研究發現經光活化胰島β細胞或能治療糖尿病

　　近日，美國塔夫茨大學的研究人員將工程化的胰島β細胞移植到糖尿病小鼠中，然后通過將其暴露于光照下，使它們產生的胰島素水平是典型胰島素水平的2至3倍。這項發表在ACS Synthetic Biology上的研究表明，無需藥理干預即可在糖尿病小鼠模型中控制葡萄糖水平。

　　胰島素是一種激素，它在精確控制體內循環的葡萄糖水平方面起著核心作用。在最為常見的2型糖尿病中，人體細胞對胰島素的反應效率降低，從而導致體內循環的葡萄糖水平可能高到非常危險的程度（高血糖），而胰腺無法產生足夠的胰島素來補償。在I型糖尿病中，人體中唯一產生胰島素的β細胞被免疫系統破壞，導致胰島素完全無法生成。

　　目前的治療方法包括使用可增強胰島β細胞產生胰島素的藥物，或直接注射胰島素以補充天然胰島素生成不足的情況。在這兩種情況下，血糖的調節都是手動過程，需要在定期讀取葡萄糖水平后進行藥物或胰島素干預，這通常會導致峰值和谷值，從而產生有害的長期影響。

　　研究人員希望開發一種新的方法來提升胰島素生成量，同時使胰島素釋放與血糖濃度保持重要的實時聯系。他們通過利用“光遺傳學”技術來實現這一目標，該技術依賴于隨光照改變活性的蛋白質。

　　胰腺β細胞經過工程改造，攜帶了一種能夠編碼光活化腺苷酸環化酶（PAC）的基因。PAC暴露于藍光下時會產生環腺苷酸分子（cAMP），這反過來會增強β細胞中葡萄糖刺激的胰島素產生，使胰島素的生成量可以增加兩到三倍，但是只有當血糖量很高時胰島素才會增加。在低葡萄糖水平下，胰島素的生成量仍然很低。這就避免了糖尿病治療的一個共同缺點，即治療可能過度補償胰島素，使患者處于有害甚至危險的低血糖狀態（低血糖癥）。

　　研究人員發現，在藍光照射下，經工程改造的胰島β細胞移植到糖尿病小鼠的皮膚下可提高葡萄糖的耐受性和調節水平，減輕高血糖癥狀并提升血漿中的胰島素水平。

　　該研究通訊作者、塔夫茨大學工程學院化學與生物工程學教授Emmanuel Tzanakakis說：“這是一種逆向類比，但實際上我們使用光來打開和關閉生物開關。通過這種方式，我們可以在不使用藥物干預的情況下更好地控制患者的病情并維持合適的血糖水平。這些細胞能夠自然地完成胰島素生成工作，并且其中的調節回路也發揮同樣的作用。我們只是暫時地提升了β細胞中的cAMP，以使其僅在身體需要時才產生更多的胰島素。”

　　藍光只是將開關從正常模式切換到增強模式。研究人員正在探索在多種生物系統中利用光活化蛋白來調節細胞功能的這種光遺傳學方法，這為開發新的治療方法提供了動力。

　　研究第一作者、Tzanakakis實驗室的研究生Fan Zhang說：“使用光來控制治療有許多優點。顯然，這種反應是即時的。盡管胰島素的分泌增加了，但正如我們的研究顯示的那樣，細胞的耗氧量并沒有發生明顯變化。在涉及移植胰腺細胞的研究中，缺氧是一個普遍的問題。”