[发明专利]褐色脂肪细胞的产生

说明书

本发明描述了转化生长因子β(TGF‑β)信号传导抑制剂用于在体外产生褐色脂肪细胞群的用途。

技术领域

本发明涉及褐色脂肪细胞的产生。更具体地讲，本发明涉及用于使细胞诸如人多能干细胞分化成褐色脂肪细胞的改良方法。

背景技术

多尿症(通常称为糖尿病)是一组代谢疾病，其特征在于患者的血糖水平长期过高。糖尿病的全球患病率已达到38700万，并且预计到2030年会上升至43500万。事实上，65％的全球人口生活在肥胖比营养不良造成更多死亡的国家(WHO-2010)。

有两种主要类型的糖尿病(1型和2型)，其具有不同的原因和治疗方法。1型糖尿病是由胰腺中的胰岛素分泌β细胞遭到破坏(通常是自身免疫机制所致)引起的。2型糖尿病由外周组织中的胰岛素抗性引起，胰岛素抗性可与胰腺β细胞功能障碍、超重、不良身体活动和遗传组分相结合。约10％的糖尿病病例符合1型。然而，大多数患者(85％-90％)表现出2型糖尿病。2012年美国诊断出的糖尿病的估计总经济成本与之前2007年的估计值相比已增加41％，并且已达到2450亿美元。这突出了糖尿病对社会造成的重大负担。

管理1型糖尿病需要为患者终身定期注射胰岛素。相比之下，2型糖尿病可通过管理饮食、体重和体育锻炼来控制，但长期治疗可能需要药物(例如，二甲双胍或磺酰脲)，可能需要结合胰岛素注射。

虽然患者可能能够用现有治疗方法来管理1型糖尿病和2型糖尿病，但目前还没有治愈的方法，并且糖尿病导致死亡的风险在显著增加。

预防肥胖症发展的能量平衡取决于能量消耗。虽然身体活动是耗散过量能量的主要机制，但能量也可通过产热系统而耗散，产热系统演化为保护身体免于体温过低。这基于褐色脂肪细胞中通过线粒体解偶联蛋白(UCP1)进行的氧化磷酸化的解偶联。褐色脂肪组织(BAT)是介导能量耗散和葡萄糖处置的高度代谢器官，因此有助于维持足够的能量平衡和碳水化合物稳态。

已证实，通过遗传操纵或药理学药剂上调UCP1可减少肥胖症并改善胰岛素敏感性。相反，在啮齿动物中存在BAT功能障碍会促进肥胖症并损害碳水化合物代谢的证据，最终导致对β细胞的功能需求增加。自从在成人中发现功能性BAT以来，已经报道了衰老、2型糖尿病与BAT贮库的量和活性之间的负相关性。在活化时，BAT通过UCP1将游离脂肪酸和葡萄糖氧化的能量转化成热。最近已证明BAT会增加甘油三酯摄取和胰岛素敏感性。

关于人褐色脂肪组织的特征和功能的研究因获得褐色脂肪细胞本身的途径而受到阻碍。

过去，已使用多种技术来开发源自人胚胎干细胞或间充质干细胞以及人诱导多能干细胞的褐色脂肪细胞模型。一种此类方案应用遗传工程强制特定褐色转录因子诸如PPARg和PGC1a的表达(Ahfeldt,T.等人(2012)Nat.Cell Biol.14:209-219)。然而，此类技术具有以下缺点：它们可能产生可潜在地影响所产生的褐色脂肪细胞的功能的遗传改变。替代方案使用细胞因子混合物强制hiPSC向褐色脂肪细胞样细胞分化(Nishio,M.(2012)Cell Metab.16:394-406)。然而，这种方法似乎既不具有充分特异性，也不稳健，因此不能用于产生人褐色脂肪组织的来源。

因此，本领域仍然非常需要提供获得褐色脂肪细胞的途径，以便能够在实验室中可靠地研究这些细胞，而且还能够进一步应用这些细胞，诸如为了医学和美容目的而移植(例如重建或美容整形外科)。

发明内容

本发明人已开发出重现褐色脂肪细胞的定向分化和靶向分化的发育途径的方案，该方案以受控方式使用特定生长因子。

通过应用他们的方案，发明人已能够高效(例如80％)获得高度富集的人褐色脂肪细胞群。

因此，本发明的一个方面提供了一种转化生长因子β(TGF-β)抑制剂用于在体外产生褐色脂肪细胞群的用途。