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來(lái)源：南開(kāi)細(xì)胞工程
摘要：Ⅰ型糖尿?。═1D）是由于患者對(duì)β胰島細(xì)胞存在先天性和特異性免疫反應(yīng)產(chǎn)生破壞而引起的一種慢性自身免疫性疾病。胰島移植是調(diào)節(jié)T1D患者血漿葡萄糖的一種治療方法。然而胰島移植手術(shù)由于供體可用性低、胰島丟失率高和免疫排斥而受到限制，亟須開(kāi)發(fā)新技術(shù)來(lái)提高胰島的植入效率和存活率，并保持胰島的功能。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）是具有高可塑性的多能非造血祖細(xì)胞，可以在體內(nèi)和體外保證胰島細(xì)胞發(fā)揮功能。在胰島移植中，胰島與MSCs的共同移植在比單獨(dú)胰島移植更有效。此外，MSCs在控制移植物排斥反應(yīng)方面也有一定潛力。MSCs有益于血管生成、抑制免疫反應(yīng)和分泌胰島存活和發(fā)揮功能所必需的生長(zhǎng)因子，并且可以通過(guò)直接的細(xì)胞間接觸或通過(guò)其分泌組（包括外泌體）與先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)細(xì)胞相互作用，從而對(duì)胰島細(xì)胞移植產(chǎn)生積極作用。在本文中，我們描述了間充質(zhì)干細(xì)胞與胰島功能和糖尿病相關(guān)的多個(gè)方面，討論了目前間充質(zhì)干細(xì)胞作為能夠控制免疫系統(tǒng)以防止排斥反應(yīng)和促進(jìn)內(nèi)源性修復(fù)的細(xì)胞管理者的關(guān)鍵作用。
關(guān)鍵詞：胰島細(xì)胞移植；Ⅰ型糖尿??；間充質(zhì)干細(xì)胞
1 引言
Ⅰ型糖尿病（type 1 diabetes，T1D）或青少年糖尿病是一種慢性自身免疫性疾病，其產(chǎn)生原因是內(nèi)分泌胰腺中產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞逐漸被免疫細(xì)胞破壞。T1D的特征是胰島的慢性炎癥和免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，稱為胰島素炎。低血糖和高血糖均可導(dǎo)致健康并發(fā)癥。因此T1D患者需要皮下注射外援胰島素來(lái)維持正常的血糖水平。胰島移植或全胰腺移植的治療方法也被應(yīng)用于治療T1D，但這些治療方法需要隨后進(jìn)行免疫抑制治療。由于移植引發(fā)的急性炎癥反應(yīng)和促炎細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α和IFN-γ的釋放，使得高達(dá)80%的移植胰島在整合到組織中之前丟失。同種異體免疫移植物排斥反應(yīng)和自身免疫復(fù)發(fā)也對(duì)胰島移植的成功提出了挑戰(zhàn)。此外，有限的組織供應(yīng)也是胰島移植手術(shù)的一個(gè)難題。
間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs） 是存在于各種組織中的多能非造血祖細(xì)胞，包括骨髓、脂肪組織、肝臟和臍帶血。它們可以分化成多種細(xì)胞類型，包括骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肌細(xì)胞。MSC的低免疫原性以及免疫抑制特性使MSCs成為治療包括T1D在內(nèi)的各種自身免疫性疾病的有前途的治療工具。多項(xiàng)研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過(guò)調(diào)節(jié)免疫、促進(jìn)血管生成，減弱胰島移植后的免疫應(yīng)答并提高胰島移植效率。本文將介紹間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)β細(xì)胞功能的有益作用。
2 胰島移植治療Ⅰ型糖尿病
2000 年，Shapiro 等人制定了胰島細(xì)胞移植的埃德蒙頓方案[16]并引入了無(wú)糖皮質(zhì)激素的免疫抑制方案，突破了T1D傳統(tǒng)治療手段，并為徹底治愈T1D帶來(lái)希望。2006年，Shapiro等人發(fā)表了在世界范圍36個(gè)地區(qū)接受他們的胰島細(xì)胞移植治療的28例患者的隨訪結(jié)果。根據(jù)埃德蒙頓方案，Shapiro 等人將胰島細(xì)胞從已故供體中分離，通過(guò)門靜脈注射的方法移植到患者體內(nèi)。在參與的患者中，58%的患者在研究的某些時(shí)候盡管處于良好的血糖控制下仍具有胰島素依賴性，76%的患者在移植2年后需要一定程度的胰島素治療。另外，這項(xiàng)研究說(shuō)明了免疫抑制藥物對(duì)胰島細(xì)胞功能的破壞作用，并促進(jìn)了后續(xù)對(duì)單藥免疫抑制的研究。免疫抑制藥物在肝門靜脈部位的毒性很大，因此進(jìn)一步研究胰島的替代移植部位十分重要。
2022年，Marfil-Garza等人發(fā)表了加拿大埃德蒙頓阿爾伯塔大學(xué)20年的胰島細(xì)胞移植研究結(jié)果，這項(xiàng)僅埃德蒙頓就有255名患者參與的研究是胰島移植后長(zhǎng)期結(jié)果的最大隊(duì)列研究。盡管存在慢性免疫抑制，這項(xiàng)研究仍說(shuō)明了胰島細(xì)胞移植的長(zhǎng)期安全性。在7.4年的跟隨觀察中，90%的患者保持存活，其胰島移植物的生存時(shí)間中位數(shù)為5.9年。與非持續(xù)移植物存活的患者相比，具有持續(xù)移植物存活率的患者表現(xiàn)出更好的胰島素獨(dú)立性和更好的持續(xù)血糖控制情況。
圖1 1890年至今同種異體胰島細(xì)胞移植的演變
3 間充質(zhì)干細(xì)胞
間充質(zhì)干細(xì)胞（multipotent stromal cells， MSC）是細(xì)胞治療中在生理和病理?xiàng)l件下維持體內(nèi)平衡的細(xì)胞來(lái)源。與其他干細(xì)胞不同，MSC的使用不存在倫理問(wèn)題。此外，在臨床前動(dòng)物疾病模型中已知的MSC治療潛力已經(jīng)在臨床試驗(yàn)中得到了初步驗(yàn)證。
間充質(zhì)干細(xì)胞可以從多種不同的生物組織中分離得到，如成人骨髓（BM）、脂肪組織以及產(chǎn)前組織（如臍帶和胎盤(pán)），并且具有廣泛增殖、多能性和歸巢/遷移的特點(diǎn)。Friedenstein首次在小鼠BM中分離出MSC，它們?cè)隗w外和體內(nèi)都顯示出免疫抑制功能。此外，Davies及其同事測(cè)試了輸注自體MSC（來(lái)自宿主糖尿病患者）或來(lái)自健康供體的同種異體MSC的差異，并證明兩組之間在免疫抑制活性、血液相容性或遷移能力方面沒(méi)有功能差異。有證據(jù)表明，間充質(zhì)干細(xì)胞分泌組發(fā)揮旁分泌作用，在急性胰腺炎中起保護(hù)作用。
間充質(zhì)干細(xì)胞已被證明可以改善多種自體免疫介導(dǎo)的疾病，包括移植物排斥反應(yīng)、移植物抗宿主病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性狼瘡性紅斑病。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞可以促進(jìn)傷口愈合和組織再生。在各種環(huán)境中，人間充質(zhì)干細(xì)胞已被證明對(duì)糖尿病有益。越來(lái)越多的證據(jù)表明，間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞和胰島存活率具有積極作用，胰島與間充質(zhì)干細(xì)胞共移植可增加胰島移植物的存活率。MSC移植的優(yōu)點(diǎn)是患者耐受性良好，無(wú)明顯毒性，但偶爾也有一些不良反應(yīng)，如胃腸道和皮膚疾病。間充質(zhì)干細(xì)胞移植后，這些細(xì)胞可以通過(guò)分化成各種細(xì)胞表型，提供細(xì)胞因子、趨化因子、生長(zhǎng)因子和其他生物活性因子，增強(qiáng)干細(xì)胞和組織祖細(xì)胞的增殖并抑制免疫反應(yīng)，從而成為為受損組織提供修復(fù)環(huán)境并促進(jìn)組織再生。
4 間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)胰島功能的保護(hù)
體外培養(yǎng)人胰島會(huì)導(dǎo)致功能喪失、去分化、衰老、細(xì)胞凋亡和壞死。從體內(nèi)分離胰島細(xì)胞還有一定概率導(dǎo)致其死亡。在分離3-6天后對(duì)人胰島進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄分析，發(fā)現(xiàn)胰島素陽(yáng)性細(xì)胞β細(xì)胞基因表達(dá)降低，伴有祖細(xì)胞標(biāo)志物水平升高，表明離體胰島細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生了早期的去分化。因此，需要開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件來(lái)維持胰島功能，用于體外研究和胰島移植前的胰島保存。幾項(xiàng)研究表明，胰島與間充質(zhì)干細(xì)胞共培養(yǎng)可以在胰島細(xì)胞離體及體外培養(yǎng)中保持其功能活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，間充質(zhì)干細(xì)胞提供了維持β細(xì)胞功能和存活的因子，并抑制了胰島細(xì)胞離體后自發(fā)性的去分化。
Yeung等觀察到，人間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)分泌金屬蛋白酶2和9保護(hù)人胰島細(xì)胞免受促炎細(xì)胞因子IFN-γ、TNF-α和IL-1β的破壞。已有實(shí)驗(yàn)證明，MMP-2和MMP-9通過(guò)降低T細(xì)胞表面的IL-2R（CD25）表達(dá)來(lái)促進(jìn)MSC的免疫抑制功能。敲除MMP-9的小鼠體內(nèi)胰腺和胰島發(fā)育正常，但應(yīng)對(duì)高血糖的反應(yīng)通路受損，即MMP-9敲除后胰島對(duì)在高血糖條件下分泌的胰島素量減少。這表明細(xì)胞外基質(zhì)周轉(zhuǎn)對(duì)于從基質(zhì)中釋放旁分泌因子很重要。
在T1D的治療中，MSC展現(xiàn)出有效調(diào)節(jié)纖維化和組織再生的作用。在糖尿病動(dòng)物模型中，間充質(zhì)干細(xì)胞與胰島聯(lián)合移植比單獨(dú)胰島移植更有效。對(duì)糖尿病小鼠模型反復(fù)進(jìn)行骨髓移植可恢復(fù)正常血糖，并使胰腺恢復(fù)正常形態(tài)。對(duì)糖尿病小鼠或大鼠全身性給予MSC可促進(jìn)胰島再生、增加內(nèi)源性胰島素生成、降低血糖水平、減少胰腺炎癥過(guò)程并預(yù)防腎損傷。盡管一些研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌功能有助于間充質(zhì)干細(xì)胞的有益作用，但間充質(zhì)干細(xì)胞條件培養(yǎng)基的效率遠(yuǎn)低于間充質(zhì)干細(xì)胞移植。當(dāng)間充質(zhì)干細(xì)胞與胰島共移植到糖尿病動(dòng)物體內(nèi)時(shí)，可以明顯觀察到間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)胰島細(xì)胞的有益作用。
一些間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)生的因子有助于維持胰島β細(xì)胞功能和存活率，因此將胰島細(xì)胞與間充質(zhì)干細(xì)胞共同移植可以提高胰島移植的效率。
圖2 間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)胰島β細(xì)胞有益作用的例證
（綠色箭頭表示間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)β細(xì)胞的有益作用，紅色箭頭表示炎癥對(duì)β細(xì)胞的有害影響）
5 討論與展望
在本文中，我們首先討論了胰島細(xì)胞移植作為Ⅰ型糖尿病的一種治療方案，盡管具有廣闊的應(yīng)用前景，仍不可避免地存在慢性免疫抑制的問(wèn)題。為了保持胰島細(xì)胞離體后的形態(tài)與功能，以及應(yīng)對(duì)慢性免疫抑制的問(wèn)題，我們討論了間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)胰島β細(xì)胞保護(hù)作用及其對(duì)自體免疫的抑制作用。迄今為止，體內(nèi)研究的重點(diǎn)是探討間充質(zhì)干細(xì)胞的移植是否伴隨免疫抑制治療，這種療法短期來(lái)看是有效的，在一些糖尿病患者體內(nèi)也可以達(dá)到長(zhǎng)期的治療效果。考慮到從動(dòng)物研究中獲得的數(shù)據(jù)，將間充質(zhì)干細(xì)胞與胰島移植相結(jié)合是可取的。然而用于移植的胰島細(xì)胞數(shù)量是有限的，因此體外保持胰島β細(xì)胞的活性與功能仍然需要進(jìn)一步的研究。可以通過(guò)對(duì)MSC分泌組進(jìn)行深入探索，優(yōu)化生長(zhǎng)因子組成，以保持β細(xì)胞功能，并提高體外β細(xì)胞分化的效率，保持胰島的離體功能。