1型糖尿病干細胞治療的研究進展

摘 要 1型糖尿病是T細胞介導的以胰島β細胞破壞為主的自身免疫性疾病，需應用外源性胰島素控制血糖，目前沒有根治辦法。干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，能誘導分化成胰島素分泌細胞，已經成為人們尋找誘導β細胞替代物的新資源。本文綜述干細胞在1型糖尿病治療方面的研究現狀。

關鍵詞 1型糖尿病 干細胞 胰島素分泌細胞

中圖分類號：R587.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2014）06-0025-04

1型糖尿病是一種由多種病因引起的針對胰島β細胞的自身免疫性疾病，需應用外源性胰島素控制血糖，目前尚無根治辦法。干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞，具有在一定條件下分化為各種細胞、組織、器官的功能。由于糖尿病的發病機制主要為胰島功能損害造成胰島素絕對或相對分泌不足，因此，通過體內或體外誘導干細胞定向分化為具有胰島素分泌能力的細胞，重建胰島功能，有望徹底治愈1型糖尿病。

目前干細胞治療1型糖尿病的研究可分為胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）和成體干細胞（adult stem cell，ASC）。ASC存在于胎兒和成人組織及器官中，是已分化組織中的未分化細胞，具有自我更新能力。雖然ASC可能不具有ESC那樣的全能性，但在一定條件下，ASC可跨越傳統胚層概念的界限，分化為其他胚層來源的細胞，這種特性稱為干細胞的可塑性[1]，也有人稱之為橫向分化或者轉分化[2]。目前在1型糖尿病中研究較多的ASC是間充質干細胞、造血干細胞、胰腺干細胞。

1 胚胎干細胞

胚胎干細胞是指來源于囊胚的內細胞團和受精卵發育至桑椹胚之前的胚胎細胞，是一種全能干細胞，因具有發育成各胚層的潛能而成為胰島素分泌細胞替代治療中最有希望的種子細胞。已有許多研究結果證明，胚胎干細胞可以被誘導分化為胰島素分泌細胞。Soria等[3]最先采用基因工程方法將小鼠胚胎干細胞誘導分化為葡萄糖敏感的胰島素分泌細胞。Lumelsky等[4]在進行鼠ESCs誘導分化研究時發現，ESC可在體外誘導分化形成類似在體胰島組織的胰島素分泌結構，為胚胎干細胞移植治療糖尿病提供了實驗依據。劉星霞等[5]將小鼠胚胎干細胞ES-D3誘導生成的胰島素分泌細胞（IPC）皮下移植給糖尿病模型小鼠，能在一段時間內顯著降低受鼠的血糖水平，改善一般狀況，對糖尿病小鼠有一定的治療作用。Assady等[6]發現人胚胎干細胞在體外貼壁培養和懸浮培養時都能分化為表達胰島素的陽性細胞，胰島β細胞標志（如葡萄糖轉運子等）均為陽性，提示人胚胎干細胞也可以分化為胰島β細胞，從而發揮治療糖尿病的作用。Kwon等[7]利用蛋白轉導技術把轉錄因子Pdx-1直接通過細胞膜轉運到胚胎干細胞的細胞核，這種經過轉導的Pdx-1可激活其下游的靶基因，引起胚胎干細胞優先分化表達成高水平胰島素的細胞，而且這些細胞對C肽染色陽性。

2 間充質干細胞

間充質干細胞（mesenchymal stem cells， MSC）具有自我更新和分化為3個胚層細胞的能力，是糖尿病β細胞替代治療的另一可供選擇的細胞來源。MSC能分化為β細胞替代受損的β細胞；同時MSC能遷移到受損的胰腺，通過分泌多種生物活性物質和調節性的增長因子，促進血管生成，改善β細胞生存微環境，修復受損胰腺。此外，MSC還具有調節免疫作用，通過減少自體免疫介導的對胰島的攻擊，從而阻止胰島β細胞的進一步受損。

Chen等[8]從Wistar大鼠的骨髓中分離出間充質干細胞，用尼克酰胺和β-巰基乙醇誘導分化，這些誘導后的細胞能表達胰島相關基因的mRNA，在體外呈現出葡萄糖依賴的胰島素分泌。將這些細胞移植到鏈脲佐菌素（STZ）處理的大鼠體內，能夠控制其血糖水平。高峰等[9]觀察共表達PDX-1和BTC基因的大鼠骨髓MSC植入1型糖尿病大鼠腎包膜下對糖尿病的治療作用，結果PDX-1和BTC共表達的MSC置于基礎分化培養基7 d后，形成分泌胰島素的PILC，移植組在移植PILC后，血糖水平明顯降低，體內胰島素水平明顯上升，腹腔糖耐量試驗接近正常水平，移植組大鼠腎組織中檢測到胰島素的分泌。Moriscot 等[10]從人骨髓中提取MSC，以腺病毒作載體，將3個特異性的β細胞轉錄因子（Foxa2，Hb9，Pdx1）進行基因轉染，與人的胰島組織共同培養，結果顯示該細胞可以表達幾乎所有的胰島β細胞的相關基因。

3 造血干細胞

在臨床治療中，造血干細胞應用較早，在20世紀50年代，臨床上就開始應用骨髓移植（BMT）方法來治療血液系統疾病。而近年研究發現，造血干細胞除可以分化為血細胞外，還可以分化為各種非造血組織的細胞。

3.1 基礎研究

Kojima等[11]研究表明糖尿病鼠胰腺外許多組織含有胰島素表達陽性細胞，包括胸腺、骨髓、脂肪組織、脾臟、肝臟，這些胰島素表達陽性細胞來源于骨髓。Burt等[12]研究表明造血干細胞能夠誘導免疫耐受，調節T細胞的陽性選擇及陰性選擇，改善糖尿病鼠的免疫功能，促進胰島細胞再生。Rachdi等[13]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，而且，研究顯示表達c-kit干細胞標志物（可作為干細胞表面標志物）的骨髓細胞可使高血糖水平降低，而c-kit表達陰性的細胞卻無此功能，說明造血干細胞參與胰島細胞的再生。

另外，有學者研究通過誘導對自身抗原的免疫耐受來預防和治療1型糖尿病。早在1997年，French等[14]就構建了由MHC-Π類分子啟動子操控的胰島素原的轉基因NOD鼠，并觀察到其胰島素幾乎不存在，糖尿病的發病被成功預防。Steptoe等[15]則進一步將這種轉基因NOD鼠的造血干細胞移植給普通的NOV鼠，發現可以防止普通NOV鼠自發性糖尿病的形成。在此基礎上，Chan等[16]把正常NOV鼠的造血干細胞進行體外基因轉染，使其表達胰島素原，移植給NOV鼠，胰島素的發生和嚴重程度均明顯減少，說明免疫抑制可用于預防和治療1型糖尿病。

3.2 臨床研究

骨髓造血干細胞移植和外造血干細胞移植是臨床常用的療法，外周血干細胞采集簡單、方便、安全、有效，且外周血造血干細胞與骨髓移植相比，造血和免疫恢復快，可以減少住院時間，減少抗生素的使用和輸血依賴，降低醫療費用。2007年Voltarelli等[17]報道，采用大劑量免疫抑制劑后進行自體非清髓性造血干細胞移植治療15例新診斷的1型糖尿病患者，結果在7～36個月的隨訪中，14例患者可達到并維持不同時間的胰島素非依賴。該研究小組后來增加8例患者，經7～58個月的隨訪，20例沒有酮癥酸中毒，脫離胰島素，其中12例平均保持31個月，8例復發，并恢復使用低劑量胰島素。在連續脫離胰島素的患者，糖化血紅蛋白水平低于7.0%，移植后6個月的C肽曲線下面積（AUC）大幅上升，血糖控制良好，大多數患者脫離胰島素[18]。

沈山梅等[29]采用自體非清髓性造血干細胞移植治療1例1型糖尿病患者，移植后第27天停止注射胰島素，隨診15個月，病情穩定，血糖控制良好，糖化血紅蛋白穩定在7.0%以下。景華等[20]采用T淋巴系統清除和自體造血干細胞免疫重建治療1型糖尿病患者2例，分別于回輸后第14天和第22天停用胰島素，復查糖化血紅蛋白及C肽恢復正常，谷氨酸脫羧酶抗體滴度明顯降低。

4 胰腺干細胞

胰腺干細胞是胚胎發育中沒有進行終末分化的胰腺細胞，能分化為各種胰腺細胞，成為糖尿病治療的重要干細胞來源。Peck等[21]成功地從人和小鼠的胰腺導管上皮分離了干細胞，在體外培養條件下能快速增殖，并失去導管上皮細胞特異性的表型，該細胞在合適的條件下可分化形成誘導的各種分泌細胞，具有多向分化潛能，被稱為胰腺干細胞。國外也有人將小鼠胰腺組織制成單細胞懸液，用添加正常小鼠血清的低糖EHAA培養基對其進行培養，直到生長出單層上皮樣的細胞，這些干細胞具有很強的自我更新能力及分化潛能。Ramiya等[22]長期（超過3年）培養了胰腺導管中的干細胞，在整個培養過程中，它們均保持著分化為胰島細胞的潛能。Bonner Weir等[23]對分離于人胰腺組織的胰管細胞進行培養，成功誘導胰腺干細胞分化為既含胰管細胞又含胰島細胞的細胞群，這些細胞群能分泌胰島素，其分泌量隨著糖濃度的增高而增多，他們用免疫組化等方法證明了這些細胞群含有胰島的所有細胞類型。很顯然，擴增及誘導胰腺干細胞分化是獲得β細胞替代物更直接的途徑。

5 其他干細胞

在尋找干細胞的來源時，主要是基于干細胞的可塑性，一些和胰腺具有相同起源的組織器官的干細胞，如肝臟、神經、胃腸道等都和胰腺一樣起源于內胚層。研究表明，這些組織的干細胞可以分化為胰島素分泌細胞。Yang等利用肝臟的橢圓細胞在特定環境下誘導產生了具有胰島樣的細胞團[24]。也有人提取胎鼠腦組織的神經干細胞，在體外培養并誘導分化為胰島素分泌細胞[25]。

6 前景與展望

綜上所述，目前的研究已經在利用干細胞治療糖尿病方面取得一些令人振奮的進展，但這項研究尚處于初期階段。用干細胞對糖尿病進行細胞替代治療中的許多問題，還未研究清楚，仍需深入研究胰腺發育的內在復雜機制，確定干細胞的本質特征以及誘導分化為可移植的、有功能的β細胞的體外培養條件。人類干細胞研究已經向前邁出了一大步，其技術的突破將意味著對糖尿病從控制血糖轉入治愈的階段，相信隨著基因工程及細胞工程技術的蓬勃發展，人類最終可以利用干細胞移植治愈1型糖尿病。

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（收稿日期：2013-09-06）