臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療糖尿病皮膚損傷的研究進(jìn)展

趙英博，王 鶴，彭 娜，趙貴芳，葛曉峰，張東芳* (.吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林 吉林 3203;2.吉林市人民醫(yī)院手足顯微外科,吉林 吉林 3200)

糖尿病是一組由糖代謝紊亂引起的疾病，胰島素作用異常或胰島素分泌不足是其主要發(fā)病因素[1]。糖尿病患者皮膚易受內(nèi)源性及外源性的損傷，且損傷后傷口不易愈合，病變進(jìn)一步發(fā)展可致殘、致死，嚴(yán)重影響糖尿病患者的身體狀況和預(yù)后療效[2]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，血管、神經(jīng)等是影響糖尿病皮膚創(chuàng)面的形成和愈合的主要因素，但針對此觀點(diǎn)展開的臨床診治仍未能解決創(chuàng)面愈合的根本問題。近年來，隨著干細(xì)胞研究的不斷深入，干細(xì)胞在臨床上的應(yīng)用價(jià)值日漸突出，特別是臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞，由于其具有來源廣、易獲得、抗原性低、無倫理問題限制等多種優(yōu)點(diǎn)[3-4]，為糖尿病及其并發(fā)癥的治療開辟了一條新途徑，本文主要針對UCMSCs治療糖尿病皮膚損傷方面的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞概述

干細(xì)胞作為研究組織器官損傷修復(fù)的的基礎(chǔ)細(xì)胞，它的來源非常廣泛，大致可以分為胚胎干細(xì)胞、成人干細(xì)胞和誘導(dǎo)全能干細(xì)胞。目前，在臨床上已成功將胚胎干細(xì)胞在體外分化成肝細(xì)胞、造血細(xì)胞、心肌細(xì)胞等成熟分化細(xì)胞，同時(shí)也能夠從皮膚、脂肪、骨髓等組織器官中分離培養(yǎng)成干細(xì)胞并用于疾病的治療[5-6]。

間充質(zhì)干細(xì)胞相當(dāng)于全能性干細(xì)胞的雛形，與成纖維細(xì)胞的表面抗原相似[7]，在干細(xì)胞治療策略和再生醫(yī)學(xué)中起重要作用。臍帶作為胎兒與胎盤之間的聯(lián)系，來源豐富，常被認(rèn)為醫(yī)療廢物，對供給雙方均無不利影響。由臍帶中提取并分離出的臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在臨床上有重要的應(yīng)用價(jià)值。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(umbilical cord mesenchymal stem cells,UCMSCs)是在新生兒臍帶組織中發(fā)現(xiàn)的多功能干細(xì)胞，具有通過胚芽分化為幾種類型的組織細(xì)胞的潛力[8-9]。UCMSCs移植治療的途徑有靜脈內(nèi)注射、動脈內(nèi)注射、定位注射、微創(chuàng)介入等[10]。在臨床中還可應(yīng)用誘導(dǎo)試劑將其定向分化為某一特定細(xì)胞來治療疾病[11]，如利用小分子試劑誘導(dǎo)UCMSCs向胰島素分泌細(xì)胞的分化來治療糖尿病[12]；利用Elabela誘導(dǎo)UCMSCs向心肌樣細(xì)胞分化以治療心臟相關(guān)疾病[13]；利用多種細(xì)胞生長因子誘導(dǎo)UCMSCs向血管內(nèi)皮細(xì)胞的分化來治療血管性疾病[14]。還有研究表明可以利用中醫(yī)藥促進(jìn)UCMSCs的誘導(dǎo)分化來治療疾病[15]，本文針對UCMSCs治療糖尿病皮膚損傷方面的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

2 UCMSCs治療糖尿病皮膚損傷的應(yīng)用研究

當(dāng)前，糖尿病皮膚損傷的臨床治療方法是注射胰島素控制血糖、口服藥物降低血脂；防止局部感染、改善循環(huán)；控制飲食結(jié)構(gòu)、定時(shí)定量[16]。必要時(shí)可采取清創(chuàng)、介入、截肢等治療手段，但由于患者年齡、自身疾病等影響，上述方法的療效均不夠理想。

近年來，UCMSCs治療糖尿病皮膚損傷是一項(xiàng)新興的、有臨床應(yīng)用前景的技術(shù)。研究表明，UCMSCs有很強(qiáng)的增殖分化能力，局部移植有利于創(chuàng)面結(jié)痂、愈合[17]。同時(shí)，UCMSCs具有促進(jìn)血管再生的能力，主要通過分泌多種生長因子達(dá)到改善患肢缺血的目的[18]。王瑛等研究發(fā)現(xiàn)，UCMSCs通過增強(qiáng)血管內(nèi)皮生長因子的趨化作用，使組織血管新生，增加血液循環(huán)，從而促進(jìn)糖尿病皮膚潰瘍處的修復(fù)[19]。

劉美林等[20]將20只SD大鼠脊背兩側(cè)分別切除兩個(gè)全層皮膚傷口，建立皮膚創(chuàng)傷模型后，對大鼠傷口處應(yīng)用4種不同培養(yǎng)基藥物處理傷口并隨機(jī)分為四組。一組為空白培養(yǎng)基(對照組)，二組為空白培養(yǎng)基脂質(zhì)體(對照組)，三組為人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(human-umbilical cord mesenchymal stem cells，h-UCMSCs)條件培養(yǎng)基，四組為h-UCMSCs條件培養(yǎng)基脂質(zhì)體，將藥物用紗布包扎固定，觀察時(shí)間為1周，每天換藥1次。研究指出h-UCMSCs條件培養(yǎng)基組創(chuàng)面修復(fù)速度比對照組速度快，并且h-UCMSCs條件培養(yǎng)基脂質(zhì)體組促進(jìn)毛囊和皮質(zhì)腺細(xì)胞發(fā)生遷移與上皮分化的效果更顯著。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了h-UCMSCs條件培養(yǎng)基及脂質(zhì)體均可修復(fù)大鼠皮膚創(chuàng)面損傷。

郭璇等[21]應(yīng)用璉尿佐菌素誘導(dǎo)出9只糖尿病大鼠，建立1型糖尿病鼠模型，平均分為3組。10 d后，一組不予處理作為糖尿病組，二組經(jīng)尾靜脈注射胰島樣細(xì)胞，三組經(jīng)腹腔注射胰島樣細(xì)胞，同時(shí)增設(shè)3只小鼠作為正常組，每周定時(shí)檢測兩次血糖，觀察周期為6周。實(shí)驗(yàn)中胰島樣細(xì)胞由h-UCMSCs分化而來。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)尾靜脈注射組胰島素水平遠(yuǎn)高于經(jīng)腹腔注射組，且高于糖尿病組。結(jié)果表明細(xì)胞分化的胰島樣細(xì)胞經(jīng)尾靜脈注射治療糖尿病效果更加顯著。

徐海環(huán)等[22]應(yīng)用四氧嘧啶和高脂飼料誘導(dǎo)出30只SD糖尿病大鼠，并建立腿部皮膚潰瘍模型，將其平均分為模型組、單純培養(yǎng)基凍干粉治療組和間充質(zhì)干細(xì)胞上清凍干粉治療組。3組分別滴加生理鹽水、培養(yǎng)基凍干粉溶液、h-UCMSCs上清凍干粉溶液，觀察5 d，檢測血清腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的水平及血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞上清凍干粉治療組的血清TNF-α水平顯著低于前兩組，VEGF mRNA的表達(dá)顯著高于前兩組。這項(xiàng)研究表明大鼠皮膚潰瘍中TNF-α的表達(dá)可被UCMSCs上清提取物有效降低，組織中血管內(nèi)皮生長因子被有效提高。

何晏清[23]將50名2型糖尿病皮膚潰瘍患者行常規(guī)換藥作為實(shí)驗(yàn)的對照組，另50名患者進(jìn)行UCMSCs移植治療為實(shí)驗(yàn)的觀察組，兩組患者年齡、潰瘍面積等均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。一段時(shí)間后UCMSCs治療組治愈率為70%，總有效率高達(dá)90%，均高于正常對照組。這項(xiàng)研究證實(shí)了UCMSCs對2型糖尿病皮膚潰瘍患者具有治療作用，并且治愈時(shí)間明顯縮短，效果高于常規(guī)治療。

糖尿病足是一種嚴(yán)重的、治療費(fèi)用高昂的糖尿病并發(fā)癥[24]，是由高血糖誘發(fā)的、因局部組織神經(jīng)功能異常及外周血管病變引起的足部潰瘍、感染和/或深部組織損傷[18]。傳統(tǒng)方法對糖尿病足的治療已經(jīng)取得一定的效果，但療效尚不能令人滿意。

王廣宇等[25]選取32名糖尿病足病患者進(jìn)行UCMSCs移植治療，將h-UCMSCs用無菌生理鹽水稀釋后行雙下肢肌肉內(nèi)注射，分別于3個(gè)月和6個(gè)月進(jìn)行一次下肢缺血和外周神經(jīng)病變指標(biāo)的檢測。檢測結(jié)果表明，治療6個(gè)月后下肢疼痛和冷感評分以及下肢神經(jīng)傳導(dǎo)速度等指標(biāo)得到明顯改善。該實(shí)驗(yàn)表明糖尿病缺血性病變及周圍神經(jīng)病變的癥狀可以通過h-UCMSCs治療得到明顯緩解。

3 UCMSCs治療糖尿病皮膚損傷面的機(jī)制

3.1 UCMSCs改善血糖水平

UCMSCs的增殖和分化能力很強(qiáng)，趨向分化作用下能分化成胰島β細(xì)胞，從而分泌胰島素，起到降糖作用。李麗等通過探究UCMSCs對糖尿病大鼠血糖水平的影響，證實(shí)UCMSCs移植可以使糖尿病大鼠血糖水平下降接近正常值，有效改善血糖水平[26]。

3.2 UCMSCs的調(diào)節(jié)免疫作用

UCMSCs不僅可以分化成胰島樣細(xì)胞起到改善血糖的作用，還具有免疫調(diào)節(jié)的作用。貢波等通過研究UCMSCs在體外對異源臍血反應(yīng)性T細(xì)胞增殖、凋亡的免疫調(diào)控作用，結(jié)果表明UCMSCs可以抑制反應(yīng)性T細(xì)胞增殖，且UCMSCs數(shù)量越多，抑制作用越強(qiáng)，兩者呈正相關(guān)[27]。還有實(shí)驗(yàn)表明，UCMSCs誘導(dǎo)前、后都屬于低免疫原性細(xì)胞，注入人體后均不會產(chǎn)生免疫排斥作用，且毒副作用小，可避免長期服用抗排斥藥物[28]。

4 UCMSCs面臨的問題

目前，UCMSCs在移植治療糖尿病皮膚損傷的過程中存在一定風(fēng)險(xiǎn)，如輸血反應(yīng)、細(xì)胞突變、病毒感染等，且有研究表明，高血糖會降低UCMSCs線粒體的活性，提高活性氧(ROS)水平，降低谷胱甘肽過氧化物酶活性[29-30]。ROS增多會破壞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，影響細(xì)胞的分化、增殖，從而抑制UCMSCs的增殖、分化能力，使其不能充分發(fā)揮治療糖尿病皮膚損傷的作用，因而在臨床應(yīng)用中仍存在局限性[31]。

間充質(zhì)干細(xì)胞具有自我更新、多向分化的潛能，可以治療骨損傷、心肌梗死及腦梗死等難治性疾病[32]。已有多個(gè)實(shí)驗(yàn)研究表明UCMSCs的治療效果是可觀的，雖然實(shí)驗(yàn)研究對象多數(shù)為動物(大鼠)，但UCMSCs治療糖尿病皮膚損傷仍是一種理想的新型治療方法。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)研究的不斷進(jìn)步，將逐步改善UCMSCs局限性，相信在不久的將來，UCMSCs治療糖尿病皮膚損傷的手段也能夠突破重重難題，為當(dāng)下患者的臨床治療帶來巨大福音。