干细胞治疗糖尿病研究进展
徐春 刘丽娜 综述 肖新华 审校
关键词：干细胞 移植 糖尿病 治疗
糖尿病是以慢性高血糖为特征的代谢紊乱，高血糖是由于胰岛素分泌不足或作用缺陷或两者同时存在而引起。目前糖尿病的治疗以药物和注射胰岛素为主，曾有学者应用胰岛移植的方法治疗糖尿病，但因组织来源匮乏制约了胰岛移植研究的开展。随着分子细胞学技术的发展，干细胞定向分化成胰岛素分泌细胞已成为现实，并有学者将其应用于临床取得了一定的成果，2009年初美国总统奥巴马批准了干细胞治疗人体试验(http://news.xinhuanet.com/world/2009-03/09/content_10972980.htm)，可以说多方面因素共同推动着干细胞移植在糖尿病治疗领域的发展。现将干细胞移植治疗糖尿病及其并发症的进展作一综述。
1 目前发现能够诱导分化为胰岛素分泌细胞的干细胞
干细胞是人体及其各种组织细胞的初始来源，其最显著的生物学特征是既有自我更新和不断增生的能力，又有多向分化的潜能。根据不同的来源，干细胞分为成体干细胞和胚胎干细胞。
1.1成体干细胞
成体干细胞是存在于胎儿和成体不同组织内的多潜能干细胞，具有自我复制能力，能够维持机体功能的稳定，发挥生理性的细胞更新和修复组织损伤作用。目前认为能够诱导分化为具有胰岛功能的成体干细胞有胰岛干细胞、骨髓造血干细胞、骨髓间充质干细胞、胎儿胰腺来源的干细胞和其他组织来源干细胞等。
1.1.1胰岛干细胞
研究显示内分泌祖细胞存在于胰腺导管内，人们在损伤胰腺的实验模型中发现成熟胰腺导管上皮细胞可以形成内分泌细胞。Ramiya等[1]将胰腺导管细胞体外培养获得胰岛干细胞，该细胞可分化为胰岛样细胞团，在血糖的刺激下分泌胰岛素，将这些细胞团移植给糖尿病鼠，可显著降低其血糖。Pdx1(胰十二指肠同源异型盒基因，pancreatic and duodenal homeobox1)是胰腺基因表达的关键性转录因子，能维持正常β细胞内环境稳定[2]，Hui等[3]阐述，Pdx1的过多表达以及Glp-1的治疗诱导胰腺导管细胞成为胰岛素分泌细胞。ngn3(神经元素3，neurogenin3)是胰腺发育过程中短暂表达的蛋白，Xu X等[4]通过ngn3的表达在损伤的成熟胰腺模型中证实了β细胞祖先的存在，将部分导管结扎，导管细胞活化ngn3，这些ngn3阳性细胞表达导管细胞角蛋白，这表明它们是胰岛祖细胞表型，将这些细胞分离并注入离体鼠胚胎胰岛，能自主增加胰岛β细胞对血糖的敏感性。
1.1.2骨髓造血干细胞
近年来发现，造血干细胞除可以分化为各系血细胞外还可以分化为多种非造血组织细胞，如肝细胞、肠、皮肤、支气管上皮细胞，心肌细胞和中枢神经细胞。Ianus等[5]通过建立小鼠模型，将标记有荧光蛋白的骨髓造血干细胞移植到小鼠的胰岛，之后移植的小鼠胰岛内发现了骨髓来源的胰腺细胞，这些细胞表达胰岛β细胞所特有的遗传标志物，在葡萄糖的刺激下能分泌胰岛素。Rachdi等[6]研究表明小鼠胰岛中有10%-20%的胰岛素阳性细胞可以检测出造血干细胞的KIT标志物，说明造血干细胞参与胰岛干细胞的再生。
1.1.3骨髓间充质干细胞
以往认为间充质干细胞是来自外胚层的，只能分化成外胚层细胞，如骨、软骨、肌肉、神经等。目前有学者认为间充质干细胞也可以分化为内胚层细胞，如胰腺细胞。Chen等[7]提取骨髓间充质干细胞分化成为胰岛功能样细胞，他们选用Wistar大鼠在尼克酰胺和β-巯基乙醇的诱导下，细胞能表达胰岛相关基因的mRNA，移植到链尿菌素（STZ）处理的大鼠体内能够控制其血糖水平。在我国也有报道，贾延劼等[8]将大鼠的骨髓间充质细胞用bFGF、HGF、尼克酰胺等进行诱导，诱导后的细胞具有β细胞的部分特征，可以分泌胰岛素，对糖刺激有反应性。
1.1.4胎儿胰腺来源的干细胞
Movassat等发现从人胚胰腺组织（孕18-24周）分离培养胰岛样细胞团（ICC）移植到血糖正常的鼠肾脏或胰腺上，这些细胞无论从功能上还是形态学上均能正常发育[9]。Zhang等[10]试验表明从人体胰腺分离的ICC在体外可以传代，经过肝细胞生长因子激活素α、β细胞调节素、exendin-4和尼克酰胺等因子诱导，该细胞能够表达胰岛素相关基因，胞内含有胰岛素。
1.1.5其他组织来源的干细胞
成熟干细胞在一定环境下可以分化为与胚胎学无关的其他组织细胞[11]，如骨髓基质细胞可诱导分化为心肌细胞、肝细胞、神经细胞等外胚层起源的细胞。Feber[12]认为肝细胞可诱导分化为胰腺细胞，他们通过Pdx1的异位表达，证明这一观点。一过性Pdx1在鼠体内肝脏细胞的出现诱导了内生胰岛素基因的表达，从表达Pdx1的肝细胞分泌的胰岛素能改善鼠STZ诱发的糖尿病。还有一项研究表明[13]，在位于近似中心静脉的地方发现了产生胰岛素及胰高血糖素的细胞。
1.2胚胎干细胞(ES细胞)
ES细胞是从着床前的早期胚胎(囊胚)内细胞团中分离得到的二倍体细胞，理论上具有发育和分化成为机体内几乎所有组织细胞的潜能。ES细胞增生能力远大于成体干细胞，备受人们关注。Assady等[14]首次报道了人胚胎干细胞(hES细胞)在去除细胞饲养层后形成拟胚体，可自发向胰岛素分泌细胞方向分化，拟胚体中有1%-3%细胞成胰岛素阳性染色。D’Amour等[15]报道了改良的五步法体外诱导定向分化方案(即hES细胞→定型内胚层→肠管内胚层→胰腺内胚层和内分泌前体细胞→表达激素的内分泌细胞)，通过体外培养过程中加入相应生物因子，可将hES细胞诱导分化为能够产生胰岛素、胰高血糖素、胰多肽的胰腺内分泌细胞，但C肽释放能力差，对葡萄糖刺激反应弱。从hES细胞诱导定向分化为胰岛素分泌细胞存在分化效率低，不稳定，成熟低的问题。
2干细胞移植在临床应用的现状
基于大量的基础研究，干细胞移植治疗糖尿病在临床上已取得初步进展。2007年巴西研究小组在15例新诊断的I型糖尿病患者中进行自体非清髓造血干细胞移植(AHST)，结果14例患者停用了胰岛素，最长时间已达35个月。其中13例患者HbA1c水平维持在7%以下，移植后6个月C肽释放反应的曲线下面积比移植前明显增加，谷氨酸脱氢酶抗体水平降低，12和24个月时几乎保持不变。这一结果表明AHST可使大多数I型糖尿病患者胰岛β细胞功能得到改善，从而延长不依赖胰岛素状态的时间[16]。2009年4月，美国医学会杂志(JAMA)将更新的研究成果发表。此项研究在2007年研究的基础上增添8例患者，通过平均29.8个月的随诊，20例患者在治疗前没有发生酮症酸中毒，也未应用过皮质醇，通过造血干细胞移植后，摆脱了胰岛素治疗。其中12例病人在平均31个月内持续保持稳定水平，8例病人停用胰岛素一段时间后开始皮下注射小剂量胰岛素(0.1-0.3IU/kg)即可将血糖控制平稳。在这12例持续不依赖胰岛素治疗的病例中，HbA1c水平不超过7%，C肽释放反应的曲线下面积从移植前225.0ng/ml显著增加到移植后24个月时785.4ng/ml（p<0.01），36个月时728.1ng/ml（p=0.01），8例一过性停用胰岛素的患者，C肽释放反应的曲线下面积由治疗前148.9ng/ml增加到治疗后36个月时546.8ng/ml（p=0.01），48个月时仍保持这一水平，随着时间的延长，其中两例患者又重新摆脱了胰岛素的治疗。在入选的23个病例中，，2例发生细菌培养阴性肺炎，3例出现内分泌机能障碍，9例出现少精子症，没有死亡病例[17]。可见，通过对新诊断1型糖尿病患者进行造血干细胞移植并经过29.8个月的随诊，C肽水平显著增加，大多数患者成功摆脱了胰岛素的治疗且血糖控制平稳。
国内郭连瑞[18]于2004年就报道了缺血下肢肌肉内局部注射自体骨髓干细胞，可使糖尿病足患者临床症状改善，并有新生侧枝血管形成。陈兵[19]等人报道，将自体骨髓间充质干细胞体外扩增后通过多点注射方式移植在患肢小腿及足部肌间隙，移植后一个月，细胞移植组患者肢体疼痛、冷感、间歇性跛行症状均有改善，踝肱指数明显升高，双下肢血管显像血流灌注有所增加，与常规治疗组比较差异均有显著性意义。
3 前景
分子细胞学的研究为干细胞治疗糖尿病奠定了一定的理论基础，临床研究也初见成效，可以说干细胞技术在糖尿病及其并发症治疗领域具有美好的发展前景。但目前仍存在一些问题：一、基础研究仍存在很大探讨空间，如明确调控干细胞诱导分化为β细胞的关键信号因子，确立更加优化的体外诱导分化方案，对分化的胰岛素分泌细胞进行严格的功能鉴定等；二、临床研究并不普遍，存在样本量少、观察时间短、缺乏严格对照等弊端，必须严格掌握治疗的适应症，并建立科学客观的疗效判定标准；三、开展干细胞移植还需关注伦理学方面的工作，在严格遵循国际公认的伦理学原则的基础上，必须获得医药卫生管理当局和本单位伦理委员会的批准，必须遵循知情同意，必须让本人与家属充分了解获益与风险评估情况等。总之，面对问题，不断发展，干细胞移植在整个生命科学领域中具有巨大的发展潜能，将为糖尿病的治疗掀开崭新的一页。
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