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关于干细胞治疗糖尿病

发布日期:2020年05月15日    浏览次数:239

  糖尿病是危害全球数百万人口身心健康的破坏性疾病。最新研究结果显示:我国18岁以上成人中,糖尿病患病率为9.7%。由于糖尿病患者胰岛功能的改善对延缓并发症的发生尤为重要,因此,借助干细胞移植的方法,在糖尿病患者体内重建内源性胰岛素分泌系统,成为目前再生医学领域中备受关注的研究方向。

  一、糖尿病再生用于治疗的干细胞类型

  可分化为胰岛β细胞的干细胞类型包括:胚胎干细胞、成体干细胞、诱导性多能干细胞等。成体干细胞存在于胰腺、骨髓、脐带或脐血、肝、肠上皮、神经上皮、内皮祖细胞等,具有自我更新能力和多向分化潜能。其中研究最多的是骨髓干细胞和脐带/脐血干细胞。

  二、胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)难以实现临床转化

  ESCs具有多向分化潜能和强大的增殖特性。体外培养过程中,人ESCs可转分化为"胰岛样"细胞簇,并随小鼠体内血糖水平的高低而自主分泌胰岛素。借助微囊包埋、miR-375高表达和三维构建等方式,能将ESCs的转分化效率提高至7%。

  ESCs具有高致瘤风险、宿主免疫排斥反应明显及伦理学争议强烈等局限性。尽管借助"自杀"基因转入ESCs、海藻酸钠微囊包埋ESCs以及米非司酮诱导酶高表达等方法,可在一定程度上杀伤ESCs诱发的肿瘤细胞,但成功率不高,因此,ESCs临床应用前景并不明朗。

  三、诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs) 可望取代ESCs应用于临床

  iPSCs的生物学特性与ESCs高度相似,其最大的优势在于:通过从糖尿病患者自身获得特异性iPSCs,可有效避免ESCs移植过程中所面临的免疫排斥反应和伦理学争议。尽管如此,iPSCs技术仍然面临以下问题:(1)低转分化效率(0.01%~0.10%):借助原癌基因的表达,虽可提高其分化潜能,却增加了致瘤风险性;(2)激活非正常基因:源于iPSCs的胰岛素分泌细胞可能表达某些异常基因,诱发同基因受体发生自身免疫反应。只有有效解决这些问题,才有望推动iPSCs技术的临床转化。

配图 (29)_副本

  四、自体外周造血干细胞移植(autologous hematopoietic stem cell transplantation, AHSCT)对成人1型糖尿病(T1DM)患者的疗效良好

  造血干细胞(HSC)具有极强的自我更新能力与多向分化潜能,可抑制NOD小鼠(自身免疫性T1DM小鼠)体内致病性T细胞而活化调节性T细胞(Treg);降低促炎性细胞因子而增加抗炎性细胞因子水平。同时,HSC可促进内源性胰岛β细胞再生及胰岛局部新生血管形成,由此改善NOD小鼠的胰岛功能。

  临床采用AHSCT方案用于治疗T1DM的根本机制在于:先以大剂量免疫抑制剂(环磷酰胺)摧毁T1DM患者体内"病态"免疫系统后,回输自体HSC重建"正常的"免疫功能,借此逆转胰岛自身免疫反应,修复受损组织。迄今在世界范围内,先后有诸多学者开展了AHSCT用于治疗成人或儿童T1DM的临床研究。

  关于AHSCT用于治疗T1DM的临床应用,以下几点值得注意:(1)AHSCT对成人T1DM患者的疗效良好,但对于儿童T1DM患者,其疗效并不优于传统胰岛素注射。(2)AHSCT疗效的主要影响因素包括:移植前的病程、发病年龄、空腹C肽水平、胰岛自身抗体阳性数目、血浆肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平、酮症酸中毒史以及CD34+细胞输注数量等。其中,移植前空腹C肽、发病年龄和血浆TNF-α水平联合预测移植后病情完全缓解率的准确性可达73.9%。(3)AHSCT免疫清除效应的峰值期为移植后3~6个月,"免疫重建"显现期为移植后12~36个月。其后,T1DM患者机体内环境由移植前的促炎性转化为移植后的抗炎性,诱导机体对胰岛自身抗原产生免疫耐受。(4)AHSCT可能诱发重症感染、性腺或甲状腺机能减退等,如何提高安全性是推动其临床应用的关键。

  五、间充质干细胞(mescenchymal stem cells, MSCs) 可望用于用于治疗糖尿病及其并发症

  1、MSCs用于治疗T1DM的疗效机制及临床应用:

  人MSCs可来源于骨髓、脐带Wharton胶或脐血、脂肪组织、羊水、牙髓等。其中,人骨髓MSCs(BMMSCs)、脐血间充质干细胞(UCB-MSCs)、脐带Wharton胶MSCs(WJ-MSCs)以及脂肪组织MSCs(AD-MSCs)的应用较为广泛。

  MSCs用于治疗T1DM的主要机制包括免疫调节效应、归巢性和转分化特性。细胞外基质对MSCs的转分化特性尤为重要。有学者将葡聚糖和明胶构建的"三维生物支架"作为"细胞外基质",成功地将AD-MSCs体外转分化为"胰岛样"细胞团,并呈现出良好的血供及血糖反应性。

  体内MSCs是否可转分化为胰岛素分泌细胞,尚存在争议。我们在前期动物研究中发现,归巢至受损胰岛的BM-MSCs与胰岛素阳性细胞的分布完全没有重叠,表明MSCs并未转分化为胰岛素分泌细胞(待发表);胰岛内胰岛素含量增加的主要机制可能在于其免疫调节作用(即抑制CD4+T/CD8+ T细胞,增强Treg细胞)。进一步发现,通过增加骨髓MSCs的回输量或者回输频率,在一定程度上可提高MSCs的免疫抑制作用(待发表)。这就提示其对NOD小鼠的抑制效应存在剂量依赖性。

  2009年3月至2013年12月,我们于国内率先采用异体BM-MSCs/UCB-MSCs移植用于治疗了23例T1DM患者,发现异体MSCs移植用于治疗T1DM患者的总体有效率达70%~80%;异体UCB-MSCs与BMMSCs的临床疗效相似且安全性良好(待发表)。

  迄今,世界范围内已开展了多项采用MSCs用于治疗T1DM患者的研究(如NCT010-68951、NCT01157-403、NCT01322789、NCT00646724等)。在这些研究中,MSCs类型不一且来源于异体或自体(如BM-MSCs、AD-MSCs、UCB-MSCs等),移植前患者的病程存在明显差异(3周至10年),移植途径为体静脉或门静脉输注,随访周期3个月至3年不等,观察指标包括胰岛素用量、糖化血红蛋白(HbA1c)、C肽、淋巴细胞亚型比例及细胞因子浓度等,随访数据显示MSCs作用包括:(1)可调节CD4+/CD8+/Treg细胞之间的平衡,逆转胰岛自身免疫反应;(2)可促进胰岛β细胞的自我再生,显着改善T1DM患者的胰岛功能,预防糖尿病酮症酸中毒(DKA)的发生;(3)回输数目与移植后T1DM患者的C肽水平呈正相关,故其疗效具有剂量依赖性。

  尽管异体或自体MSCs移植是当前T1DM用于治疗方式中较有前途的新尝试,但是,其临床转化尚面临以下问题:MSCs的体外扩增及分化过程,可能增加其致瘤风险;经体静脉回输的大多数MSCs会在肺脏发生栓塞坏死,由此降低了MSCs向受损胰岛的归巢效率;MSCs疗效持续时间短且个体差异明显。为此,我们已开展了异体MSCs多次输注、联合二肽基肽酶Ⅳ(DPP-4)抑制剂或免疫抑制剂等后续临床研究,以期提高MSCs疗效且推动其临床应用。

  2、MSCs与其他类型细胞联合用于治疗T1DM或2型糖尿病(T2DM):

  近两年,异体MSCs与其他类型细胞(HSC、外周血单核细胞)联合用于治疗T1DM或T2DM的临床研究受到关注。相较于单一MSCs移植,联合方案可进一步改善晚期T1DM患者的高血糖水平及终末期肾病,并提高T2DM患者的胰岛素敏感性(NCT01415726),显然拓宽了干细胞用于治疗糖尿病的应用前景。

  3、MSCs用于治疗糖尿病并发症的临床应用:

  异体MSCs在一定程度上可延缓或用于治疗糖尿病微血管/大血管并发症。如缓解糖尿病痛性周围神经病变、改善阴茎勃起功能、促进糖尿病心肌病的血管再生、减轻心肌细胞凋亡和心室重塑、加快难治性皮肤溃疡的愈合、改善严重周围血管病变患者的缺血症状等。这些疗效可能与MSCs的转分化特性、旁分泌效应及免疫抑制作用等有关。

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  六、干细胞用于治疗糖尿病所面临的挑战

  我们应该认识到:干细胞用于治疗糖尿病曙光在望,但道路曲折。由基础走向临床的转化过程中,尚需解决如下问题:(1)如何保护干细胞移植后免受患者机体的异体免疫排斥或自身免疫反应(2)如何减少干细胞在宿主体内的致瘤性(3)何种来源的干细胞最佳?体内回输后是否会传输某种感染性或遗传性疾病(4)如何确立规范的细胞分离技术及回输方法?(5)如何确定适合干细胞移植的特定群体?制定科学统一的临床研究方案?只有解决上述问题,我们才能真正驾驭好"干细胞移植"这一新的用于治疗马车,将人类糖尿病的防治推向一个崭新天地。