低免疫原性胰岛异种移植实现非人灵长类长期胰岛素独立
Xiaomeng Hu, Kathy White, Chi Young, Ari G. Olroyd, Paul Kievit, Andrew J. Connolly, Tobias Deuse, Sonja Schrepfer | Cell Stem Cell 2024 | DOI: 10.1016/j.stem.2024.02.001
标签: #基因编辑 #胰岛移植 #1型糖尿病 #非人灵长类模型 #低免疫原性细胞治疗
一、做什么 🔬
研究背景：1型糖尿病胰岛移植需依赖终身系统性免疫抑制，伴随慢性肾损伤、感染及恶性肿瘤风险，且临床移植物中位存活期仅4.4-5.9年。传统微囊化或共刺激阻断方案在大型动物模型中常因纤维化包裹或过度免疫抑制导致早期移植物丢失或严重并发症。
核心问题：
- 能否通过敲除MHC I/II类分子并过表达CD47构建具备“免疫隐身”能力的原代假性胰岛？
- 低免疫原性假性胰岛在完全异源、免疫健全的非人灵长类受体中能否长期存活并恢复生理性内分泌功能？
- 移植物功能是否完全依赖编辑细胞，且能否通过靶向CD47实现临床级安全清除？
研究模型：恒河猴（供体）原代胰岛经HIP编辑后，移植至链脲佐菌素诱导的糖尿病食蟹猴（受体）双侧股四头肌。
技术路线：
- CRISPR-Cas9基因编辑：敲除恒河猴胰岛细胞的B2M和CIITA基因，消除MHC I/II类分子表面表达。
- 慢病毒转导与流式分选：过表达食蟹猴同源CD47，分选获得MHC I/II双阴性且CD47高表达的细胞并重聚为假性胰岛。
- STZ糖尿病造模：单次静脉注射100 mg/kg STZ诱导食蟹猴β细胞特异性破坏，建立胰岛素依赖状态。
- 肌肉内移植与动态监测：将约5000万编辑后胰岛细胞注射至受体肌肉，连续180天监测血糖、血清C肽及体重。
- 靶向清除验证：注射抗CD47 IgG4抗体阻断“别吃我”信号，验证移植物功能依赖性及可逆安全性。
二、发现什么 📊
核心发现1：HIP编辑假性胰岛保留完整内分泌功能并在异源受体中实现长期胰岛素独立
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 将4只恒河猴来源的胰岛经CRISPR敲除B2M/CIITA并过表达CD47，重聚为假性胰岛。移植至STZ诱导的糖尿病食蟹猴双侧股四头肌，每日监测早晚血糖、血清C肽及体重，并在第196天注射9剂抗CD47抗体进行靶向清除。 |
| 发现什么 | 移植后第6天胰岛素降至1 U/天，第9天降至0.5 U/天，第12天完全停药。血清C肽从<0.1 ng/ml恢复至约0.8 ng/ml，并稳定维持180天。抗CD47抗体注射后8天，血糖连续6次>127 mg/dL，C肽降至检测限以下，动物体重下降。 |
| 说明什么 | 证明低免疫原性编辑未损伤胰岛β细胞葡萄糖响应能力，肌肉内移植成功规避了门静脉输注的瞬时血液介导炎症反应（IBMIR）。抗CD47清除实验证实血糖控制完全依赖移植物，且提供了可逆的临床安全开关。 |
核心发现2：完全异源移植未引发任何细胞或体液免疫应答
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 在移植前及移植后多个时间点（-80至168天）采集受体血液，分离PBMC、CD3+ T细胞、NK细胞及巨噬细胞。通过ELISpot检测T细胞活化，利用XCelligence阻抗法进行细胞毒性杀伤实验，并定量检测血清总IgM/IgG、DSA及ADCC/CDC反应。 |
| 发现什么 | ELISpot斑点频率始终维持在基线水平（<20 spots/10^5 cells）。T细胞、NK细胞、巨噬细胞及PBMC的靶细胞杀伤率均<5%。总IgM/IgG浓度稳定在10-15 mg/ml，DSA的MFI值始终<50。ADCC与CDC实验显示靶细胞存活率>95%。 |
| 说明什么 | HIP编辑策略彻底阻断了直接/间接同种异体识别通路，CD47过表达有效抑制了NK细胞和巨噬细胞的吞噬作用。在完全免疫健全且MHC高度错配的模型中，实现了真正的“免疫隐身”，无需任何免疫抑制药物。 |
三、说明什么 💡
领域意义：传统观点认为，异体胰岛移植必须依赖强效免疫抑制或物理微囊化，但两者均伴随长期毒性或纤维化包裹导致的失效。本研究首次在完全异源、免疫健全的非人灵长类模型中证实，通过MHC I/II敲除联合CD47过表达的“低免疫原性（HIP）”策略，可彻底逃逸先天与适应性免疫识别。该结果将“基因编辑替代免疫抑制”从啮齿类/人源化小鼠模型推进至临床前大动物阶段，确立了通用型细胞治疗的新范式，打破了异体移植必须匹配或抑制的固有认知。
临床/转化价值：
- 为1型糖尿病提供无需终身免疫抑制的根治性细胞疗法，显著降低感染、肾损伤及肿瘤风险。
- 肌肉内移植路径替代门静脉输注，规避IBMIR导致的早期移植物大量丢失（通常>50%），提高临床移植效率与安全性。
- 抗CD47抗体介导的靶向清除机制为细胞治疗提供了临床级安全开关，消除致瘤或功能异常风险，满足监管机构对细胞产品可控性的要求。
与我们产品的关联：该研究依赖高精度的原代胰岛分离、基因编辑后的单细胞分选与重聚培养，以及移植前后的长期动态功能监测。我们的自动化细胞分选与类器官/假性胰岛培养系统可直接用于HIP编辑流程的标准化放大。实时无标记细胞毒性分析平台可替代文中XCelligence，用于快速评估编辑细胞的免疫逃逸表型与清除动力学。
与我们的产品
| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| Cellink BIO X / BIO X6 | ⭐⭐ | 潜在应用（HIP假性胰岛的3D重聚与长期体外扩增培养，可替代文中低吸附板+摇床的原始方法，提高批次一致性与微环境可控性） |
| 3Brain HD-MEA / CorePlate | ⭐ | 勉强相关（文中未涉及电生理记录，但可用于评估编辑后胰岛的葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS）动态响应与神经元样网络活动） |
| Celvivo | ⭐⭐⭐ | 配套使用（用于移植前假性胰岛的长期无标记活体成像与功能监测，实时追踪细胞活力与代谢状态，替代终点法ELISA） |
| SIEVEWELL | ⭐⭐⭐⭐ | 核心工具（文中XCelligence用于NK/巨噬细胞杀伤实验，SIEVEWELL的实时无标记阻抗分析可直接替代，用于高通量评估HIP细胞的免疫逃逸能力及抗CD47清除动力学） |
参考文献
- Hu X, White K, Young C, Olroyd AG, Kievit P, Connolly AJ, Deuse T, Schrepfer S. Hypoimmune islets achieve insulin independence after allogeneic transplantation in a fully immunocompetent non-human primate. Cell Stem Cell. 2024. DOI: 10.1016/j.stem.2024.02.001
- Hu X, Gattis C, Olroyd AG, Friera AM, White K, Young C, Basco R, Lamba M, Wells F, Ankala R, et al. Human hypoimmune primary pancreatic islets avoid rejection and autoimmunity and alleviate diabetes in allogeneic humanized mice. Sci Transl Med. 2023. DOI: 10.1126/scitranslmed.adg5794
- Shapiro AMJ, Thompson D, Donner TW, Bellin MD, Hsueh W, Pettus J, Wilensky J, Daniels M, Wang RM, Brandon EP, et al. Insulin expression and C-peptide in type 1 diabetes subjects implanted with stem cell-derived pancreatic endoderm cells in an encapsulation device. Cell Rep Med. 2021. DOI: 10.1016/j.xcrm.2021.100466
- Anwar IJ, Berman DM, DeLaura I, Gao Q, Willman MA, Miller A, Gill A, Gill C, Perrin S, Ricordi C, et al. The anti-CD40L monoclonal antibody AT-1501 promotes islet and kidney allograft survival and function in nonhuman primates. Sci Transl Med. 2023. DOI: 10.1126/scitranslmed.adf6376
转发语：恒河猴低免疫胰岛移植到食蟹猴体内，不靠免疫抑制剂，靠基因编辑直接“隐身”，6个月血糖稳如泰山。大动物模型实锤，1型糖尿病细胞疗法离临床又近了一步。
联系人：李东伟
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