1型糖尿病干細(xì)胞治療的研究進(jìn)展

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

關(guān)鍵詞 1型糖尿病 干細(xì)胞 胰島素分泌細(xì)胞

中圖分類號(hào)：R587.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2014）06-0025-04

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

目前干細(xì)胞治療1型糖尿病的研究可分為胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell，ESC）和成體干細(xì)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(xì)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(tǒng)胚層概念的界限，分化為其他胚層來(lái)源的細(xì)胞，這種特性稱為干細(xì)胞的可塑性[1]，也有人稱之為橫向分化或者轉(zhuǎn)分化[2]。目前在1型糖尿病中研究較多的ASC是間充質(zhì)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、胰腺干細(xì)胞。

1 胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞是指來(lái)源于囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和受精卵發(fā)育至桑椹胚之前的胚胎細(xì)胞，是一種全能干細(xì)胞，因具有發(fā)育成各胚層的潛能而成為胰島素分泌細(xì)胞替代治療中最有希望的種子細(xì)胞。已有許多研究結(jié)果證明，胚胎干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)分化為胰島素分泌細(xì)胞。Soria等[3]最先采用基因工程方法將小鼠胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為葡萄糖敏感的胰島素分泌細(xì)胞。Lumelsky等[4]在進(jìn)行鼠ESCs誘導(dǎo)分化研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，ESC可在體外誘導(dǎo)分化形成類似在體胰島組織的胰島素分泌結(jié)構(gòu)，為胚胎干細(xì)胞移植治療糖尿病提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。劉星霞等[5]將小鼠胚胎干細(xì)胞ES-D3誘導(dǎo)生成的胰島素分泌細(xì)胞（IPC）皮下移植給糖尿病模型小鼠，能在一段時(shí)間內(nèi)顯著降低受鼠的血糖水平，改善一般狀況，對(duì)糖尿病小鼠有一定的治療作用。Assady等[6]發(fā)現(xiàn)人胚胎干細(xì)胞在體外貼壁培養(yǎng)和懸浮培養(yǎng)時(shí)都能分化為表達(dá)胰島素的陽(yáng)性細(xì)胞，胰島β細(xì)胞標(biāo)志（如葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子等）均為陽(yáng)性，提示人胚胎干細(xì)胞也可以分化為胰島β細(xì)胞，從而發(fā)揮治療糖尿病的作用。Kwon等[7]利用蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)把轉(zhuǎn)錄因子Pdx-1直接通過(guò)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)到胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞核，這種經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)的Pdx-1可激活其下游的靶基因，引起胚胎干細(xì)胞優(yōu)先分化表達(dá)成高水平胰島素的細(xì)胞，而且這些細(xì)胞對(duì)C肽染色陽(yáng)性。

2 間充質(zhì)干細(xì)胞

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells， MSC）具有自我更新和分化為3個(gè)胚層細(xì)胞的能力，是糖尿病β細(xì)胞替代治療的另一可供選擇的細(xì)胞來(lái)源。MSC能分化為β細(xì)胞替代受損的β細(xì)胞；同時(shí)MSC能遷移到受損的胰腺，通過(guò)分泌多種生物活性物質(zhì)和調(diào)節(jié)性的增長(zhǎng)因子，促進(jìn)血管生成，改善β細(xì)胞生存微環(huán)境，修復(fù)受損胰腺。此外，MSC還具有調(diào)節(jié)免疫作用，通過(guò)減少自體免疫介導(dǎo)的對(duì)胰島的攻擊，從而阻止胰島β細(xì)胞的進(jìn)一步受損。

Chen等[8]從Wistar大鼠的骨髓中分離出間充質(zhì)干細(xì)胞，用尼克酰胺和β-巰基乙醇誘導(dǎo)分化，這些誘導(dǎo)后的細(xì)胞能表達(dá)胰島相關(guān)基因的mRNA，在體外呈現(xiàn)出葡萄糖依賴的胰島素分泌。將這些細(xì)胞移植到鏈脲佐菌素（STZ）處理的大鼠體內(nèi)，能夠控制其血糖水平。高峰等[9]觀察共表達(dá)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(duì)糖尿病的治療作用，結(jié)果PDX-1和BTC共表達(dá)的MSC置于基礎(chǔ)分化培養(yǎng)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(nèi)胰島素水平明顯上升，腹腔糖耐量試驗(yàn)接近正常水平，移植組大鼠腎組織中檢測(cè)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(gè)特異性的β細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子（Foxa2，Hb9，Pdx1）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)染，與人的胰島組織共同培養(yǎng)，結(jié)果顯示該細(xì)胞可以表達(dá)幾乎所有的胰島β細(xì)胞的相關(guān)基因。

3 造血干細(xì)胞

在臨床治療中，造血干細(xì)胞應(yīng)用較早，在20世紀(jì)50年代，臨床上就開(kāi)始應(yīng)用骨髓移植（BMT）方法來(lái)治療血液系統(tǒng)疾病。而近年研究發(fā)現(xiàn)，造血干細(xì)胞除可以分化為血細(xì)胞外，還可以分化為各種非造血組織的細(xì)胞。

3.1 基礎(chǔ)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(dá)陽(yáng)性細(xì)胞，包括胸腺、骨髓、脂肪組織、脾臟、肝臟，這些胰島素表達(dá)陽(yáng)性細(xì)胞來(lái)源于骨髓。Burt等[12]研究表明造血干細(xì)胞能夠誘導(dǎo)免疫耐受，調(diào)節(jié)T細(xì)胞的陽(yáng)性選擇及陰性選擇，改善糖尿病鼠的免疫功能，促進(jìn)胰島細(xì)胞再生。Rachdi等[13]研究表明小鼠胰島中有10%～20%的胰島素陽(yáng)性細(xì)胞可以檢測(cè)出造血干細(xì)胞的kit標(biāo)志物，而且，研究顯示表達(dá)c-kit干細(xì)胞標(biāo)志物（可作為干細(xì)胞表面標(biāo)志物）的骨髓細(xì)胞可使高血糖水平降低，而c-kit表達(dá)陰性的細(xì)胞卻無(wú)此功能，說(shuō)明造血干細(xì)胞參與胰島細(xì)胞的再生。

另外，有學(xué)者研究通過(guò)誘導(dǎo)對(duì)自身抗原的免疫耐受來(lái)預(yù)防和治療1型糖尿病。早在1997年，F(xiàn)rench等[14]就構(gòu)建了由MHC-Π類分子啟動(dòng)子操控的胰島素原的轉(zhuǎn)基因NOD鼠，并觀察到其胰島素幾乎不存在，糖尿病的發(fā)病被成功預(yù)防。Steptoe等[15]則進(jìn)一步將這種轉(zhuǎn)基因NOD鼠的造血干細(xì)胞移植給普通的NOV鼠，發(fā)現(xiàn)可以防止普通NOV鼠自發(fā)性糖尿病的形成。在此基礎(chǔ)上，Chan等[16]把正常NOV鼠的造血干細(xì)胞進(jìn)行體外基因轉(zhuǎn)染，使其表達(dá)胰島素原，移植給NOV鼠，胰島素的發(fā)生和嚴(yán)重程度均明顯減少，說(shuō)明免疫抑制可用于預(yù)防和治療1型糖尿病。

3.2 臨床研究

骨髓造血干細(xì)胞移植和外造血干細(xì)胞移植是臨床常用的療法，外周血干細(xì)胞采集簡(jiǎn)單、方便、安全、有效，且外周血造血干細(xì)胞與骨髓移植相比，造血和免疫恢復(fù)快，可以減少住院時(shí)間，減少抗生素的使用和輸血依賴，降低醫(yī)療費(fèi)用。2007年Voltarelli等[17]報(bào)道，采用大劑量免疫抑制劑后進(jìn)行自體非清髓性造血干細(xì)胞移植治療15例新診斷的1型糖尿病患者，結(jié)果在7～36個(gè)月的隨訪中，14例患者可達(dá)到并維持不同時(shí)間的胰島素非依賴。該研究小組后來(lái)增加8例患者，經(jīng)7～58個(gè)月的隨訪，20例沒(méi)有酮癥酸中毒，脫離胰島素，其中12例平均保持31個(gè)月，8例復(fù)發(fā)，并恢復(fù)使用低劑量胰島素。在連續(xù)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(gè)月的C肽曲線下面積（AUC）大幅上升，血糖控制良好，大多數(shù)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(xì)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(gè)月，病情穩(wěn)定，血糖控制良好，糖化血紅蛋白穩(wěn)定在7.0%以下。景華等[20]采用T淋巴系統(tǒng)清除和自體造血干細(xì)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(fù)查糖化血紅蛋白及C肽恢復(fù)正常，谷氨酸脫羧酶抗體滴度明顯降低。

4 胰腺干細(xì)胞

胰腺干細(xì)胞是胚胎發(fā)育中沒(méi)有進(jìn)行終末分化的胰腺細(xì)胞，能分化為各種胰腺細(xì)胞，成為糖尿病治療的重要干細(xì)胞來(lái)源。Peck等[21]成功地從人和小鼠的胰腺導(dǎo)管上皮分離了干細(xì)胞，在體外培養(yǎng)條件下能快速增殖，并失去導(dǎo)管上皮細(xì)胞特異性的表型，該細(xì)胞在合適的條件下可分化形成誘導(dǎo)的各種分泌細(xì)胞，具有多向分化潛能，被稱為胰腺干細(xì)胞。國(guó)外也有人將小鼠胰腺組織制成單細(xì)胞懸液，用添加正常小鼠血清的低糖EHAA培養(yǎng)基對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)，直到生長(zhǎng)出單層上皮樣的細(xì)胞，這些干細(xì)胞具有很強(qiáng)的自我更新能力及分化潛能。Ramiya等[22]長(zhǎng)期（超過(guò)3年）培養(yǎng)了胰腺導(dǎo)管中的干細(xì)胞，在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，它們均保持著分化為胰島細(xì)胞的潛能。Bonner Weir等[23]對(duì)分離于人胰腺組織的胰管細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，成功誘導(dǎo)胰腺干細(xì)胞分化為既含胰管細(xì)胞又含胰島細(xì)胞的細(xì)胞群，這些細(xì)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(xì)胞群含有胰島的所有細(xì)胞類型。很顯然，擴(kuò)增及誘導(dǎo)胰腺干細(xì)胞分化是獲得β細(xì)胞替代物更直接的途徑。

5 其他干細(xì)胞

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

6 前景與展望

綜上所述，目前的研究已經(jīng)在利用干細(xì)胞治療糖尿病方面取得一些令人振奮的進(jìn)展，但這項(xiàng)研究尚處于初期階段。用干細(xì)胞對(duì)糖尿病進(jìn)行細(xì)胞替代治療中的許多問(wèn)題，還未研究清楚，仍需深入研究胰腺發(fā)育的內(nèi)在復(fù)雜機(jī)制，確定干細(xì)胞的本質(zhì)特征以及誘導(dǎo)分化為可移植的、有功能的β細(xì)胞的體外培養(yǎng)條件。人類干細(xì)胞研究已經(jīng)向前邁出了一大步，其技術(shù)的突破將意味著對(duì)糖尿病從控制血糖轉(zhuǎn)入治愈的階段，相信隨著基因工程及細(xì)胞工程技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人類最終可以利用干細(xì)胞移植治愈1型糖尿病。

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（收稿日期：2013-09-06）