引用本文： 施靜, 姚豫桐, 馮天航, 魏玲玲, 賴春友, 鄧紹平, 黃孝倫. 胰島細胞與骨髓間充質干細胞聯合移植治療糖尿病的進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2018, 25(5): 635-638. doi: 10.7507/1007-9424.201711040 復制
糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種自身免疫性疾病，能造成機體本身的胰島素分泌不足，從而引發各種糖代謝綜合征（如失明和腎衰竭）。有研究[1]報道，全國有 1.4 億糖尿病患者，且其發病率有逐年上升的趨勢。臨床上常用的外源性胰島素可部分替代胰島內 β 細胞的功能，但它既不能替代胰島內其他細胞（α 及 PP 細胞）的功能，也不能減少糖尿病并發癥的發生及延緩其發展，且部分患者可出現血糖大幅度波動，治療效果有限。只有建立內源性的胰島素分泌系統才能為糖尿病的治療帶來希望[2]。目前，臨床上多采用胰島細胞移植和胰腺移植治療糖尿病[3-4]。胰腺移植因其手術創傷大、死亡率高、免疫源性大等缺點導致其在臨床上的發展受到了很大的限制[5]。胰島細胞移植手術因具有安全性高、創傷小、可多次重復等優點在臨床上備受青睞。有研究者[6-7]對胰島細胞移植患者隨訪了3 年，結果發現，胰島細胞移植治療糖尿病的安全性高，臨床療效較好。但又有研究[8]表明，胰島細胞在體內的存活時間不理想，嚴重影響其遠期療效。骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）能分泌保護性因子，對機體的免疫反應起調節作用，還具有組織修復功能，能改善局部微環境和胰島再血管化，能作為移植細胞的來源，緩解免疫反應等問題，近年來引起了廣大研究者的重視[9-11]。筆者通過回顧 BMSCs 與胰島細胞相關的體內外研究文獻，總結了 BMSCs 聯合胰島細胞移植治療糖尿病的可行性。
1 BMSCs 概述
BMSCs 是一種具有多向分化潛能和很強的自我更新能力、能分化成多種功能細胞的干細胞。BMSCs 本身不表達主要組織相容性復合體 Ⅱ（MHCⅡ）及 T 細胞共刺激分子 B7，不表達或低表達主要組織相容性復合體 Ⅰ（MHCⅠ ）。有體外實驗[12-14]已經證實，BMSCs 不僅能抑制各種刺激引起的 T 細胞增殖，還能間接抑制 T 細胞并阻止 T 細胞的活化。因此，BMSCs 異體移植可能不會激發免疫排斥反應，且還可誘導非特異性的免疫耐受[15-16]。此外，BMSCs 容易獲得，體外分離、培養和純化較容易，還具有跨越分化潛能[17-18]。已有研究[19]證實，BMSCs 在特定的微環境下能定向分化成各種功能細胞，如在胰腺特定的環境里可分化為胰島素樣細胞，發揮降糖的作用。BMSCs 的能長期存活以及不斷自我繁殖的特性，使其成為胰島素樣細胞的潛在來源[20]。研究[21-22]還表明，BMSCs 能改善局部微環境，促進血管再生，對受損組織能起到一定的修復作用；BMSCs 還具有降低免疫原性的特點，能在細胞移植過程中減少排斥反應，與胰島細胞聯合移植用以治療糖尿病可能會取得更好的療效。
2 BMSCs 與胰島細胞聯合移植治療糖尿病的可行性
2.1 BMSCs 誘導分化為類胰島細胞
Miladpour 等[23]在混有 β 再生液的微環境下成功將 BMSCs 誘導分化成了能分泌胰島素的類胰島細胞。此外，有研究[24]結果表明，在一定時期內，移植 BMSCs 后能緩解鏈脲佐菌素（STZ）誘導的糖尿病大鼠的高血糖癥狀，并且移植 BMSCs 后大鼠的胰島細胞功能明顯恢復，但移植進入體內的 BMSCs 自身并未表達胰島素，而是促進了胰島細胞的再生。Aali 等[25]通過對比移植 BMSCs 與未移植 BMSCs 治療 STZ 誘導的糖尿病大鼠的效果，發現 BMSCs 移植降低了大鼠的血糖水平，這是因為 BMSCs 移植促進了大鼠的胰島細胞再生，增加了血清中胰島素水平，從而起到了降糖的效果。由此可以說明，BMSCs 移植不僅沒引起大鼠體內的排斥反應，還能促進大鼠胰島細胞再生，從而對糖尿病大鼠起到一定的治療效果。
2.2 BMSCs 與胰島細胞的體外培養實驗
有學者[26]將大鼠的 BMSCs 與胰島細胞進行了體外共培養實驗，結果發現，單獨胰島細胞培養組的胰島細胞存活率低于胰島細胞與 BMSCs 共培養組，且胰島細胞與 BMSCs 共培養組存活胰島細胞的胰島素分泌功能并無明顯改變。這可能與 BMSCs 分泌的多種生長因子有關，如造血因子、趨化因子、抗菌肽等。這些因子不僅可能對胰島發揮著局部營養支持的作用，還可能阻礙了胰島內部炎性細胞的活化。Yanai 等[27]將 BMSCs 與胰島細胞進行了持續 20 d 的體外共培養實驗，發現胰島細胞在培養 20 d 后依舊保持完整的細胞結構和較高的存活率。這表明胰島細胞聯合 BMSCs 移植具有提高移植成功率的可能。
2.3 BMSCs 與胰島細胞的體內實驗
自 2000 年起，全球有超過 45 個移植中心推廣開展了以 Edmonton 方案為基礎的胰島細胞移植治療。研究[28]結果顯示，胰島細胞移植能較快地恢復糖尿病患者內源性胰島素的分泌，降低患者的糖化血紅蛋白水平，讓患者的代謝趨于穩定，降低低血糖的發生率，進而延緩慢性并發癥的發生。但其5 年的隨訪結果并不樂觀，有超過 90% 的患者需要長期依賴胰島素，往往需再次接受移植，其中，最主要的原因可能是移植入體內的胰島細胞遭到機體免疫排斥而被破壞，影響了移植物的功能和效果[29]。這表明在體內發揮功能的胰島細胞少，影響了其對糖尿病的治療效果，如何提高在體內發揮功能的胰島細胞數量是我們現在要解決的關鍵問題。
Unsal 等[30]對比了 BMSCs 與胰島細胞各自單獨移植及聯合移植對糖尿病大鼠的治療效果，結果發現，BMSCs 與胰島細胞聯合移植與單獨移植比較，血糖濃度下降快，且一直保持在正常水平；同時病理學結果表明，聯合移植中存活的胰島細胞數量最多。另外，Oh 等[31]報道，通過聯合移植促進了胰島的血管再生，可作為糖尿病治療的又一新方法，這表明 BMSCs 與胰島細胞聯合移植能提高胰島在體內發揮功能的細胞數量[30-31]。
3 BMSCs 與胰島細胞聯合移植與其他移植方式比較
雖然利用 BMSCs 誘導分化成為胰島素樣細胞，在一方面解決了移植供體匱乏的情況，另一方面也有效地抑制了免疫反應進而避免胰島再損傷，延長了胰島素樣細胞的存活時間，替代 β 細胞治療 1 型糖尿病具有潛在的治療價值[32]，但是在現階段，僅僅只單純利用自身 BMSCs 誘導分化成的胰島素樣細胞的數量和功能都不容樂觀[33-34]，也達不到很好的治療效果，只有增加發揮胰島功能的細胞數量才能更好地治療糖尿病。
Wu 等[35]將胰島細胞與骨髓細胞聯合移植用于糖尿病大鼠的治療，結果發現，此方式延長了移植胰島細胞的存活時間。同年，Ikebukuro 等[36]研究了經門靜脈移植胰島細胞與骨髓細胞治療糖尿病大鼠的效果，發現其能將血糖控制在正常水平長達1 年。但與 BMSCs 移植相比，單獨骨髓移植改變了受體體內的微環境，可能會引起免疫排斥反應，導致機體某些炎癥反應或副作用[37]。
此外，Unsal 等[30]在不借助免疫抑制劑條件下，采用胰島細胞聯合 BMSCs 經尾靜脈移植，結果能將糖尿病大鼠的血糖控制在正常水平 7 d。Ben Nasr 等[38]采用胰島細胞聯合 BMSCs 經腎包膜移植，發現此方法也能延長胰島細胞的存活時間，能將大鼠的血糖降低 15 d。由此說明，胰島細胞聯合 BMSCs 可經多種途徑移植，且初步發現對糖尿病有較好的治療效果。
4 BMSCs 與胰島細胞聯合移植的應用
聯合移植不僅在動物實驗上的療效可觀，在臨床實踐中，我國福州總醫院已經成功地應用腎移植+成人胰島細胞聯合自體 BMSCs 經門靜脈移植治療過 1 例 1 型糖尿病合并尿毒癥患者，手術過程順利，且術后恢復良好[39]。
Ben Nasr 等[38]也證實，胰島細胞與干細胞聯合移植能維持胰島的結構和功能，提高對高血糖的抵制作用。Grapensparr 團隊[40]對胰島細胞聯合干細胞移植的效果也做了研究，發現聯合移植不僅對治療效果起到了很好的作用，也促進了胰島周圍的血管再生，促進了胰島素的分泌，也證實了聯合移植能保護胰島細胞的形態結構，與 Ben Nasr 等[38]的結果一致。這提示，胰島細胞與干細胞聯合移植有望改善糖尿病患者的遠期療效，給胰島細胞移植治療糖尿病擴充了新的路徑。但目前國內外的臨床應用均為單中心的個案報道，缺乏大規模、多中心的數據以及基礎實驗證實其有效性，這也是今后努力的方向[40-41]。
5 展望
糖尿病嚴重危害人類的健康。目前的胰島素藥物治療方案不能從根本上緩解疾病的發生及發展。雖然目前臨床上采用的胰島細胞移植在糖尿病的治療上有一定的成效，但因胰島細胞在體內的存活時間不理想以及排斥反應限制了其的廣泛開展。因此，新的糖尿病治療方案的研究迫在眉睫，而在動物模型上胰島細胞與 BMSCs 聯合移植治療 1 型糖尿病的效果令人非常鼓舞，相信隨著細胞技術的不斷成熟，聯合移植能為糖尿病的治療帶來新的曙光。
糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種自身免疫性疾病，能造成機體本身的胰島素分泌不足，從而引發各種糖代謝綜合征（如失明和腎衰竭）。有研究[1]報道，全國有 1.4 億糖尿病患者，且其發病率有逐年上升的趨勢。臨床上常用的外源性胰島素可部分替代胰島內 β 細胞的功能，但它既不能替代胰島內其他細胞（α 及 PP 細胞）的功能，也不能減少糖尿病并發癥的發生及延緩其發展，且部分患者可出現血糖大幅度波動，治療效果有限。只有建立內源性的胰島素分泌系統才能為糖尿病的治療帶來希望[2]。目前，臨床上多采用胰島細胞移植和胰腺移植治療糖尿病[3-4]。胰腺移植因其手術創傷大、死亡率高、免疫源性大等缺點導致其在臨床上的發展受到了很大的限制[5]。胰島細胞移植手術因具有安全性高、創傷小、可多次重復等優點在臨床上備受青睞。有研究者[6-7]對胰島細胞移植患者隨訪了3 年，結果發現，胰島細胞移植治療糖尿病的安全性高，臨床療效較好。但又有研究[8]表明，胰島細胞在體內的存活時間不理想，嚴重影響其遠期療效。骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）能分泌保護性因子，對機體的免疫反應起調節作用，還具有組織修復功能，能改善局部微環境和胰島再血管化，能作為移植細胞的來源，緩解免疫反應等問題，近年來引起了廣大研究者的重視[9-11]。筆者通過回顧 BMSCs 與胰島細胞相關的體內外研究文獻，總結了 BMSCs 聯合胰島細胞移植治療糖尿病的可行性。
1 BMSCs 概述
BMSCs 是一種具有多向分化潛能和很強的自我更新能力、能分化成多種功能細胞的干細胞。BMSCs 本身不表達主要組織相容性復合體 Ⅱ（MHCⅡ）及 T 細胞共刺激分子 B7，不表達或低表達主要組織相容性復合體 Ⅰ（MHCⅠ ）。有體外實驗[12-14]已經證實，BMSCs 不僅能抑制各種刺激引起的 T 細胞增殖，還能間接抑制 T 細胞并阻止 T 細胞的活化。因此，BMSCs 異體移植可能不會激發免疫排斥反應，且還可誘導非特異性的免疫耐受[15-16]。此外，BMSCs 容易獲得，體外分離、培養和純化較容易，還具有跨越分化潛能[17-18]。已有研究[19]證實，BMSCs 在特定的微環境下能定向分化成各種功能細胞，如在胰腺特定的環境里可分化為胰島素樣細胞，發揮降糖的作用。BMSCs 的能長期存活以及不斷自我繁殖的特性，使其成為胰島素樣細胞的潛在來源[20]。研究[21-22]還表明，BMSCs 能改善局部微環境，促進血管再生，對受損組織能起到一定的修復作用；BMSCs 還具有降低免疫原性的特點，能在細胞移植過程中減少排斥反應，與胰島細胞聯合移植用以治療糖尿病可能會取得更好的療效。
2 BMSCs 與胰島細胞聯合移植治療糖尿病的可行性
2.1 BMSCs 誘導分化為類胰島細胞
Miladpour 等[23]在混有 β 再生液的微環境下成功將 BMSCs 誘導分化成了能分泌胰島素的類胰島細胞。此外，有研究[24]結果表明，在一定時期內，移植 BMSCs 后能緩解鏈脲佐菌素（STZ）誘導的糖尿病大鼠的高血糖癥狀，并且移植 BMSCs 后大鼠的胰島細胞功能明顯恢復，但移植進入體內的 BMSCs 自身并未表達胰島素，而是促進了胰島細胞的再生。Aali 等[25]通過對比移植 BMSCs 與未移植 BMSCs 治療 STZ 誘導的糖尿病大鼠的效果，發現 BMSCs 移植降低了大鼠的血糖水平，這是因為 BMSCs 移植促進了大鼠的胰島細胞再生，增加了血清中胰島素水平，從而起到了降糖的效果。由此可以說明，BMSCs 移植不僅沒引起大鼠體內的排斥反應，還能促進大鼠胰島細胞再生，從而對糖尿病大鼠起到一定的治療效果。
2.2 BMSCs 與胰島細胞的體外培養實驗
有學者[26]將大鼠的 BMSCs 與胰島細胞進行了體外共培養實驗，結果發現，單獨胰島細胞培養組的胰島細胞存活率低于胰島細胞與 BMSCs 共培養組，且胰島細胞與 BMSCs 共培養組存活胰島細胞的胰島素分泌功能并無明顯改變。這可能與 BMSCs 分泌的多種生長因子有關，如造血因子、趨化因子、抗菌肽等。這些因子不僅可能對胰島發揮著局部營養支持的作用，還可能阻礙了胰島內部炎性細胞的活化。Yanai 等[27]將 BMSCs 與胰島細胞進行了持續 20 d 的體外共培養實驗，發現胰島細胞在培養 20 d 后依舊保持完整的細胞結構和較高的存活率。這表明胰島細胞聯合 BMSCs 移植具有提高移植成功率的可能。
2.3 BMSCs 與胰島細胞的體內實驗
自 2000 年起，全球有超過 45 個移植中心推廣開展了以 Edmonton 方案為基礎的胰島細胞移植治療。研究[28]結果顯示，胰島細胞移植能較快地恢復糖尿病患者內源性胰島素的分泌，降低患者的糖化血紅蛋白水平，讓患者的代謝趨于穩定，降低低血糖的發生率，進而延緩慢性并發癥的發生。但其5 年的隨訪結果并不樂觀，有超過 90% 的患者需要長期依賴胰島素，往往需再次接受移植，其中，最主要的原因可能是移植入體內的胰島細胞遭到機體免疫排斥而被破壞，影響了移植物的功能和效果[29]。這表明在體內發揮功能的胰島細胞少，影響了其對糖尿病的治療效果，如何提高在體內發揮功能的胰島細胞數量是我們現在要解決的關鍵問題。
Unsal 等[30]對比了 BMSCs 與胰島細胞各自單獨移植及聯合移植對糖尿病大鼠的治療效果，結果發現，BMSCs 與胰島細胞聯合移植與單獨移植比較，血糖濃度下降快，且一直保持在正常水平；同時病理學結果表明，聯合移植中存活的胰島細胞數量最多。另外，Oh 等[31]報道，通過聯合移植促進了胰島的血管再生，可作為糖尿病治療的又一新方法，這表明 BMSCs 與胰島細胞聯合移植能提高胰島在體內發揮功能的細胞數量[30-31]。
3 BMSCs 與胰島細胞聯合移植與其他移植方式比較
雖然利用 BMSCs 誘導分化成為胰島素樣細胞，在一方面解決了移植供體匱乏的情況，另一方面也有效地抑制了免疫反應進而避免胰島再損傷，延長了胰島素樣細胞的存活時間，替代 β 細胞治療 1 型糖尿病具有潛在的治療價值[32]，但是在現階段，僅僅只單純利用自身 BMSCs 誘導分化成的胰島素樣細胞的數量和功能都不容樂觀[33-34]，也達不到很好的治療效果，只有增加發揮胰島功能的細胞數量才能更好地治療糖尿病。
Wu 等[35]將胰島細胞與骨髓細胞聯合移植用于糖尿病大鼠的治療，結果發現，此方式延長了移植胰島細胞的存活時間。同年，Ikebukuro 等[36]研究了經門靜脈移植胰島細胞與骨髓細胞治療糖尿病大鼠的效果，發現其能將血糖控制在正常水平長達1 年。但與 BMSCs 移植相比，單獨骨髓移植改變了受體體內的微環境，可能會引起免疫排斥反應，導致機體某些炎癥反應或副作用[37]。
此外，Unsal 等[30]在不借助免疫抑制劑條件下，采用胰島細胞聯合 BMSCs 經尾靜脈移植，結果能將糖尿病大鼠的血糖控制在正常水平 7 d。Ben Nasr 等[38]采用胰島細胞聯合 BMSCs 經腎包膜移植，發現此方法也能延長胰島細胞的存活時間，能將大鼠的血糖降低 15 d。由此說明，胰島細胞聯合 BMSCs 可經多種途徑移植，且初步發現對糖尿病有較好的治療效果。
4 BMSCs 與胰島細胞聯合移植的應用
聯合移植不僅在動物實驗上的療效可觀，在臨床實踐中，我國福州總醫院已經成功地應用腎移植+成人胰島細胞聯合自體 BMSCs 經門靜脈移植治療過 1 例 1 型糖尿病合并尿毒癥患者，手術過程順利，且術后恢復良好[39]。
Ben Nasr 等[38]也證實，胰島細胞與干細胞聯合移植能維持胰島的結構和功能，提高對高血糖的抵制作用。Grapensparr 團隊[40]對胰島細胞聯合干細胞移植的效果也做了研究，發現聯合移植不僅對治療效果起到了很好的作用，也促進了胰島周圍的血管再生，促進了胰島素的分泌，也證實了聯合移植能保護胰島細胞的形態結構，與 Ben Nasr 等[38]的結果一致。這提示，胰島細胞與干細胞聯合移植有望改善糖尿病患者的遠期療效，給胰島細胞移植治療糖尿病擴充了新的路徑。但目前國內外的臨床應用均為單中心的個案報道，缺乏大規模、多中心的數據以及基礎實驗證實其有效性，這也是今后努力的方向[40-41]。
5 展望
糖尿病嚴重危害人類的健康。目前的胰島素藥物治療方案不能從根本上緩解疾病的發生及發展。雖然目前臨床上采用的胰島細胞移植在糖尿病的治療上有一定的成效，但因胰島細胞在體內的存活時間不理想以及排斥反應限制了其的廣泛開展。因此，新的糖尿病治療方案的研究迫在眉睫，而在動物模型上胰島細胞與 BMSCs 聯合移植治療 1 型糖尿病的效果令人非常鼓舞，相信隨著細胞技術的不斷成熟，聯合移植能為糖尿病的治療帶來新的曙光。