正常大鼠，血清中胰島素與 C 肽濃度約為 ICs 組大鼠的兩倍。在第 14 天與第 28 天取出 IC-AECs 與 ICs 兩組大鼠的腎臟進行組織免疫螢光染色，發現兩組隨時間推移血管內皮細胞數 (CD34+) 都變多，而 IC-AECs 組又較 ICs 組高。良好的術後表現歸因於與 VEGF-A 促進血管生成的功能有關（圖二）。
（圖二）分析血管形成機制與 IC-hAECs 移植後改善胰島功能的機制。(a)(b) 移植後第 14 天 VEGF-A(red) 和胰島素 (green) 的免疫螢光染色圖和定量分析。(c) 以 qPCR 定量單位基因 VEGF-A mRNA的含量。(d)(e)(f) 以免疫螢光染色標定層沾連蛋白 (Lamin, LAM) 和 第四類膠原蛋白 (Collagen IV, COL IV)，並以螢光定量分析。(g)(e) E- 鈣粘蛋白 (E-cadherin) 的免疫螢光染色圖和定量分析。Doi: 10.1038/s41467-019-12472-3
更有趣的是，IC-AECs 細胞球中的 hAEC 在術後兩周開始減少，到術後一個月已經幾乎消失，似乎暗示 hAEC 在移植初期功不可沒；不過很可惜本文中並沒有直接證明其中的交互關係。
最後，此研究團隊試圖以人類胰島細胞結合人類羊膜上皮細胞所形成的細胞球，植入 SCID 糖尿病大鼠附睪的脂肪墊，胰島素生成與血糖表現都與前一個大鼠動物實驗有十分相似的良好表現。
此篇研究提出能提升植入胰臟細胞存活率與並改善其功能之策略，未來能以此為基礎，找出更適合的植入位置。
參考文獻：
1.Lebreton F, Lavallard V, Bellofatto K, et al. Insulin-producing organoids engineered from islet and amniotic epithelial cells to treat diabetes. Nat Commun. 2019;10(1):4491. doi: 10.1038/s41467-019-12472-3
撰文｜任怡昕
審稿｜洪維謙
