微囊化胰島移植在抗纖維增生方面的相關(guān)研究

王貫喬，朱海，劉堯娟，王樹森，2，3（.衛(wèi)生部危重病急救醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津30000；2.天津市第一中心醫(yī)院移植中心，天津 30092；3.天津市器官移植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 30092）

微囊化胰島移植是將胰島包裹在人造選擇性通透膜內(nèi)，以物理屏障的方式保護(hù)胰島免受大分子免疫物質(zhì)的損傷，而不影響胰島素及C肽釋放，以維持胰島移植物在受體內(nèi)發(fā)揮正常的生理功能［1］。目前，海藻酸鈉是實(shí)驗(yàn)研究最多的微囊化胰島移植材料，它是從海藻中提取的一種無支鏈的二元共聚物，由α-L-甘露糖醛酸（M單元）與β-D-古洛糖醛酸（G單元）依靠β-（1，4）-糖苷鍵連接并由不同比例的GM、MM和GG片段組成［1］。胰島與海藻酸鈉混合后，將含有胰島的海藻酸鈉液滴入氯化鋇（BaCl2）或氯化鈣（CaCl2）溶液中反應(yīng)形成胰島微囊，外層的海藻酸鹽具有保護(hù)胰島的作用。微囊化胰島移植后存活時間有限，其中最主要的原因是微囊化胰島移植到受體后，微囊周圍會出現(xiàn)纖維組織增生，影響胰島所需營養(yǎng)物質(zhì)的供給［1-2］。研究人員進(jìn)而設(shè)計(jì)了各種改良方案和其他的胰島封裝方案，并通過動物實(shí)驗(yàn)證明了其有效性［3］。隨著各種實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)行，尋找到一種合適的胰島保護(hù)方案，將會極大推動1型糖尿?。╰ype 1 diabetes mellitus，T1DM）治療的發(fā)展［4］。

1 早期微囊化胰島移植的臨床實(shí)驗(yàn)

首次進(jìn)行微囊化胰島移植臨床試驗(yàn)的受者是1例38歲的T1DM患者，該患者在腹腔移植了微囊化胰島（首次10 000 IEQ/kg），并在術(shù)后6個月再次接受微囊化胰島移植（5 000 IEQ/kg）。患者在移植后9個月內(nèi)脫離外源性胰島素且未出現(xiàn)不良反應(yīng)［5］。研究表明，2例接受同種異體微囊化胰島移植的受者在沒有應(yīng)用免疫抑制治療的基礎(chǔ)上，減少了外源性胰島素的需要量并降低了嚴(yán)重低血糖事件的發(fā)生［6］。Elliott等［7］報(bào)道了 1例9年前接受異種微囊化胰島移植的T1DM患者，術(shù)后減少了外源性胰島素的使用量并持續(xù)檢測到豬C肽釋放長達(dá)11個月。9年后將其腹腔中的微囊化胰島取出，在體外用葡萄糖刺激患者仍能產(chǎn)生微量的胰島素。Tuch等［8］對1例T1DM患者進(jìn)行了多次微囊化胰島移植，移植術(shù)后30個月仍可檢測到C肽，雖然有少量胰島素產(chǎn)生但不足以調(diào)控血糖。首次移植16個月后，通過檢查該受者被移植的微囊化胰島，發(fā)現(xiàn)微囊周圍纖維組織增生并伴胰島壞死。這些結(jié)果說明纖維組織增生限制了胰島功能，并且微囊材料的生物相容性存在限制性。所以，將微囊化胰島移植應(yīng)用于T1DM的臨床治療，抗纖維化將是必須跨越的障礙。

2 通過改良微囊結(jié)構(gòu)來減少纖維增生

2011年，Vaithilingam等［9］通過延長海藻酸鈉-胰島液滴在BaCl2溶液中的作用時間來降低截留分子量（molecular weight cut-off，MWCO），以避免從胰島脫落的抗原性物質(zhì)引起炎癥反應(yīng)，從而達(dá)到減少胰島周圍纖維增生的目的。他們在NOD/SCID、裸鼠、BALB/c、C57BL6小鼠、Wistar大鼠和狒狒體內(nèi)進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過延長胰島-海藻酸鈉液滴在BaCl2溶液中的作用時間并未達(dá)到減少纖維化的目的，但發(fā)現(xiàn)空海藻酸鹽微囊在嚙齒類動物體內(nèi)不會引起纖維增生而在狒狒體內(nèi)則會引起纖維增生［9］。

研究顯示，微囊化胰島在制備過程中不能確保每個微囊中的胰島都處于其核心部位［10］，而如果胰島沒有完全被微囊包裹，免疫效應(yīng)細(xì)胞則會損傷胰島，同時增強(qiáng)免疫反應(yīng)加速損傷其他微囊化胰島，最終導(dǎo)致移植失敗［11］。

Ma等［12］采用了一種雙流體同軸電噴流技術(shù)，在胰島微囊外形成一層保護(hù)殼。該技術(shù)將制備的微囊化胰島移植到T1DM小鼠體內(nèi)，與移植無保護(hù)殼的胰島微囊小鼠相比，雙流體同軸電噴流技術(shù)明顯延長了胰島在沒有免疫抑制條件下的存活時間。雖然具有保護(hù)殼的微囊能延長胰島移植物的存活時間，但改善效果有限。Pareta等［13］設(shè)計(jì)了多層APA微囊，內(nèi)囊為1.5%甘露糖醛酸，外囊為1.25%古洛糖醛酸，其中含成纖維細(xì)胞生長因子-1（fibroblast growth factors-1，F(xiàn)GF-1）并能不斷釋放，促進(jìn)血管生成；內(nèi)囊跟外囊之間有1層0.1%多聚鳥氨酸（PLO）形成的選擇透過膜。將這種微囊置于可回收網(wǎng)膜小袋中移植到鼠腹腔內(nèi)，能保護(hù)胰島免受免疫損傷，但FGF-1的促血管生成效果并沒有明顯提升胰島功能，卻使受體鼠的體重增加，F(xiàn)GF-1微囊胰島移植還需要進(jìn)一步的研究。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，表面光滑的移植物生物相容性更好［14］，但幾何大小對生物相容性的影響卻未見報(bào)道［15］，Veiseh 等［16］將 SLG20、 LF10/60、 鋼、玻璃等材料做成直徑為0.5 cm和1.5 cm的小珠移植到C57小鼠腹腔內(nèi)，檢測發(fā)現(xiàn)移植物的幾何大小影響受體免疫系統(tǒng)對其識別和反應(yīng)。最后，將胰島微囊分別制備成直徑為0.5 mm和1.5 mm的球形移植物，移植到小鼠體內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，直徑為1.5 mm的胰島微囊具有更強(qiáng)的抗排斥和抗纖維增生能力，能更長時間地維持胰島功能。

3 通過聯(lián)合化學(xué)物質(zhì)封裝胰島以減少纖維增生

胰島微囊移植到受體后，微囊周圍會出現(xiàn)纖維細(xì)胞增生，纖維細(xì)胞層和膠原沉積在胰島微囊表面［17-18］，使氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的供給受阻，最終導(dǎo)致胰島壞死，無法達(dá)到移植目的［19］。近幾年，研究者們在微囊聯(lián)合化合物上找到抗纖維化的突破口并開展了一些研究實(shí)驗(yàn)。2013年，有研究發(fā)現(xiàn)地塞米松和姜黃素是抑制炎癥反應(yīng)、微囊纖維化最有效的藥物，并將藥物與微囊結(jié)合，將這種胰島微囊移植到T1DM小鼠體內(nèi)，檢測發(fā)現(xiàn)結(jié)合藥物的胰島微囊不僅能控制血糖而且抑制胰島周圍的纖維增生，同時，該藥物還廣泛應(yīng)用于細(xì)胞治療中，具有抑制纖維化的潛力［20］。Vaithilingam等［21］將高分子肝素包被在胰島微囊上，并通過體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)評估其抗纖維增生潛力，該研究結(jié)果表明，在異種和同種大鼠移植模型中，降低纖維增生率分別為65%和43%，這種包被高分子肝素胰島微囊的強(qiáng)度和其減低纖維增生的能力得到了明顯改善。

由于微囊內(nèi)的胰島在凋亡后會釋放高遷移率族蛋白 B1（high mobility group box-1，HMGB1）［22-23］，這種蛋白會產(chǎn)生促炎效果［24-25］，激活巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，使胰島微囊周圍纖維增生［26］。Jo等［27］利用HMGB1 A競爭抑制HMGB1的促炎作用，在胰島微囊的制備過程中加入了HMGB1 A，并通過體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了HMGB1 A的抗炎作用。由于海藻酸微囊并不能抑制免疫反應(yīng)，只能提供有限的保護(hù)，Chen等［28］利用趨化因子CXCL12具有排斥效應(yīng)T細(xì)胞和趨化調(diào)節(jié)T細(xì)胞的能力，將CXCL12包被在微囊上，使其降低微囊周圍的免疫反應(yīng)強(qiáng)度，以達(dá)到延長胰島存活時間的目的，這一設(shè)想在T1DM小鼠中得到了驗(yàn)證。Park等［29］研究發(fā)現(xiàn)，將1層含雷帕霉素的聚乙二醇（PEG）包被在海藻酸鹽胰島微囊外，其微囊內(nèi)胰島活性比未包被PEG微囊內(nèi)的胰島活性低，但隨著培養(yǎng)時間的延長，這種差異逐漸減小。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)包被PEG的胰島微囊被纖維細(xì)胞浸潤的數(shù)量明顯少于未包被PEG的胰島微囊，表明該微囊化胰島制備技術(shù)能改善微囊材料的生物相容性。

4 總 結(jié)

由于未能找到一種長期有效限制胰島微囊周圍纖維增生的方法，使微囊化胰島的臨床試驗(yàn)停滯至今，但各種抗胰島微囊周圍纖維增生的研究實(shí)驗(yàn)沒有停止。相信隨著對微囊化材料自身生物相容性、移植部位、胰島素釋放延遲等問題研究的推進(jìn)，這些問題終將得以解決。