胰島移植治療糖尿病的現(xiàn)狀和進(jìn)展

彭丹鳳,賈偉平

（上海交通大學(xué)附屬上海市第六人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科,上海市糖尿病研究所,上海市糖尿病臨床醫(yī)學(xué)中心,上海 200233）

糖尿病是一種由多基因遺傳和環(huán)境因素共同作用造成的胰島素分泌相對或絕對不足導(dǎo)致以慢性高血糖為主要表現(xiàn)的代謝疾病，目前中國的糖尿病患病率高達(dá)9.7%[1]。相對于胰腺移植，胰島移植的手術(shù)創(chuàng)傷和風(fēng)險小，術(shù)后嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生率低。胰島移植能夠增加糖尿病患者體內(nèi)胰島素分泌細(xì)胞數(shù)量，有效控制血糖，減少和改善糖尿病的并發(fā)癥，甚至根治糖尿??；同時能夠避免由外源性胰島素導(dǎo)致的低血糖和胰島素抵抗。對于需要胰島素終生治療的1型糖尿病尤其意義重大。

1 胰島移植的適應(yīng)證

2005年美國國立衛(wèi)生研究院（National Institutes of Health，NIH）臨床胰島移植協(xié)會制定了單純胰島移植受者的篩選標(biāo)準(zhǔn)[2]：（1）1型糖尿?。唬?）血清C肽刺激無反應(yīng)（C肽＜0.3ng/ml）；（3）需要強(qiáng)化糖尿病治療（血糖測定≥3次/d，注射胰島素≥3次/d，或需裝置胰島素泵）；（4）近3年內(nèi)發(fā)生1次以上嚴(yán)重低血糖事件。符合上述標(biāo)準(zhǔn)合并以下三項之一：（1）低血糖性昏迷；（2）顯著的不穩(wěn)定性高血糖[3]；（3）綜合低血糖評分較高[3]。排除標(biāo)準(zhǔn)：糖化血紅蛋白＞10%；存在增殖性視網(wǎng)膜病；血壓＞160/100mmHg（1mmHg=0.133kPa）；腎小球濾過率（glomerular filtration rate， GFR）女性＜70ml/（min?1.73m2）、男性＜80ml/（min?1.73m2）；大量蛋白尿病史；血漿腎素活性（plasma renin activity，PRA）＞20%；嚴(yán)重的心臟疾病；有妊娠要求（女性受者）；對目前的治療方法滿意者。合并腎功能衰竭的1型糖尿病患者，腎移植后需要接受免疫抑制治療以維持移植腎功能，適宜胰腎聯(lián)合移植或腎移植后胰島移植[4]。Hathout等[5]認(rèn)為已經(jīng)接受免疫抑制治療的兒童及存在低血糖、有生命危險的兒童糖尿病患者亦適合行胰島移植。

2 胰島供體的來源

2.1 同種異體移植

自1974年臨床首例胰島移植以來，同種異體移植就是胰島移植的主要方式。早期臨床的供體為胚胎胰島，但近年來由于倫理學(xué)方面原因限制了其應(yīng)用。目前，臨床胰島移植供體主要來源于宣布腦死亡的患者或尸胰。1999年加拿大Alberta大學(xué)提出了Edmonton方案，使用該方案取得連續(xù) 7例胰島細(xì)胞移植的成功，標(biāo)志著胰島移植進(jìn)入了全新階段[6]。雖然有單個供源的胰島移植獲得成功的案例[7]，但一般每個受體需要 2個以上的供源，而同種供體胰源有限，故在一定程度上限制了同種異體移植的發(fā)展。

2.2 異種移植

由于豬胰島素結(jié)構(gòu)與人胰島素最為相近，豬的血糖調(diào)節(jié)與人類似，獲取簡單方便，因此異種胰島移植研究多采用豬胰島。動物實驗證實豬胰島移植能治療哺乳動物的1型糖尿病[7]。α-1，3-半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因敲除的新生豬的胰島移植能明顯降低移植后的急性排斥反應(yīng)[8]，但目前策略仍不能完全應(yīng)對異種免疫排斥反應(yīng)。此外，豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒被認(rèn)為是異種移植的主要感染性障礙[9]，如何排除這一風(fēng)險尚需進(jìn)一步研究。

2.3 干細(xì)胞移植

胰腺干細(xì)胞按照發(fā)育階段不同可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。目前已有多項研究證實通過條件誘導(dǎo)培養(yǎng)或基因調(diào)控可將小鼠胚胎干細(xì)胞[10,11]和人胚胎干細(xì)胞[12,13]誘導(dǎo)分化為胰島素分泌細(xì)胞。然而，胚胎干細(xì)胞來源的胰島素分泌細(xì)胞存在致瘤風(fēng)險[14]，且有分化細(xì)胞類型不純、胰島素分泌水平低、排斥反應(yīng)強(qiáng)等缺點，同時倫理學(xué)也限制了它的發(fā)展。近年來，成體干細(xì)胞成為研究熱點。Iskovich等[15]報道從人胰腺組織誘導(dǎo)分化出胰島樣細(xì)胞團(tuán)。此外，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞[16]、肝、脾及腸道干細(xì)胞[17]體外增殖分化也能得到胰島樣細(xì)胞團(tuán)。其中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞易于獲得、分選和體外培養(yǎng)，具有良好的分化潛能和植入組織的能力，已經(jīng)成為新的研究熱點[18]。成體干細(xì)胞來源的胰島移植是未來臨床胰島移植的一個方向，但目前仍存在誘導(dǎo)的細(xì)胞數(shù)量少、活性低等諸多問題，要用成體干細(xì)胞誘導(dǎo)分化得到足夠數(shù)量移植入體內(nèi)保持存活并有相當(dāng)于正常胰島功能的胰島細(xì)胞，還需要對干細(xì)胞的生物學(xué)行為作更深入的研究。

3 胰島細(xì)胞的分離和純化

供者的生前健康狀況[19]和死亡原因[20]及胰島分離的技術(shù)[21]是影響胰島產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素。胰腺盡快摘取后冷藏于儲藏液中，Niclaus等[22]發(fā)現(xiàn)GLP-1液，和UW液、CS液作為胰腺的儲藏液，三者的胰島產(chǎn)量相當(dāng)，臨床效果相似。胰島的分離消化使用的是Ricord裝置及消化酶，消化酶主要包括膠原酶和蛋白酶。胰島的純化則使用COBE2991細(xì)胞分離機(jī)和密度不同的碘克沙醇液進(jìn)行連續(xù)密度梯度離心。Balamurugan等[23]使用來自于溶組織梭狀芽胞桿菌（Ch）的完整C1/C2膠原酶和中性蛋白酶（ChNP）的混合酶相較與其他膠原酶和中性蛋白酶組合，能獲得更高的胰島產(chǎn)量及更高的胰島當(dāng)量IEq/g胰腺，且胰島的功能和移植后效果較好。目前公認(rèn)，符合移植條件的胰島數(shù)量應(yīng)該大于8000IEq/kg患者體質(zhì)量；胰島細(xì)胞純度≥90%；胰島細(xì)胞活力≥70%；胰島細(xì)胞功能良好：胰島素釋放試驗中刺激指數(shù)≥2.0（刺激指數(shù)指高糖12.0mmol/L與低糖 2.8mmol/L刺激下胰島素釋放量之比）。

4 胰島移植部位及方法

以簡單、安全、有效為原則，目前認(rèn)為將胰島移植到肝臟門靜脈系統(tǒng)是最為實用的方法，具體操作方法有2種：（1）在X線和超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮穿刺進(jìn)入肝門靜脈；（2）腹腔鏡下經(jīng)腸系膜靜脈分支插管進(jìn)入肝門靜脈系統(tǒng)。可能的并發(fā)癥有：出血、栓塞、一過性肝酶升高、膽道損傷等。相較于脾靜脈、大網(wǎng)膜、肌肉等部位，胰島植入肝門靜脈系統(tǒng)較為簡單方便，且釋放的胰島素能充分入血。但胰島細(xì)胞直接暴露于血循環(huán)中，引發(fā)即刻血液介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)（instant blood-mediated inflammatory reaction，IBMIR）是早期胰島細(xì)胞損害的主要原因[24]。IBMIR主要是組織因子的釋放導(dǎo)致，其特點是凝血系統(tǒng)和補(bǔ)體系統(tǒng)的快速激活，血小板的大量消耗。研究發(fā)現(xiàn)使用肝素[25]或尿激酶[26]處理胰島表面能夠減少IBMIR的發(fā)生幾率。

5 免疫抑制治療

胰島移植后的免疫抑制藥物不僅要對抗自身免疫、異體免疫，還要盡量減小對移植胰島的毒性。早期臨床胰島移植參考實體器官移植使用免疫抑制劑，如環(huán)孢素A，糖皮質(zhì)激素等，這些藥物可誘導(dǎo)胰島素抵抗，且對移植的胰島細(xì)胞有毒性作用。2000年Shapiro等[6]報道了 7例成功的胰島移植，采用不含糖皮質(zhì)激素的免疫抑制方案（雷帕霉素、低劑量他克莫司、白介素受體-2單抗，即Edmonton方案）獲得成功。之后的臨床實踐多采用Edmonton方案或在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改良。雖然免疫抑制劑有可能導(dǎo)致惡性腫瘤、非特異性感染等并發(fā)癥，但目前胰島移植患者仍需終生服用免疫抑制劑。研究者對自身免疫、異體免疫、免疫耐受、免疫隔離等方面亦做了大量研究。據(jù)報道，睪丸Sertoli細(xì)胞和胰島細(xì)胞共移植可以誘導(dǎo)免疫耐受，改善移植效果[27]。Dufrane等[28]將微囊包裹的豬胰島移植到哺乳動物體內(nèi)，在不使用免疫抑制劑的情況下，觀察到胰島能維持 6個月的存活，但長期效果仍待監(jiān)測。α1-抗胰蛋白酶被報道作為輔助藥物能緩解胰島移植后的免疫排斥反應(yīng)[29]。間質(zhì)干細(xì)胞和胰島共移植，通過免疫調(diào)節(jié)和促進(jìn)血管生成能增加胰島移植的成功率和療效。其免疫調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)為抑制NK細(xì)胞、細(xì)胞毒性T細(xì)胞等免疫活性細(xì)胞，促進(jìn)調(diào)節(jié)T細(xì)胞產(chǎn)生從而誘導(dǎo)免疫耐受[30]。

6 胰島移植的臨床療效

大量基礎(chǔ)和臨床研究證明胰島移植能有效改善1型糖尿病的代謝紊亂，甚至使患者擺脫外源性胰島素，達(dá)到根治糖尿病的效果。2000年后，胰島移植在歐洲、美國等中心廣泛開展，2000至2010年，世界各地接近35個中心的數(shù)據(jù)顯示胰島移植后1年不依賴外源性胰島素的概率為 60%～80%，但這個數(shù)據(jù)逐年下降，移植5年后僅為10%，令人欣慰的是回歸胰島素治療的患者的胰島素用量較移植前減少[31]。如何提高胰島移植的長期療效仍任重而道遠(yuǎn)。

7 目前存在的問題和展望

雖然胰島移植已經(jīng)顯示出其巨大的臨床價值和研究前景，但仍存在一些問題有待進(jìn)一步研究和解決。在供源方面，提高分離和培養(yǎng)技術(shù)，實施單供體移植；加快異種移植的研究步伐；深入干細(xì)胞相關(guān)研究，為供源提供另一個可能；此外，免疫耐受方面的研究有望給胰島移植帶來更好的效果。相信隨著胰島移植的基礎(chǔ)和臨床研究的進(jìn)展，臨床胰島移植的效果必將提高，有望造福于更多的糖尿病患者，提高糖尿病患者的生活質(zhì)量甚至治愈糖尿病將不僅僅是個夢想。

[1]Yang W,Lu J,Weng J,et al.Prevalence of diabetes among men and women in China[J].N Engl J Med,2010,362(12):1090-1101.

[2]Merani S,Shapiro AM.Currents status of pancreatic islet transplantation[J].Clin Sci,2006,110(6): 611-625.

[3]Ryan EA,Shandro T,Green K,et al.Assessment of the severity of hypoglycemia and glycemic lability in type 1 diabetic subjects undergoing islet transplantation[J].Diabetes,2004,53(4): 955-962.

[4]Vantyghem MC,Pattou F,Girardot C.Eligibility of diabetic patients receiving dialysis for islet after kidney transplantation[J].Transplant Proc,2004,36(4): 1103-1105.

[5]Hathout E,Lakey J,Shapiro J.Islet transplantation: an option for childhood diabetes[J]? Arch Dis Child,2003,88(7): 591-594.

[6]Shapiro AM,La key JR,Ryan EA,et al.Islet transplantation in seven patients with type 1 diabetes mellitus using a glucocorticoid-free immunosuppressive regimen[J].N Engl J Med,2000,343(4): 230-238.

[7]Hering BJ,Cooper DK,Cozzi E,et al.The International Xenotransplantation Association consensus statement on conditions for undertaking clinical trials of porcine islet products in type 1 diabetes-executive summary[J].Xenotransplantation,2009,16(4): 196-202.

[8]Thompson P,Badell IR,Lowe M,et al.Islet xenotransplantation using gal-deficient neonatal donors improves engraftment and function[J].Am J Transplant,2011,11(12): 2593-2602.

[9]Schmidt P,Forsman A,Andersson G,et al.Pig islet xenotransplantation: activation of porcine endogenous retrovirus in the immediate post-transplantation period[J].Xenotransplantation,2005,12(6): 450-456.

[10]Naujok O,Francini F,Picton S,et al.Changes in gene expression and morphology of mouse embryonic stem cells on differentiation into insulin-producing cellsin vitroandin vivo[J].Diabetes Metab Res Rev,2009,25(5): 464-476.

[11]Boyd AS,Wood KJ.Characteristics of the early immune response following transplantation of mouse ES cell derived insulin-producing cell clusters[J].PLoS One,2010,5(6):e10965.

[12]Hui H,Tang YG,Zhu L,et al.Glucagon like peptide-1-directed human embryonic stem cells differentiation into insulin-producing cellsviahedgehog,cAMP,and PI3K pathways[J].Pancreas,2010,39(3): 315-322.

[13]Zhang D,Jiang W,Liu M,et al.Highly efficient differentiation of human ES cells and iPS cells into mature pancreatic insulin-producing cells[J].Cell Res,2009,19(4):429-438.

[14]Fujikawa T,Oh SH,Pi L,et al.Teratoma formation leads to failure of treatment for type I diabetes using embryonic stem cell-derived insulin-producing cells[J].Am J Pathol,2005,166(6): 1781-1791.

[15]Iskovich S,Goldenberg-Cohen N,Stein J,et al.β-Cell neogenesis: experimental considerations in adult stem cell differentiation[J].Stem Cells Dev,2011,20(4): 569-582.

[16]Neshati Z,Matin MM,Bahrami AR,et al.Differentiation of mesenchymal stem cells to insulin-producing cells and their impact on type 1 diabetic rats[J].J Physiol Biochem,2010,66(2): 181-187.

[17]Yang L,Li S,Hatch H,et al.In vitrotrans-differentiation of adult hepatic stem cells into pancreatic endocrine hormone-producing cells[J].Proc Natl Acad Sci USA,2002,99(12): 8078-8083.

[18]Volarevic V,Arsenijevic N,Lukic ML,et al.Concise review:Mesenchymal stem cell treatment of the complications of diabetes mellitus[J].Stem Cells,2011,29(1): 5-10.

[19]Niclauss N,Bosco D,Morel P,et al.Influence of donor age on islet isolation and transplantation outcome[J].Transplantation,2011,91(3): 360-366.

[20]Takita M,Matsumoto S,Noguchi H,et al.One hundred human pancreatic islet isolations at Baylor Research Institute[J].Proc(Bayl Univ Med Cent),2010,23(4):341-348.

[21]Bertuzzi F,Cainarca S,Marzorati S,et al.Collagenase isoforms for pancreas digestion[J].Cell Transplant,2009,18(2): 203-206.

[22]Niclauss N,Wojtusciszyn A,Morel P,et al.Comparative impact on islet isolation and transplant outcome of the preservation solutions Institut Georges Lopez-1,University of Wisconsin，and Celsior [J].Transplantation,2012,93(7):703-708.

[23]Balamurugan AN,Loganathan G,Bellin MD,et al.A new enzyme mixture to increase the yield and transplant rate of autologous and allogeneic human islet products[J].Transplantation,2012,93(7): 693-702.

[24]van der Windt DJ,Bottino R,Casu A,et al.Rapid loss of intraportally transplanted islets: an overview of pathophysiology and preventive strategies[J].Xenotransplantation,2007,14(4): 288-297.

[25]Cabric S,Sanchez J,Lundgren T,et al.Islet surface heparinization prevents the instant blood-mediated inflammatory reaction in islet transplantation[J].Diabetes,2007,56(8): 2008-2015.

[26]Teramura Y,Iwata H.Islets surface modification prevents blood-mediated inflammatory responses[J].Bioconjug Chem,2008,19(7): 1389-1395.

[27]Mital P,Kaur G,Dufour JM.Immunoprotective sertoli cells:making allogeneic and xenogeneic transplantation feasible[J].Reproduction,2010,139(3): 495-504.

[28]Dufrane D,Goebbels RM,Gianello P.Alginate macroencapsulation of pig islets allows correction of streptozotocininduced diabetes in primates up to 6 months without immunosuppression[J].Transplantation,2010,90(10): 1054-1062.

[29]Lewis EC,Mizrahi M,Toledano M,et al．Alpha1-antitrypsin monotherapy induces immune tolerance during islet allograft transplantation in mice[J].Proc Natl Acad Sci USA,2008,105(42): 16236-16241.

[30]Sakata N,Goto M,Yoshimatsu G,et al.Utility of cotransplanting mesenchymal stem cells in islet transplanttation[J].World J Gastroenterol,2011,17(47): 5150-5155.

[31]Langer RM.Islet transplantation: lessons learned since the Edmonton breakthrough[J].Transplant Proc,2010,42(5):1421-1424.