胰島移植治療糖尿病的新進(jìn)展

鄧紹平，朱一帆，魏玲玲，黃孝倫

(四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院，四川成都610072)

隨著外科移植技術(shù)的發(fā)展和胰島分離純化技術(shù)的改進(jìn)，作為胰島素替代療法的胰腺和胰島移植被認(rèn)為是當(dāng)今糖尿病治療的比較理想的方法和手段。雖然胰腺移植已在臨床開展很多年并取得良好效果，但是胰腺移植有很多局限性：手術(shù)難度較大、并發(fā)癥發(fā)生率高、對器官供體要求標(biāo)準(zhǔn)高(年齡和體重指數(shù))、需要解決外分泌腺引流的問題以及終生使用免疫抑制劑等問題。與胰腺移植相比，胰島細(xì)胞移植具有許多優(yōu)勢：首先，胰島移植操作簡單安全，如果胰島被排斥不需再次手術(shù)去除移植物;另外也可反復(fù)多次移植。更為重要的是，移植物能夠在體外進(jìn)行修飾。與整個(gè)胰腺具有的強(qiáng)烈的免疫原性不同，胰島的內(nèi)分泌細(xì)胞免疫原性較低，通過清除胰島細(xì)胞的過客淋巴細(xì)胞(抗原呈遞細(xì)胞)從而改變組織的免疫原性，可使分離的胰島細(xì)胞能夠在不使用免疫抑制劑的情況下存活。所以，胰島移植是一個(gè)相對簡單、安全、最有前途的治療1型糖尿病的理想方法[1～6]。本文簡要總結(jié)人胰島移植的新進(jìn)展并討論目前面臨的主要問題。

自1977年美國明尼蘇達(dá)大學(xué)報(bào)道了首例胰島移植治療1型糖尿病患者以來，尤其在1986年Ricordi發(fā)明了“半自動化胰島分離的方法”以后[7，8]，胰島移植的臨床應(yīng)用逐漸增多。1990～2000年全世界共實(shí)施了約300例胰島移植手術(shù)，然而整體效果不盡人意，僅有約10% 的患者短暫性地脫離了外源性胰島素[9]。2000年，加拿大的 Shapiro及其同事改良了免疫抑制治療的用藥方案，并采用多供體來源的胰島進(jìn)行移植，取得了連續(xù)7例胰島移植的成功，患者完全脫離胰島素治療達(dá)1年以上[1]。這是胰島移植發(fā)展史上的一個(gè)重大突破。他們的治療方案，即Edmonton方案，強(qiáng)調(diào)要達(dá)到脫離外源性胰島素，胰島細(xì)胞的移植量要達(dá)到≥10000 IEQ/kg體重(通常需要2～3個(gè)供體胰腺供給一個(gè)受體)，并且不使用皮質(zhì)類固醇類免疫抑制劑。此后美國賓夕法尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功重復(fù)了Edmonton方案的結(jié)果，更進(jìn)一步證實(shí)移植單供體來源的胰島細(xì)胞亦可達(dá)到外源性胰島素脫離[10，11]。兩年后，Hering 等也報(bào)道用單個(gè)供體獲得的胰島實(shí)施胰島移植并取得良好效果：在他的方案中全部8例患者達(dá)到胰島素脫離，其中5例患者1年后仍免用胰島素[3]。此外，在2006年，一個(gè)多中心的臨床研究證實(shí)了這一結(jié)果，并指出富有經(jīng)驗(yàn)的胰島移植中心能夠取得更好的臨床移植效果[2]。截至2007年，全球50多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)實(shí)施了逾700例胰島細(xì)胞移植[12]，然而由于胰島移植長期效果欠佳，在過去的數(shù)年中實(shí)施的臨床胰島移植的數(shù)量有所減少。

1 胰島移植的臨床效果評估

目前在全世界約有1000例患者接受胰島移植。大多數(shù)已報(bào)道的胰島移植研究是用于血糖控制困難或有頻發(fā)性外源性胰島素引發(fā)的低血糖昏迷史的1型糖尿病患者;另外一些是已經(jīng)接受腎移植的糖尿病患者。由于尚缺乏隨機(jī)對照研究以評估胰島移植的效果，所以目前采用胰島素脫離、低血糖控制與生活質(zhì)量、血管并發(fā)癥以及生存期等參數(shù)評價(jià)胰島移植的效果和作用。

1.1 血糖控制效果及脫離/減少外源性胰島素的使用 2000年Shapiro發(fā)表了胰島移植里程碑式的結(jié)果：7例接受胰島移植的患者在平均11個(gè)月的時(shí)間內(nèi)全部達(dá)到脫離外源性胰島素的狀態(tài)[1]。這一結(jié)果令人振奮，但胰島素脫離狀態(tài)未能長時(shí)間保持。2005年他們報(bào)道了隨訪65例胰島移植患者的結(jié)果：胰島移植后1、2、5年的脫離胰島素的患者的比例分別為69%、37%及7.5%，然而在胰島移植5年后仍然可檢測到 C-肽分泌的患者比率是82%[13]。這一結(jié)果顯示了移植胰島的長期功能，但不足以支持長期的胰島素脫離。Vantyghem也報(bào)道了類似的結(jié)果：14例胰島移植患者在接受胰島移植3.3年后(截至發(fā)稿)有57%的患者保持胰島素脫離，所有患者均可檢測到C肽分泌[14]。美國國際胰島移植登記處(Collaborative Islet Transplant Registry，CITR)報(bào)道了1999～2008年257例接受異體胰島移植患者的3年隨訪數(shù)據(jù)，顯示27% 的受體可脫離外源性胰島素，57%的患者可檢測到C肽[15]。上述結(jié)果表明，部分移植胰島可長期保有功能，能夠穩(wěn)定控制血糖并減少外源性胰島素用量。然而，由于常常存在移植胰島功能持續(xù)降低及C肽濃度下降，使患者日益難以控制血糖，最終仍需要大量外源性胰島素。

1.2 對外源性胰島素誘發(fā)的低血糖癥的改善及對生活質(zhì)量的提高 如上所述，盡管移植的胰島不能長期保有功能以使患者脫離外源性胰島素，但是接受胰島移植的患者多數(shù)能夠保持穩(wěn)定的血糖，他們不僅減少了外源性胰島素的用量，還能減少或避免外源性胰島素誘發(fā)的低血糖癥的發(fā)生。研究顯示，對于那些不穩(wěn)定性1型糖尿病患者，其低血糖意識經(jīng)常隨時(shí)間的推移而逐漸下降，但可通過胰島移植逐漸增強(qiáng)。研究結(jié)果還表明，直到移植的胰島組織失去作用后，胰島移植的這種效應(yīng)仍能發(fā)揮作用[16]。數(shù)個(gè)針對胰島移植患者在移植前后填寫的標(biāo)準(zhǔn)心理學(xué)健康狀況調(diào)查表(Health Status Questionnaires，HSQ)2.0版及糖尿病生活質(zhì)量調(diào)查表(Diabetes Quality of Life Questionnaires，DQoL)的回顧性研究顯示，胰島移植后焦慮及對生活滿意度的分?jǐn)?shù)顯著改善，在生理限制、肢體疼痛、社會功能等項(xiàng)目的得分均有所改觀。這一結(jié)果顯示胰島移植可以提高患者的自信心，并提高對生活的滿意度[17～19]。

1.3 對血管并發(fā)癥及生存期的改善 近期的臨床研究結(jié)果證實(shí)，胰島移植能夠顯著改善微血管并發(fā)癥。一項(xiàng)針對42例患者的對比胰島移植及常規(guī)治療對微血管并發(fā)癥的一項(xiàng)研究顯示[21]，與常規(guī)治療相比胰島移植改善了糖化血紅蛋白水平、減緩了視網(wǎng)膜病的發(fā)展、穩(wěn)定了腎小球?yàn)V過率。對44例接受過腎移植的1型糖尿病患者的前瞻性研究顯示，24例接受胰島移植的患者移植腎臟存活率優(yōu)于對照組(86%vs 42%)[20]。胰島移植亦能改善心血管功能：腎移植聯(lián)合胰島移植(聯(lián)合組)與僅有腎移植(腎移植組)的對比研究顯示，聯(lián)合組左心室射血分?jǐn)?shù)在胰島移植后顯著增加，腎移植3年后聯(lián)合組左心室舒張功能顯著優(yōu)于腎移植組[22]。以上研究結(jié)果清晰地表明，胰島移植可改善或穩(wěn)定微血管并發(fā)癥，并改善心血管功能參數(shù)[20～22]。

由于胰島移植能夠防止或延緩血管并發(fā)癥的進(jìn)展，有理由相信胰島移植能夠同胰腺移植一樣可以改善患者生存期[23]。然而，由于目前全世界接受胰島移植的患者僅約1000例、隨訪時(shí)間尚短，以及多數(shù)研究僅為小樣本研究，還需要長期隨訪以確定胰島移植對患者生存期的影響。

2 臨床胰島移植面臨的主要問題及解決方法

移植的胰島細(xì)胞通過對血糖進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和精細(xì)的調(diào)控可使糖代謝恢復(fù)正常而減少低血糖的發(fā)生率，從而防止或減緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生，在許多情況下可實(shí)現(xiàn)內(nèi)分泌替代治療。然而，胰島移植的廣泛臨床應(yīng)用仍然面臨很多挑戰(zhàn)，主要包括胰腺供體的匱乏和需要長期使用免疫抑制劑。

2.1 胰腺供體缺乏及可能的解決方法 多種方法可解決器官/組織來源短缺問題，如單個(gè)供體的胰島移植、活體供體胰島移植、異種胰島移植以及胰島素分泌細(xì)胞(來源于干細(xì)胞)等。

首先，根據(jù)現(xiàn)行的臨床胰島移植方案，很多研究者采用多個(gè)供體獲得的胰島實(shí)施胰島移植并取得成功[1，4，10，24]。然而，多個(gè)供體來源的胰島數(shù)量仍然難以確保獲得達(dá)到胰島素完全脫離的最小的胰島細(xì)胞量，即10，000 IEQ/kg受者體重。我們在世界上首次證實(shí)單供體來源的胰島可治愈糖尿病[10，11]。隨后Hering等也報(bào)告了用單個(gè)供體獲得的胰島實(shí)施胰島移植并取得了良好效果[3]。在其方案中，全部8例患者達(dá)到了完全胰島素脫離，其中5例患者1年后仍可免用胰島素。為了在臨床胰島移植中達(dá)到1個(gè)供體配1個(gè)受體，世界各胰島移植中心的工作重點(diǎn)集中在將胰島處理過程標(biāo)準(zhǔn)化的研究中。其次，活體供體胰島移植是潛在的擴(kuò)展供體群的方法。日本的Matsumoto等報(bào)道了首例活體供體胰島移植[25]。將從一位母親的遠(yuǎn)端胰腺分離出的未純化的胰島移植入患有不穩(wěn)定性糖尿病的女兒體內(nèi)，受體脫離外源性離胰島素超過1年[26]。雖然該報(bào)告中活體供體胰島移植取得成功，但是這種從部分胰腺中取得胰島的方法很難獲得足夠的、可維持正常糖代謝的胰島細(xì)胞數(shù)量，除非像在我們前期的研究中所做的一樣，通過細(xì)胞基因修飾以改善胰島功能或誘導(dǎo)胰島細(xì)胞增長[27，28]。第三，從豬胰腺獲得的異種胰島是胰島移植的重要替代資源[29～32]。Hering與Larcen近期報(bào)道，在強(qiáng)大的免疫抑制劑如共刺激阻滯劑的幫助下，在非人靈長類動物體內(nèi)移植豬胰島后可重建血糖控制機(jī)制超過100天。這些結(jié)果說明豬胰島異種移植有可能成為治療1型糖尿病的胰島移植的有效替代方案[33，34]?；蚬こ特i的研制已取得重要進(jìn)展，由于基因工程豬獲得的胰島β細(xì)胞可表達(dá)特異性的免疫調(diào)節(jié)蛋白(CD46)。從這樣的豬體內(nèi)獲取的胰島顯示了更好的免疫調(diào)節(jié)效果，并延長了在非人靈長類動物胰島移植模型中的存活時(shí)間[35]。然而，異種胰島移植仍有很多障礙需要克服，如進(jìn)一步降低抗原性以減少免疫抑制劑的用量及避免感染豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄酶病毒的可能性[29]。為克服這些障礙，免疫隔離方案如胰島微囊化技術(shù)亦能用來防止免疫排斥，在不使用免疫抑制劑的情況下延長移植胰島的存活時(shí)間[36～39]。最后，近年來在胚胎及成人干細(xì)胞亞群中分化β細(xì)胞也已取得重要進(jìn)展。已能在體外用多種干細(xì)胞分化獲得胰島素分泌細(xì)胞[40，41]。一些研究顯示，體內(nèi)干細(xì)胞可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素分泌細(xì)胞，包括橢圓形肝細(xì)胞[42]、脾臟來源細(xì)胞[43]及骨髓來源細(xì)胞[44]。羊膜來源的干細(xì)胞的分化能力亦能達(dá)此目的[45]。人胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞與β細(xì)胞相伴[46]并可在鼠類及人體內(nèi)轉(zhuǎn)化為內(nèi)分泌的胰島細(xì)胞[47～50]。此外，在近期以人胚胎干細(xì)胞來源的細(xì)胞，尤其是應(yīng)用誘導(dǎo)多能干細(xì)(induced pluripotent stem cells，iPS)對糖尿病的治療顯示了極好的前景?；颊咛禺愋詉PS的應(yīng)用作為潛在的胰島素分泌細(xì)胞來源，這樣不僅解決了供體短缺的問題，且不存在種屬差異及免疫排斥的問題。

2.2 新型免疫抑制方案及誘導(dǎo)免疫耐受 對糖尿病患者來說，尤其是對還沒有腎衰并發(fā)癥的早期糖尿病患者，不適宜做同種異體或異基因胰島移植聯(lián)合終生服用免疫抑制劑。因?yàn)槊庖咭种苿┩ǔ碓S多全身性副作用，包括諸如增加機(jī)體發(fā)生腫瘤和感染的風(fēng)險(xiǎn);此外，免疫抑制劑本身還會導(dǎo)致胰島素抵抗和β細(xì)胞功能減低。因此，開發(fā)低毒副作用的有效的免疫抑制劑顯得尤為重要。

正如加拿大Edmonton方案不能有效防止受體對胰島的排斥從而導(dǎo)致移植胰島功能隨時(shí)間降低或喪失，改進(jìn)免疫抑制劑方案已成為改善移植胰島長期功能的關(guān)鍵所在。數(shù)個(gè)以T細(xì)胞為靶向的制劑已應(yīng)用于臨床并顯示出優(yōu)異的效果。明尼蘇達(dá)的研究組應(yīng)用anti-CD3 mAb[hOKT3c1(Ala-Ala)]防止對移植胰島的排斥并取得良好結(jié)果，即使在單個(gè)供體胰島移植中亦是如此[35]。賓夕法尼亞大學(xué)研究組在靈長類動物模型中應(yīng)用抗胸腺細(xì)胞球蛋白(anti-thymocyte globulin)聯(lián)合使用Rituximab(anti-CD20)，并以雷帕霉素(RAPA)單劑長期維持治療，明顯延長了胰島的長期存活時(shí)間;更重要的是，在某些情況下即使撤除雷帕霉素后移植的胰島仍保有良好的內(nèi)分泌功能[50]。

除應(yīng)用較好的免疫抑制方案外，胰島移植后誘導(dǎo)受體產(chǎn)生免疫耐受應(yīng)是一個(gè)更理想的方案。動物胰島移植的模型的研究顯示，共刺激阻滯劑CD80/86-CD28/CTLA4或anti-CD40L抗體在胰島移植中可誘導(dǎo)外周免疫耐受[51，52]。作為新的作用于 T細(xì)胞的CD28與CD80/CD86互動的共刺激信號阻滯劑，LEA29Y在哺乳動物實(shí)驗(yàn)中顯示了富有前景的結(jié)果[53]。LEA29Y在腎移植中亦能減少慢性異體排斥型腎病的發(fā)生，LEA29Y對胰島移植的作用正在檢測中[54]。我們最近的研究顯示，應(yīng)用 anti-CD45RB抗體不僅可以防止對移植的異種胰島的排斥，也能夠在大鼠模型中導(dǎo)致對異種胰島供體的特異性耐受(結(jié)果尚未發(fā)表)。這些研究盡管在動物移植中誘導(dǎo)免疫耐受展示了誘人的前景，將其應(yīng)用于臨床移植仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

3 結(jié)論

近年來胰島移植在短期、長期效果方面已取得巨大進(jìn)步，包括1型糖尿病完全脫離外源性胰島素、血糖的良好控制伴隨HbA1c水平的正?；?、避免嚴(yán)重低血糖的發(fā)生以及生活質(zhì)量的改進(jìn)等。最新的結(jié)果顯示，胰島移植受者能保持正常胰島功能超過5年，與胰腺移植的效果相似。胰島移植未來的發(fā)展目標(biāo)是探索可避免使用免疫抑制劑的方法，以及尋找可供移植用的能夠?qū)C(jī)體血糖波動產(chǎn)生反應(yīng)、并能分泌胰島素的細(xì)胞。新的藥物及治療方案正在臨床試驗(yàn)中，可以肯定，作為糖尿病的一種治療手段，胰島移植擁有美好的未來。

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