细胞移植与再生治疗糖尿病的历细史现状与展望

细胞移植与再生治疗糖尿病的历细史现状与展望

邓雁北

邓雁北(上海交通大学医学院附属苏州九龙医院内分泌科215021)

【中图分类号】R587.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）5-0444-03

【摘要】细胞移植和再生是治疗糖尿病的新途径，也为根治糖尿病带来希望。本文介绍了胰岛移植、干细胞移植、成体细胞重编程、治疗性克隆等新兴生物医学技术在糖尿病治疗领域的进展，概述各治疗途径的可行性、优势、缺点、研究现状与展望。

【关键词】干细胞移植细胞再生糖尿病

【Abstract】Celltransplantationandregenerationarenewwaystotreatdiabetes.Thetechnologyhasshownagreatdealofpromisestocurediabetes.Inthisperspectivearticletheauthorhasdiscussedtheprogressindiabetestreatmentbyemergingbiomedicaltechnologysuchaspancreaticisletandstemcelltransplant，adultcellsreprogrammingandtherapeuticcloning.Thearticlealsooutlinesthefeasibility，advantageanddisadvantage，researchdevelopmentstatesandtheoutlookofthisnewpracticeinthefieldofdiabetestreatment.

【Keywords】StemcelltransplantationRegenerationDiabetes

细胞移植和再生是近年糖尿病治疗的研究热点，也是治愈糖尿病最有希望的途径。本文将就细胞移植和细胞再生治疗糖尿病作简要综述。

1胰岛移植及肾移植后胰岛联合移植

20世纪90年代以来，人们尝试异种胰岛移植、同种异体肾移植后胰岛联合移植治疗糖尿病，配合移植后终身免疫抑制剂治疗或采用免疫隔离技术，但据国际胰岛移植登记处通报，其效果始终不好[1]。直到1999年，加拿大的ShapiroandLakey提出了Edmonton方案[2]，即应用不含糖皮质激素的免疫抑制剂，并采用改良的非连续密度梯度离心法分离胰岛，使异体胰岛移植治疗7例1型糖尿病100％获得了近1年的胰岛素非依赖。这一成果第一次证明了异体胰岛移植方法治疗I型糖尿病的可行性。但5年后随访研究仅10%可维持胰岛素非依赖状态。

胰岛供体的稀缺和免疫排异极大地限制了异体胰岛移植的临床应用，干细胞具有自我更新和分化成为各种组织细胞的潜能，因此有可能成为胰岛移植的替代细胞来源。

2干细胞移植

干细胞是既可自我更新、又能向多种细胞系分化的克隆形成细胞，按其发育阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞，应用较多的还有富含造血干细胞的脐血干细胞。

2.1胚胎干细胞

1998年，JamesThomson成功建立了人的胚胎干细胞系，打开了体外生产所有类型的可供移植治疗的人体细胞、组织、乃至器官的大门。2001年，Assady等首次报道了人胚胎干细胞(ESC)向胰岛样细胞分化的可能性。2005年，Kwon等采用体外蛋白质转导技术，将PDx-1蛋白转染到人的ESC内，转入的蛋白激活下游基因，促使ESC分化为胰岛素分泌细胞。2009年ZhangD等建立了分化效率更高的定向诱导分化体系。人ESC分化来的细胞具有成熟胰腺β细胞特性，共表达NKX6.1、PDX和C-pepetide[3]。

ESC存在于胚胎发育早期阶段，具有发育的全能性，且具有免疫原性弱、增殖力强等优点，在胰岛细胞来源中被长期关注。但人ESC再生为胰岛分泌细胞尚存在以下问题：①分化细胞的成熟度低，需要多步诱导分化成熟；②胚胎干细胞无限增殖而导致的肿瘤生长问题；③应用ESC的社会伦理问题。

2.2成体干细胞

成体干细胞如骨髓干细胞、胰腺干细胞等，是目前干细胞研究中的热点，主要的优点有：①分化成目标细胞的生物学步骤较短；②细胞来源广；③允许自体移植，克服免疫排斥反应；④不存在伦理学问题。故成体干细胞是未来移植的方向。

2.2.1胰腺干细胞

胰腺干细胞指未达终末分化状态、能产生胰岛组织或起源于胰岛、具有自我更新复制能力的未定型细胞，其分化为胰腺内分泌细胞的生物学步骤最短，被认为是最有希望作为临床胰岛移植的干细胞来源。胰腺干细胞分子标记物[4]包括胰十二指肠同源框因子-１（PDX1）、细胞角蛋白(cytokeratin，CK)CK一19和CK一20、巢蛋白(Nestin)、神经原素3(Ngn3)等。Bonner-Weir等[5]通过体外培养人胰腺导管细胞，并成功诱导分化为胰岛样细胞。

2.2.2自体骨髓间充质干细胞

2003年Jahr等报道：骨髓间充质干细胞在体外不诱导的条件下移植于链脲佐菌素所致糖尿病大鼠，可在胰腺定位，并具有分泌胰岛素的能力。FigliuzziM报道[6]，同时移植胰岛细胞和骨髓间充质干细胞可为原位于胰腺本身的干细胞转分化为胰岛素阳性细胞提供开始分化的信号和转分化的微环境，并通过促进血供促使移植的胰岛细胞存活并发挥降糖作用。

2.2.3自体骨髓干细胞移植治疗1型糖尿病

2008年，巴西的CouriCE，VoltarelliJC报道[7]新诊断的1型糖尿病患者中给予大剂量免疫抑制剂后进行自体非清髓造血干细胞移植(AHsT)，观察到在胰岛素停用或减量12-24个月的同时，C一肽水平显著升高可长期保持。国内的朱大龙等也报道了类似病例。

2.3胚胎胰腺干细胞

2008年，娄晋宁，邓宏魁[8]应用从人胚胎胰腺组织分离的干细胞，通过体外扩增和定向诱导分化，然后将干细胞分化的胰岛通过门静脉移植到6只通过胰腺全切除的方法制备成的糖尿病恒河猴的肝脏。所有的动物在干细胞移植后的第４天开始完全脱离胰岛素治疗，血糖和血浆Ｃ－肽恢复到正常水平，并且最长持续到移植后的11周。然而，在干细胞胰岛移植后的5-11周内，所有接受干细胞胰岛移植的恒河猴陆续死亡，死亡时的血糖为零。死亡后的肝组织检查发现，肝内有许多导管细胞增生形成的膨大管状结构；肝实质内存在大量增生的胰岛样结构和细胞，提示存在门静脉的高压和胰岛细胞增生的情况。这些结果表明，干细胞细胞分化胰岛移植到肝脏可能存在两种安全隐患：一是肝脏的门脉高压，二是可能存在胰岛内分泌细胞的调节异常，如胰岛细胞过度增生致严重低血糖甚至死亡。

2.4脐血干细胞

人脐血是含有大量造血干细胞、丰富的间充质干细胞，具有分化为外胚层、中胚层、内胚层的能力。KadamSS，BhondeRR报道[9]从脐血干细胞诱导分化出胰岛样细胞，可分泌C肽、胰岛素、胰高糖素，证实了脐血来源的持续表达巢蛋白阳性祖细胞作为新胰岛再生来源并用于糖尿病细胞移植治疗的潜在可能。采用脐血干细胞移植治疗具有来源丰富、不存在伦理学问题、组织配型时间短、抗原表达弱等优势，加之间充质干细胞的免疫调节及加速造血恢复等影响，提高了脐血的移植成功率。

2.5诱导多能干细胞(inducedpluripotentstemcells，iPS)2006年，日本的ShinyaYamanaka[10]领导的研究小组在小鼠尾部细胞中插入一个四基因联合体，成功得到了类胚胎干细胞，他们将这种细胞命名为iPS细胞。这些iPS细胞能表达ESC细胞的各种表面标记，在形态学、增殖特性、干细胞标记物的表达及畸胎瘤形成方面都与人ESC基本相同。

ZhangD等[11]在用人iPS细胞治疗糖尿病的研究上取得了重大突破，成功地用表皮生长因子等诱导人iPS细胞分化为胰岛分泌细胞，同时提出了提高胰岛分泌细胞诱导和纯化效率的新思路，将iPS的转化效率提高100倍。利用个体成熟细胞逆转到胚胎干细胞状态，大大拓展了干细胞来源，并可消除潜在的移植免疫排异反应，这在器官再生、组织修复治疗方面具有更广阔的应用前景。

3成体细胞重编程

2008年Qiaozhou等[12]把分别携带3个与胰腺发育相关的转录因子(Ngn3、PDX1和Mafa)的腺病毒载体注入缺乏胰岛β细胞的小鼠的胰腺(腺病毒载体选择性感染胰腺外分泌细胞，而不感染胰岛细胞)，结果胰腺内大约20％的外分泌细胞转化成胰岛β细胞，小鼠的高血糖得到缓解。成体细胞从一种分化状态进入另一种分化状态，中间并不需转变成干细胞。这项研究是再生医学领域的又一次革命，体现了细胞重编程领域巨大的医疗潜力。

4治疗性克隆

治疗性克隆是胚胎干细胞技术与重编程技术的联合，指把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚，把重组胚体外培养到囊胚，然后从囊胚内分离出ESC，获得的ESC使之定向分化为所需的特定细胞、组织或器官，用于替代治疗。该胚胎干细胞系含有患者一样的细胞核，具有与患者相同的遗传和免疫特征，从而避免了移植治疗中免疫排异的缺陷。JiangW[13]等首次验证了治疗性克隆在糖尿病治疗上的可行性。通过体细胞核移植技术建立了小鼠的ES细胞（ntES细胞），再结合分化技术，成功将ntES细胞分化成具有功能性的分泌胰岛素细胞；将这些细胞植入小鼠体内，成功地逆转了糖尿病。治疗性克隆克服了供体缺乏和免疫排异两大移植障碍，成为根治糖尿病最有希望的途径。

综上所述，细胞移植和再生途径治疗糖尿病在多个方向已取得突破性进展。但，应用于临床仍有诸多问题有待解决：1）旁分泌机制和细胞功能的调控研究,例如，在体外培养条件下制备的细胞缺乏胰岛细胞正常发育所需的必要信号，导致产生的细胞存在部分功能缺失，不能精确模仿胰岛β细胞的生理性调节作用；2）细胞定植部位的选择；3）干细胞的体内示踪与趋化归巢；4）高效体外诱导分化；5）定位区域微循环、免疫等等。同时，细胞治疗的安全性还有待深入评估，例如，致瘤性，非葡萄糖依赖调节的胰岛素不适当分泌等。随着科学家和医学工作者的深入研究，上述问题的不断解决，细胞移植和再生途径治愈糖尿病，只是时间问题。

参考文献

[1]Newsletter9ofITR.2001June.

[2]ShapiroAMJ，LakeyJRT，RyanEA，etal.Islettransplantationinsevenpatientswithtype1diabetesmellitususingaglucocorticoid-freeimmunosuppressiveregimen[J].NEnglJMed，2000;343:230-8.

[3]ZhangD，JiangW，LiuM.HighlyefficientdifferentiationofhumanEScellsandiPScellsintomaturepancreaticinsulin-producingcells[J].CellRes，2009;19(4):429-38.

[4]DorrellC，AbrahamSL，Lanxon-CooksonKM。Isolationofmajorpancreaticcelltypesandlong-termculture-initiatingcellsusingnovelhumansurfacemarkers[J].StemCellRes，2008Sep;1(3):183-94.

[5]Bonner-WeirS,InadaA,YatohS.Transdifferentiationofpancreaticductalcellstoendocrinebeta-cells[J].BiochemSocTrans，2008;36(Pt3):353-6.

[6]FigliuzziM，CornoltiR，PericoN，RotaC.Bonemarrow-derivedmesenchymalstemcellsimproveisletgraftfunctionindiabeticrats[J].TransplantProc，2009Jun;41(5):1797-800.

[7]CouriCE，VoltarelliJC.Autologousstemcelltransplantationforearlytype1diabetesmellitus[J].Autoimmunity，2008Dec;41(8):666-72.

[8]娄晋宁，邓宏魁.干细胞治疗恒河猴糖尿病的实验研究.2008-11-18医师报.

[9]KadamSS，BhondeRR.Isletneogenesisfromtheconstitutivelynestinexpressinghumanumbilicalcordmatrixderivedmesenchymalstemcells[J].Islets，2010Mar-Apr;2(2):112-20.

[10]YamanakaS，TakahashiK.Inductionofpluripotentstemcellsfrommousefibroblastcultures[J].TanpakushitsuKakusanKoso，2006Dec;51(15):2346-51.

[11]ZhangD，JiangW，LiuM.HighlyefficientdifferentiationofhumanEScellsandiPScellsintomaturepancreaticinsulin-producingcells[J].CellRes，2009;19(4):429-38.

[12]Qiaozhou，JulianaBrown，Andrewkanarekl.Invivoreprogrammingofadultpancreaticexocrinecellstoβ-cells[J].Nature，2008Oct2;455:627-32.

[13]JiangW，BaiZ，ZhangD.Differentiationofmousenucleartransferembryonicstemcellsintofunctionalpancreaticbetacells[J].Diabetologia，2008;51(9):1671-9.