肾上腺位于肾脏之上，在维持身体健康方面起着关键作用。肾上腺对来自大脑的信号做出反应，分泌支持血压、代谢和生育等关键功能的激素。
患有诸如原发性肾上腺功能不全（primary adrenal insufficiency，肾上腺不能释放足够的激素）之类的肾上腺疾病的人，如果不加以治疗，可能会遭受疲乏、危险的低血压、昏迷，甚至死亡。原发性肾上腺功能不全没有治愈方法，用于治疗它的终身激素替代疗法有很大的副作用。
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一种更好的替代治疗选择是再生医学方法，即重新生长出一种能够合成激素并根据大脑的反馈适当释放激素的功能性肾上腺。在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学兽医学院的研究人员诱导培养皿中培养的人类诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPS细胞）进行分裂、成熟，并承担了人类胎儿肾上腺的一些功能，使离这一目标更近一步。相关研究结果发表在2022年11月21日的Developmental Cell期刊上，论文标题为“Reconstitution of human adrenocortical specification and steroidogenesis using induced pluripotent stem cells”。
论文通讯作者、宾夕法尼亚大学兽医学院助理教授Kotaro Sasaki说，“这是一个原则性证明，表明我们可以构建一种在培养皿中培养的系统，它的功能几乎与人类肾上腺的早期发育阶段相同。像这样的平台可能能够用来更好地了解肾上腺功能不全的遗传学特性，甚至用于药物筛选，以确定对这些疾病患者的更好治疗方法。”
Sasaki说，他的团队的目标是使用可以产生一系列不同细胞类型的人iPS细胞来模拟正常人类肾上腺发育的阶段。在这个过程中，这些细胞经诱导后具有肾上腺的特征。
首先，这些作者使用了所谓的“类器官培养”系统，在该系统中，细胞首先作为漂浮的集合体培养三周，然后在一侧暴露在空气中的薄膜上生长，促进更好的生存，并允许它们在三维空间中增殖。利用精心挑选的生长培养基，他们促使iPS细胞在肾上腺发育过程中产生一种中间组织类型，即后中段中胚层（posterior intermediate mesoderm, PIM）。
在验证了他们培养的PIM样细胞（PIM-like cell）后，这些作者开始指导这些细胞过渡到下一个阶段，即肾上腺皮质祖细胞样细胞（adrenocortical progenitor-like cell，即类似于肾上腺皮质祖细胞的细胞），在这一阶段，肾上腺皮质祖细胞样细胞表达一些特异性的标志物，使之定向成为肾上腺细胞。
检测肾上腺标志物的分子测试实验，以及透射电子显微镜分析，都告诉Sasaki团队，他们在重建类似于早期肾上腺的组织方面走对了路。
论文共同第一作者、Sasaki实验室博士后Michinori Mayama说，“我们开发的过程是非常有效的，在类器官中大约有50%的iPS细胞获得了肾上腺皮质细胞的命运。我们在培养物中观察到卵圆形细胞有大量的粉红色细胞质和相对较小的细胞核，这是这个阶段人类肾上腺细胞的特征。”
这些作者进行了一些测试，以评估他们培养的细胞的功能与人类肾上腺的功能有多接近。他们发现这些实验室培养的细胞产生了类固醇激素，比如脱氢表雄酮（DHEA），就像“现实生活”中的一样。Mayama说，“在体外，我们可以产生与体内产生的大部分相同的类固醇。”
图片来自Developmental Cell, 2022, doi:10.1016/j.devcel.2022.10.010。
他们还发现，他们培育的细胞可以对所谓的下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis）作出反应，其中下丘脑-垂体-肾上腺轴是一种反馈回路，管理着从大脑到肾上腺再到大脑的通信。Sasaki说，“我们使用了通常抑制肾上腺DHEA分泌的药物，并发现我们的由iPSC细胞分化产生的肾上腺细胞对这些药物有类似的反应，它们分泌的激素明显减少。这意味着你可以用这种系统来筛选靶向肾上腺激素分泌的药物，这可能使肾上腺激素分泌过多的患者或利用肾上腺激素促进生长的前列腺癌患者受益。”
这样的平台为了解仍然神秘的肾上腺提供了更多机会。Sasaki指出，它可能被用来研究肾上腺功能不足的遗传基础，以及其他疾病，如肾上腺癌。最终，这种用于在培养皿中培养肾上腺的方法可能有一天会在肾上腺疾病患者中重建一种正常运作的大脑-肾上腺反馈回路。
Sasaki说，“这是一项首创性的研究。细胞治疗领域不仅对治疗肾上腺功能不全，而且对治疗其他由激素驱动的疾病---比如高血压、库欣综合征（Cushing syndrome,）、多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome）---有很大的希望。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Yuka Sakata et al. Reconstitution of human adrenocortical specification and steroidogenesis using induced pluripotent stem cells, Developmental Cell, 2022, doi:10.1016/j.devcel.2022.10.010.
