世界首例使用患者来源的iPS细胞开发的先天性垂体发育不全模型

作者：杨超月

神户大学医学院研究生院的研究人员使用患者衍生的iPS细胞开发了世界上第一个先天性垂体发育不全(CPH)(* 1，* 2)模型。该研究组由高桥丰隆副教授，医学研究员松本龙作和AOI Takashi等人组成。成功地使用该模型阐明了CPH的机制。该团队一直在尝试将该模型应用于其他垂体疾病和药物发现。

这项研究的结果发表在2019年12月17日的《美国科学杂志》《J Clinical Investigation》上。

要点：

>使用人类iPS细胞成功创建了世界上第一个垂体疾病模型。

从CPH患者中产生> iPS细胞。这些iPS细胞能够在体外再现疾病;垂体分化受损。

>通过外显子组测序分析确定了患者的因果基因突变(* 3)。使用该疾病模型，发现邻近的下丘脑(* 4)中产生的FGF10缺乏引起CPH。

该模型有望应用于其他垂体疾病，从而阐明其潜在机制和药物发现。

研究背景

CPH引起的垂体功能减退并不罕见，有时甚至会危及生命。患有这种疾病的患者需要终生激素替代疗法。原因和潜在的机制尚不十分清楚。

垂体疾病的先前研究主要是使用动物模型进行的，例如敲除小鼠(* 5)。但是，有时动物和人之间的表型有所不同。这意味着必须要有人体模型才能充分了解此类疾病的机制。

近年来，iPS(诱导性多能干)细胞已用于疾病模型的开发，再生医学和药物发现。另外，已经开发出一种使用iPS细胞在体外诱导垂体和下丘脑分化的方法。但是它还没有应用于垂体疾病的建模。

考虑到这一点，神户大学医学院研究生院的研究人员已应用该策略在体外使用iPS细胞开发CPH人体模型，以了解疾病的病理生理学和原因(图1)。

研究方法论

iPS细胞是从CPH患者的血液样本中产生的。该患者表现出先天性垂体发育不全，正在接受垂体激素替代治疗。这些患者来源的iPS细胞用于阐明体外的潜在机制。有趣的是，对照iPS细胞分化为产生激素的细胞，但是，源自CPH患者的iPS细胞却无法分化为这些细胞。对分化过程的进一步分析表明，垂体分化所必需的转录因子LHX3在来自患者的iPS细胞的垂体祖细胞中未表达(图2)。外显子组测序分析表明OTX2基因存在突变，其功能受到了损害。病人来源的iPS细胞中OTX2突变的校正恢复了垂体分化能力，表明OTX2突变是原因。

垂体和邻近的下丘脑之间的相互作用对于垂体的分化和调节至关重要。该模型的优点是可以从iPS细胞在体外同时发育垂体和下丘脑。这使研究人员能够研究这些组织之间相互作用的重要性。他们阐明了下丘脑是通过使用患者来源的iPS细胞和健康的iPS细胞进行嵌合体形成实验来造成疾病的。随后的分析显示，来自下丘脑的FGF10(成纤维细胞生长因子10)在垂体中转录因子LHX3的表达中起关键作用。此外，通过在体外添加FGF10恢复了LHX3的表达水平。这些结果表明，与OTX2突变相关的下丘脑中FGF10缺乏是造成这种情况的原因。

总体而言，OTX2突变导致下丘脑FGF10减少，导致在垂体前体的口腔外胚层中缺乏LHX3表达。因此，LHX3的丢失引起前体细胞的凋亡，因此导致垂体发育受损。本研究首次阐明了这些潜在的机制(图3)。

这种利用人iPS细胞的垂体疾病模型阐明了动物模型无法揭示的详细潜在机制。

进一步的研究

这项研究揭示了通过疾病特异性iPS细胞(* 6)进行CPH的病理生理。此外，该模型还有助于了解人的垂体分化过程。

该研究小组还在研究使用相同策略的其他垂体疾病(例如自身免疫性疾病和垂体肿瘤)的病因，发病机制和治疗方法。特别是，他们正在继续开发垂体疾病模型，以研究“ Anti-PIT-1抗体综合症”(* 7)的病理生理学和精确机制，这是该团队已确定的一种新型自身免疫性垂体疾病。新的临床实体。使用这种模型，他们已经证明了来自患者iPS细胞的垂体前叶细胞上PIT-1蛋白表位的抗原呈递。

此外，还有许多其他无法治愈的垂体疾病，其病因尚不清楚。希望这些基于iPS细胞的疾病研究方法将导致对潜在机制和药物发现的阐明。