干細胞在糖尿病治療中應用的研究進展

張家銘,趙貴芳,賴增妍,劉坤禹,趙東海

(吉林醫(yī)藥學院,吉林 吉林 132013)

干細胞可分化出不同程度與不同類型的子代細胞，構(gòu)成人體基本組織結(jié)構(gòu)[1]。干細胞的特點是可無限增殖出具備不同功能的子代細胞，同時兼具一定的自我更新的能力。根據(jù)其不同的功能與來源可將其分為三大類型，即胚胎干細胞、誘導性多潛能干細胞以及成體干細胞。近年來，醫(yī)學領域針對干細胞的研究不斷取得突破，更是在糖尿病領域獲得了廣泛應用。隨著干細胞治療醫(yī)學技術的興起，干細胞于糖尿病的治療受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關注。本文針對干細胞醫(yī)療技術在糖尿病領域的臨床研究與進展進行綜述，為糖尿病患者的臨床治療提供針對性的建議。

1 間充質(zhì)干細胞治療糖尿病

間充質(zhì)干細胞(MSCs)屬于一種多能干細胞，在臨床上應用廣泛，對于糖尿病有較高的疾病治愈效果[2]。同時，間充質(zhì)干細胞的來源相對廣泛，可從脂肪或骨髓中提取。經(jīng)臨床實踐證實，提取自骨髓的干細胞可用于2型糖尿病的治療。但在治療過程中行骨髓抽取手術將導致患者出現(xiàn)劇烈的疼痛反應，此項手術的開展需結(jié)合專業(yè)化的麻醉技術，方可易于患者接受。相比之下，脂肪間充質(zhì)干細胞的提取較為簡單、便捷[3]，更適用于臨床上間充質(zhì)干細胞針對糖尿病的治療。

1.1 自體骨髓間充質(zhì)干細胞治療糖尿病

Xu等[4]建立40只雄性Wistar糖尿病大鼠背部皮膚缺損(6 cm×5 cm)模型，將模型大鼠分為4組，結(jié)果表明，在同一時間段中，MSCs治療大鼠的創(chuàng)面更小。對照組相比，完成1次MSCs治療后大鼠的傷口愈合時間有所縮減；完成2次MSCs治療的大鼠創(chuàng)面愈合時間縮短更加明顯。與對照組比較顯示，MSCs治療組中局部炎癥反應減少。免疫組化分析顯示，MSCs治療組中的生長因子，如表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、血管內(nèi)皮生長因子、脯氨酰4-羥化酶和增殖細胞核抗原Ki-67的表達均得到顯著增加。本研究的最終結(jié)論為，MSCs能夠縮減糖尿病創(chuàng)面愈合時間，這與糖尿病改變局部組織的微環(huán)境與改變某些生物標志物的表達息息相關。

1.2 脂肪間充質(zhì)干細胞治療糖尿病

劉小會等[5]將45只建模成功的SD大鼠隨機分成3組,分別為正常組、模型組和細胞移植組,每組15只。建模后第7天,正常組大鼠腹腔靜脈注射1 mL生理鹽水,模型組大鼠腹腔靜脈注射1 mL無血清的DMEM培養(yǎng)液,細胞移植組大鼠腹腔靜脈注射1.5×109/L的脂肪間充質(zhì)干細胞懸液1 mL，觀察其血糖變化，結(jié)果表明脂肪間充質(zhì)干細胞對治療糖尿病具有積極作用。且相比于骨髓間充質(zhì)干細胞，脂肪間充質(zhì)干細胞治療糖尿病更具有實用性和可操作性。

1.3 臍帶血間充質(zhì)干細胞治療糖尿病

臍帶血間充質(zhì)干細胞為中胚層發(fā)育的早期細胞,具有多向分化的潛在能力,其形態(tài)和生物學特點與骨髓來源MSCs相似[6-9]。臍血來源的間充質(zhì)干細胞具備自我更新和增殖的能力,并具備多向分化潛能[10]。在一定條件下進行體外培養(yǎng)和誘導分化后具有向神經(jīng)細胞(神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞)、成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞和心肌細胞等方向分化功能,可作為細胞治療的種子細胞和基因治療的載體細胞。臍血又具有淋巴細胞抗原性弱、功能相對不成熟、移植后發(fā)生移植物抗宿主病的風險較低等特點,與其他類型的干細胞比較,取材方便,擴增數(shù)大,來源廣泛,不受倫理和道德的限制,因此臍血干細胞將以其自身的特性和優(yōu)勢占據(jù)重要的位置,具有重大的理論意義和潛在的臨床應用價值。

2 胰島干細胞治療糖尿病

胰島內(nèi)分泌細胞通過在導管上皮細胞內(nèi)襯中以出芽的形式發(fā)生，復制增生的內(nèi)分泌細胞脫離導管內(nèi)襯，于導管與外分泌腺泡之間聚集成細胞團進而形成胰島細胞團。因此，內(nèi)分泌胰島細胞是發(fā)生于胰腺導管內(nèi)的干細胞，即胰島干細胞。在完成各系譜控制轉(zhuǎn)錄因子的鑒定后可知，胰島干細胞發(fā)育過程中第一個表達的分子標記是一種同源區(qū)蛋白，即胰十二指腸同源異性盒基因(PDX-1)[11]?？稍谑笈咛グl(fā)育8.5 d時表達為前腸內(nèi)胚層導管樣細胞部分；胚胎9.5 d時強表達于背側(cè)與腹側(cè)胰腺出現(xiàn)萌芽，即胰島干細胞分化成胰島細胞的場所[12]；胚胎13.5 d時在導管上皮細胞的表達中出現(xiàn)一致性表達出PDX-1；隨著時間的推移表達效應逐漸減弱，至胚胎17.5 d時主要表達出發(fā)育中的胰島細胞團。大型哺乳動物的胸腺在臨床上被認為是移植胰島干細胞的理想場所[13]，可將胰島干細胞與部分分化成胰島樣細胞的混合細胞移植到此區(qū)域，可分泌出足量的胰島素，但移植入大網(wǎng)膜則胰島素分泌相對較少。目前大量的研究證實，裸鼠的腎包囊與胰腺更適合于胰島干細胞的生長分化[14]。研究中發(fā)現(xiàn)功能和形態(tài)上成熟的胰島細胞中C-肽可在血糖刺激后成倍增長，此結(jié)果表明了移植的干細胞可成功表達。移植入肺、肝、脾后等重要器官中僅產(chǎn)生少量胰島素。含干細胞的胰島樣細胞簇完成移植后相較于PDX-1,C-肽分泌胰島素的時間較長可穩(wěn)定地維持血糖濃度保持正常生理范疇[15-16]。若在移植前通過生長因子對胰島干細胞進行處理，提高基因的潛在轉(zhuǎn)移性后將降低組織的免疫原性，可產(chǎn)生更大的移植優(yōu)越性。

3 胰腺干細胞治療糖尿病

胰腺干細胞可能存在于胰腺組織如導管上皮中，多由胚胎干細胞分化而來，部分胰腺干細胞可能來源于其他各類組織干細胞的橫向分化。應用生物工程技術提取胰島素分泌細胞可分為3個途徑：胰導管干細胞、胚胎干細胞、基因工程技術提取胰島干細胞。但將細胞誘導成胰腺干細胞的提取技術，仍處于實驗室研究的初級階段[17]。研究表明，體外分離出人胰腺導管細胞，可在一定的時間培養(yǎng)后，培育而出細胞角蛋白19陽性的導管細胞和胰島素陽性的胰島細胞[12,18-20]。部分組織結(jié)構(gòu)的胰島樣細胞團可分泌低濃度胰島素，對葡萄糖刺激產(chǎn)生一定程度的應激。利用人胰腺組織體外培養(yǎng)技術轉(zhuǎn)分化出較多存在內(nèi)分泌功能的胰島細胞團，有力地證明了成人胰腺的導管上皮組織中具有一定的干細胞潛能。其他類型細胞轉(zhuǎn)分化也可提取出胰島素分泌細胞。轉(zhuǎn)分化技術是一種對已分化的組織細胞分化為另一種組織細胞的不可逆過程，包括了細胞形態(tài)、功能及表面標記物變化?；蚨嘣诟闻K表達，可誘導內(nèi)源性鼠胰島素Ⅰ和Ⅱ的表達，而注射上述重組腺病毒后的糖尿病小鼠血糖緩慢下降，說明了一部分肝細胞可在外源基因的刺激下轉(zhuǎn)分化為胰島素表達。

綜上所述，本文針對糖尿病的治療思路提出了不同類型干細胞治療方案，相較于其他見效慢、花費多以及無法根治病因的治療措施而言，更適用于臨床上糖尿病的治療。隨著現(xiàn)代醫(yī)學的不斷發(fā)展與醫(yī)學技術的不斷進步，干細胞治療糖尿病[21-22]將逐漸取代傳統(tǒng)治療，為根治糖尿病提供了一定的可能性。盡管在實驗室研究與提取技術上仍存在許多不足，但干細胞治療糖尿病的效果已經(jīng)取得令人矚目的成就。因此，尋找最佳的干細胞治療方案是如今臨床工作的首要任務。