干細胞治療糖尿病研究進展

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徐春 劉麗娜 綜述 肖新華 審校

關鍵詞：干細胞 移植 糖尿病 治療

糖尿病是以慢性高血糖為特征的代謝紊亂，高血糖是由于胰島素分泌不足或作用缺陷或兩者同時存在而引起。目前糖尿病的治療以藥物和注射胰島素為主，曾有學者應用胰島移植的方法治療糖尿病，但因組織來源匱乏制約了胰島移植研究的開展。隨著分子細胞學技術的發展，干細胞定向分化成胰島素分泌細胞已成為現實，并有學者將其應用于臨床取得了一定的成果，2009年初美國總統奧巴馬批準了干細胞治療人體試驗(http://news.xinhuanet.com/world/2009-03/09/content_10972980.htm)，可以說多方面因素共同推動著干細胞移植在糖尿病治療領域的發展。現將干細胞移植治療糖尿病及其并發癥的進展作一綜述。

1 目前發現能夠誘導分化為胰島素分泌細胞的干細胞
干細胞是人體及其各種組織細胞的初始來源，其最顯著的生物學特征是既有自我更新和不斷增生的能力，又有多向分化的潛能。根據不同的來源，干細胞分為成體干細胞和胚胎干細胞。
1.1成體干細胞
成體干細胞是存在于胎兒和成體不同組織內的多潛能干細胞，具有自我復制能力，能夠維持機體功能的穩定，發揮生理性的細胞更新和修復組織損傷作用。目前認為能夠誘導分化為具有胰島功能的成體干細胞有胰島干細胞、骨髓造血干細胞、骨髓間充質干細胞、胎兒胰腺來源的干細胞和其他組織來源干細胞等。
1.1.1胰島干細胞
研究顯示內分泌祖細胞存在于胰腺導管內，人們在損傷胰腺的實驗模型中發現成熟胰腺導管上皮細胞可以形成內分泌細胞。Ramiya等[1]將胰腺導管細胞體外培養獲得胰島干細胞，該細胞可分化為胰島樣細胞團，在血糖的刺激下分泌胰島素，將這些細胞團移植給糖尿病鼠，可顯著降低其血糖。Pdx1(胰十二指腸同源異型盒基因，pancreatic and duodenal homeobox1)是胰腺基因表達的關鍵性轉錄因子，能維持正常β細胞內環境穩定[2]，Hui等[3]闡述，Pdx1的過多表達以及Glp-1的治療誘導胰腺導管細胞成為胰島素分泌細胞。ngn3(神經元素3，neurogenin3)是胰腺發育過程中短暫表達的蛋白，Xu X等[4]通過ngn3的表達在損傷的成熟胰腺模型中證實了β細胞祖先的存在，將部分導管結扎，導管細胞活化ngn3，這些ngn3陽性細胞表達導管細胞角蛋白，這表明它們是胰島祖細胞表型，將這些細胞分離并注入離體鼠胚胎胰島，能自主增加胰島β細胞對血糖的敏感性。
1.1.2骨髓造血干細胞
近年來發現，造血干細胞除可以分化為各系血細胞外還可以分化為多種非造血組織細胞，如肝細胞、腸、皮膚、支氣管上皮細胞，心肌細胞和中樞神經細胞。Ianus等[5]通過建立小鼠模型，將標記有熒光蛋白的骨髓造血干細胞移植到小鼠的胰島，之后移植的小鼠胰島內發現了骨髓來源的胰腺細胞，這些細胞表達胰島β細胞所特有的遺傳標志物，在葡萄糖的刺激下能分泌胰島素。Rachdi等[6]研究表明小鼠胰島中有10%-20%的胰島素陽性細胞可以檢測出造血干細胞的KIT標志物，說明造血干細胞參與胰島干細胞的再生。
1.1.3骨髓間充質干細胞
以往認為間充質干細胞是來自外胚層的，只能分化成外胚層細胞，如骨、軟骨、肌肉、神經等。目前有學者認為間充質干細胞也可以分化為內胚層細胞，如胰腺細胞。Chen等[7]提取骨髓間充質干細胞分化成為胰島功能樣細胞，他們選用Wistar大鼠在尼克酰胺和β-巰基乙醇的誘導下，細胞能表達胰島相關基因的mRNA，移植到鏈尿菌素（STZ）處理的大鼠體內能夠控制其血糖水平。在我國也有報道，賈延劼等[8]將大鼠的骨髓間充質細胞用bFGF、HGF、尼克酰胺等進行誘導，誘導后的細胞具有β細胞的部分特征，可以分泌胰島素，對糖刺激有反應性。
1.1.4胎兒胰腺來源的干細胞
Movassat等發現從人胚胰腺組織（孕18-24周）分離培養胰島樣細胞團（ICC）移植到血糖正常的鼠腎臟或胰腺上，這些細胞無論從功能上還是形態學上均能正常發育[9]。Zhang等[10]試驗表明從人體胰腺分離的ICC在體外可以傳代，經過肝細胞生長因子激活素α、β細胞調節素、exendin-4和尼克酰胺等因子誘導，該細胞能夠表達胰島素相關基因，胞內含有胰島素。
1.1.5其他組織來源的干細胞
成熟干細胞在一定環境下可以分化為與胚胎學無關的其他組織細胞[11]，如骨髓基質細胞可誘導分化為心肌細胞、肝細胞、神經細胞等外胚層起源的細胞。Feber[12]認為肝細胞可誘導分化為胰腺細胞，他們通過Pdx1的異位表達，證明這一觀點。一過性Pdx1在鼠體內肝臟細胞的出現誘導了內生胰島素基因的表達，從表達Pdx1的肝細胞分泌的胰島素能改善鼠STZ誘發的糖尿病。還有一項研究表明[13]，在位于近似中心靜脈的地方發現了產生胰島素及胰高血糖素的細胞。
1.2胚胎干細胞(ES細胞)
ES細胞是從著床前的早期胚胎(囊胚)內細胞團中分離得到的二倍體細胞，理論上具有發育和分化成為機體內幾乎所有組織細胞的潛能。ES細胞增生能力遠大于成體干細胞，備受人們關注。Assady等[14]首次報道了人胚胎干細胞(hES細胞)在去除細胞飼養層后形成擬胚體，可自發向胰島素分泌細胞方向分化，擬胚體中有1%-3%細胞成胰島素陽性染色。D’Amour等[15]報道了改良的五步法體外誘導定向分化方案(即hES細胞→定型內胚層→腸管內胚層→胰腺內胚層和內分泌前體細胞→表達激素的內分泌細胞)，通過體外培養過程中加入相應生物因子，可將hES細胞誘導分化為能夠產生胰島素、胰高血糖素、胰多肽的胰腺內分泌細胞，但C肽釋放能力差，對葡萄糖刺激反應弱。從hES細胞誘導定向分化為胰島素分泌細胞存在分化效率低，不穩定，成熟低的問題。
2干細胞移植在臨床應用的現狀
基于大量的基礎研究，干細胞移植治療糖尿病在臨床上已取得初步進展。2007年巴西研究小組在15例新診斷的I型糖尿病患者中進行自體非清髓造血干細胞移植(AHST)，結果14例患者停用了胰島素，最長時間已達35個月。其中13例患者HbA1c水平維持在7%以下，移植后6個月C肽釋放反應的曲線下面積比移植前明顯增加，谷氨酸脫氫酶抗體水平降低，12和24個月時幾乎保持不變。這一結果表明AHST可使大多數I型糖尿病患者胰島β細胞功能得到改善，從而延長不依賴胰島素狀態的時間[16]。2009年4月，美國醫學會雜志(JAMA)將更新的研究成果發表。此項研究在2007年研究的基礎上增添8例患者，通過平均29.8個月的隨診，20例患者在治療前沒有發生酮癥酸中毒，也未應用過皮質醇，通過造血干細胞移植后，擺脫了胰島素治療。其中12例病人在平均31個月內持續保持穩定水平，8例病人停用胰島素一段時間后開始皮下注射小劑量胰島素(0.1-0.3IU/kg)即可將血糖控制平穩。在這12例持續不依賴胰島素治療的病例中，HbA1c水平不超過7%，C肽釋放反應的曲線下面積從移植前225.0ng/ml顯著增加到移植后24個月時785.4ng/ml（p<0.01），36個月時728.1ng/ml（p=0.01），8例一過性停用胰島素的患者，C肽釋放反應的曲線下面積由治療前148.9ng/ml增加到治療后36個月時546.8ng/ml（p=0.01），48個月時仍保持這一水平，隨著時間的延長，其中兩例患者又重新擺脫了胰島素的治療。在入選的23個病例中，，2例發生細菌培養陰性肺炎，3例出現內分泌機能障礙，9例出現少精子癥，沒有死亡病例[17]。可見，通過對新診斷1型糖尿病患者進行造血干細胞移植并經過29.8個月的隨診，C肽水平顯著增加，大多數患者成功擺脫了胰島素的治療且血糖控制平穩。
國內郭連瑞[18]于2004年就報道了缺血下肢肌肉內局部注射自體骨髓干細胞，可使糖尿病足患者臨床癥狀改善，并有新生側枝血管形成。陳兵[19]等人報道，將自體骨髓間充質干細胞體外擴增后通過多點注射方式移植在患肢小腿及足部肌間隙，移植后一個月，細胞移植組患者肢體疼痛、冷感、間歇性跛行癥狀均有改善，踝肱指數明顯升高，雙下肢血管顯像血流灌注有所增加，與常規治療組比較差異均有顯著性意義。
3 前景
分子細胞學的研究為干細胞治療糖尿病奠定了一定的理論基礎，臨床研究也初見成效，可以說干細胞技術在糖尿病及其并發癥治療領域具有美好的發展前景。但目前仍存在一些問題：一、基礎研究仍存在很大探討空間，如明確調控干細胞誘導分化為β細胞的關鍵信號因子，確立更加優化的體外誘導分化方案，對分化的胰島素分泌細胞進行嚴格的功能鑒定等；二、臨床研究并不普遍，存在樣本量少、觀察時間短、缺乏嚴格對照等弊端，必須嚴格掌握治療的適應癥，并建立科學客觀的療效判定標準；三、開展干細胞移植還需關注倫理學方面的工作，在嚴格遵循國際公認的倫理學原則的基礎上，必須獲得醫藥衛生管理當局和本單位倫理委員會的批準，必須遵循知情同意，必須讓本人與家屬充分了解獲益與風險評估情況等。總之，面對問題，不斷發展，干細胞移植在整個生命科學領域中具有巨大的發展潛能，將為糖尿病的治療掀開嶄新的一頁。
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