1型糖尿病干细胞治疗的研究进展
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摘 要 1型糖尿病是T细胞介导的以胰岛β细胞破坏为主的自身免疫性疾病，需应用外源性胰岛素控制血糖，目前没有根治办法。干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，能诱导分化成胰岛素分泌细胞，已经成为人们寻找诱导β细胞替代物的新资源。本文综述干细胞在1型糖尿病治疗方面的研究现状。
关键词 1型糖尿病 干细胞 胰岛素分泌细胞
中图分类号：R587.1 文献标识码：A 文章编号：1006-1533（2014）06-0025-04
1型糖尿病是一种由多种病因引起的针对胰岛β细胞的自身免疫性疾病，需应用外源性胰岛素控制血糖，目前尚无根治办法。干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，具有在一定条件下分化为各种细胞、组织、器官的功能。由于糖尿病的发病机制主要为胰岛功能损害造成胰岛素绝对或相对分泌不足，因此，通过体内或体外诱导干细胞定向分化为具有胰岛素分泌能力的细胞，重建胰岛功能，有望彻底治愈1型糖尿病。
目前干细胞治疗1型糖尿病的研究可分为胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）和成体干细胞（adult stem cell，ASC）。ASC存在于胎儿和成人组织及器官中，是已分化组织中的未分化细胞，具有自我更新能力。虽然ASC可能不具有ESC那样的全能性，但在一定条件下，ASC可跨越传统胚层概念的界限，分化为其他胚层来源的细胞，这种特性称为干细胞的可塑性[1]，也有人称之为横向分化或者转分化[2]。目前在1型糖尿病中研究较多的ASC是间充质干细胞、造血干细胞、胰腺干细胞。
1 胚胎干细胞
胚胎干细胞是指来源于囊胚的内细胞团和受精卵发育至桑椹胚之前的胚胎细胞，是一种全能干细胞，因具有发育成各胚层的潜能而成为胰岛素分泌细胞替代治疗中最有希望的种子细胞。已有许多研究结果证明，胚胎干细胞可以被诱导分化为胰岛素分泌细胞。Soria等[3]最先采用基因工程方法将小鼠胚胎干细胞诱导分化为葡萄糖敏感的胰岛素分泌细胞。Lumelsky等[4]在进行鼠ESCs诱导分化研究时发现，ESC可在体外诱导分化形成类似在体胰岛组织的胰岛素分泌结构，为胚胎干细胞移植治疗糖尿病提供了实验依据。刘星霞等[5]将小鼠胚胎干细胞ES-D3诱导生成的胰岛素分泌细胞（IPC）皮下移植给糖尿病模型小鼠，能在一段时间内显著降低受鼠的血糖水平，改善一般状况，对糖尿病小鼠有一定的治疗作用。Assady等[6]发现人胚胎干细胞在体外贴壁培养和悬浮培养时都能分化为表达胰岛素的阳性细胞，胰岛β细胞标志（如葡萄糖转运子等）均为阳性，提示人胚胎干细胞也可以分化为胰岛β细胞，从而发挥治疗糖尿病的作用。Kwon等[7]利用蛋白转导技术把转录因子Pdx-1直接通过细胞膜转运到胚胎干细胞的细胞核，这种经过转导的Pdx-1可激活其下游的靶基因，引起胚胎干细胞优先分化表达成高水平胰岛素的细胞，而且这些细胞对C肽染色阳性。
2 间充质干细胞
间充质干细胞（mesenchymal stem cells， MSC）具有自我更新和分化为3个胚层细胞的能力，是糖尿病β细胞替代治疗的另一可供选择的细胞来源。MSC能分化为β细胞替代受损的β细胞；同时MSC能迁移到受损的胰腺，通过分泌多种生物活性物质和调节性的增长因子，促进血管生成，改善β细胞生存微环境，修复受损胰腺。此外，MSC还具有调节免疫作用，通过减少自体免疫介导的对胰岛的攻击，从而阻止胰岛β细胞的进一步受损。
Chen等[8]从Wistar大鼠的骨髓中分离出间充质干细胞，用尼克酰胺和β-巯基乙醇诱导分化，这些诱导后的细胞能表达胰岛相关基因的mRNA，在体外呈现出葡萄糖依赖的胰岛素分泌。将这些细胞移植到链脲佐菌素（STZ）处理的大鼠体内，能够控制其血糖水平。高峰等[9]观察共表达PDX-1和BTC基因的大鼠骨髓MSC植入1型糖尿病大鼠肾包膜下对糖尿病的治疗作用，结果PDX-1和BTC共表达的MSC置于基础分化培养基7 d后，形成分泌胰岛素的PILC，移植组在移植PILC后，血糖水平明显降低，体内胰岛素水平明显上升，腹腔糖耐量试验接近正常水平，移植组大鼠肾组织中检测到胰岛素的分泌。Moriscot 等[10]从人骨髓中提取MSC，以腺病毒作载体，将3个特异性的β细胞转录因子（Foxa2，Hb9，Pdx1）进行基因转染，与人的胰岛组织共同培养，结果显示该细胞可以表达几乎所有的胰岛β细胞的相关基因。
3 造血干细胞
在临床治疗中，造血干细胞应用较早，在20世纪50年代，临床上就开始应用骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病。而近年研究发现，造血干细胞除可以分化为血细胞外，还可以分化为各种非造血组织的细胞。
3.1 基础研究
Kojima等[11]研究表明糖尿病鼠胰腺外许多组织含有胰岛素表达阳性细胞，包括胸腺、骨髓、脂肪组织、脾脏、肝脏，这些胰岛素表达阳性细胞来源于骨髓。Burt等[12]研究表明造血干细胞能够诱导免疫耐受，调节T细胞的阳性选择及阴性选择，改善糖尿病鼠的免疫功能，促进胰岛细胞再生。Rachdi等[13]研究表明小鼠胰岛中有10%～20%的胰岛素阳性细胞可以检测出造血干细胞的kit标志物，而且，研究显示表达c-kit干细胞标志物（可作为干细胞表面标志物）的骨髓细胞可使高血糖水平降低，而c-kit表达阴性的细胞却无此功能，说明造血干细胞参与胰岛细胞的再生。
另外，有学者研究通过诱导对自身抗原的免疫耐受来预防和治疗1型糖尿病。早在1997年，French等[14]就构建了由MHC-Π类分子启动子操控的胰岛素原的转基因NOD鼠，并观察到其胰岛素几乎不存在，糖尿病的发病被成功预防。Steptoe等[15]则进一步将这种转基因NOD鼠的造血干细胞移植给普通的NOV鼠，发现可以防止普通NOV鼠自发性糖尿病的形成。在此基础上，Chan等[16]把正常NOV鼠的造血干细胞进行体外基因转染，使其表达胰岛素原，移植给NOV鼠，胰岛素的发生和严重程度均明显减少，说明免疫抑制可用于预防和治疗1型糖尿病。
3.2 临床研究
骨髓造血干细胞移植和外造血干细胞移植是临床常用的疗法，外周血干细胞采集简单、方便、安全、有效，且外周血造血干细胞与骨髓移植相比，造血和免疫恢复快，可以减少住院时间，减少抗生素的使用和输血依赖，降低医疗费用。2007年Voltarelli等[17]报道，采用大剂量免疫抑制剂后进行自体非清髓性造血干细胞移植治疗15例新诊断的1型糖尿病患者，结果在7～36个月的随访中，14例患者可达到并维持不同时间的胰岛素非依赖。该研究小组后来增加8例患者，经7～58个月的随访，20例没有酮症酸中毒，脱离胰岛素，其中12例平均保持31个月，8例复发，并恢复使用低剂量胰岛素。在连续脱离胰岛素的患者，糖化血红蛋白水平低于7.0%，移植后6个月的C肽曲线下面积（AUC）大幅上升，血糖控制良好，大多数患者脱离胰岛素[18]。
沈山梅等[29]采用自体非清髓性造血干细胞移植治疗1例1型糖尿病患者，移植后第27天停止注射胰岛素，随诊15个月，病情稳定，血糖控制良好，糖化血红蛋白稳定在7.0%以下。景华等[20]采用T淋巴系统清除和自体造血干细胞免疫重建治疗1型糖尿病患者2例，分别于回输后第14天和第22天停用胰岛素，复查糖化血红蛋白及C肽恢复正常，谷氨酸脱羧酶抗体滴度明显降低。
4 胰腺干细胞
胰腺干细胞是胚胎发育中没有进行终末分化的胰腺细胞，能分化为各种胰腺细胞，成为糖尿病治疗的重要干细胞来源。Peck等[21]成功地从人和小鼠的胰腺导管上皮分离了干细胞，在体外培养条件下能快速增殖，并失去导管上皮细胞特异性的表型，该细胞在合适的条件下可分化形成诱导的各种分泌细胞，具有多向分化潜能，被称为胰腺干细胞。国外也有人将小鼠胰腺组织制成单细胞悬液，用添加正常小鼠血清的低糖EHAA培养基对其进行培养，直到生长出单层上皮样的细胞，这些干细胞具有很强的自我更新能力及分化潜能。Ramiya等[22]长期（超过3年）培养了胰腺导管中的干细胞，在整个培养过程中，它们均保持着分化为胰岛细胞的潜能。Bonner Weir等[23]对分离于人胰腺组织的胰管细胞进行培养，成功诱导胰腺干细胞分化为既含胰管细胞又含胰岛细胞的细胞群，这些细胞群能分泌胰岛素，其分泌量随着糖浓度的增高而增多，他们用免疫组化等方法证明了这些细胞群含有胰岛的所有细胞类型。很显然，扩增及诱导胰腺干细胞分化是获得β细胞替代物更直接的途径。
5 其他干细胞
在寻找干细胞的来源时，主要是基于干细胞的可塑性，一些和胰腺具有相同起源的组织器官的干细胞，如肝脏、神经、胃肠道等都和胰腺一样起源于内胚层。研究表明，这些组织的干细胞可以分化为胰岛素分泌细胞。Yang等利用肝脏的椭圆细胞在特定环境下诱导产生了具有胰岛样的细胞团[24]。也有人提取胎鼠脑组织的神经干细胞，在体外培养并诱导分化为胰岛素分泌细胞[25]。
6 前景与展望
综上所述，目前的研究已经在利用干细胞治疗糖尿病方面取得一些令人振奋的进展，但这项研究尚处于初期阶段。用干细胞对糖尿病进行细胞替代治疗中的许多问题，还未研究清楚，仍需深入研究胰腺发育的内在复杂机制，确定干细胞的本质特征以及诱导分化为可移植的、有功能的β细胞的体外培养条件。人类干细胞研究已经向前迈出了一大步，其技术的突破将意味着对糖尿病从控制血糖转入治愈的阶段，相信随着基因工程及细胞工程技术的蓬勃发展，人类最终可以利用干细胞移植治愈1型糖尿病。
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（收稿日期：2013-09-06）