劉 鵬， 王從容

(1. 上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院內分泌代謝科，上海 200233； 2. 同濟大學附屬東方醫(yī)院干細胞轉化醫(yī)學產業(yè)基地，上海 200123)

糖尿病一直是影響世界的公共衛(wèi)生問題。據國際糖尿病聯合會(IDF)最新統計，至2019年，全球糖尿病患者已有4.63億，患病率高達8.3%，預計到2030年，世界糖尿病發(fā)病人數將達到5.78億，至2045年將達7億[1]。2019年，中國有1.16億糖尿病患者，患者人數居世界首位[1]。根據2013年我國慢性病及其危險因素監(jiān)測結果，18歲及以上人群2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患病率為10.4%[2]。T2DM的主要病理生理特征為胰島素抵抗伴隨胰島β細胞功能缺陷。2017年門診T2DM患者中，血糖、血脂、血壓的綜合達標率僅為5.6%[2]。盡管通過生活方式干預及藥物干預均有效降低血糖，顯著降低糖尿病微血管病變、心肌梗死的發(fā)生風險，仍有患者最終出現嚴重糖尿病慢性并發(fā)癥，需轉移至?？浦委焄2]。因此，探索新的治療方式是T2DM防治的主要方向。

1 間充質干細胞治療T2DM的機制

由于人體組織和器官在病理狀態(tài)下完全恢復其結構和功能的能力有限[3]，T2DM病程晚期亦需借助胰島素注射來維持機體正常血糖水平。傳統內科治療并不能從源頭上解決胰島素抵抗及胰島β細胞功能缺陷，為了克服這一現狀，科學家們正逐步將研究重點轉移至干細胞治療糖尿病領域。干細胞是一類具有極強的自我更新能力及多向分化潛能的細胞，其獨特的生物學特性使其成為修復胰島病理狀態(tài)的重要細胞來源[4]。根據干細胞的性質和起源，目前研究較多的干細胞類型有胚胎干細胞(embryonic stem cells, ESCs)、誘導多能干細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)及間充質干細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)[3]。ESCs是來源于囊胚內部的細胞團，可形成3種胚層(外胚層、內胚層、中胚層)，進而分化為人體所有細胞類型，但由于其致瘤性風險及容易引起免疫反應限制了其使用。ViaCyte公司使用優(yōu)化的ESCs體外分化方案在一定程度上減少了致瘤風險，并逐步開發(fā)了囊化裝置作為隔離免疫的種植體[3]。多項研究表明，囊化封裝可通過隔絕免疫反應保護植入的細胞，并可防止植入細胞擴散入體內[5]。目前，全球第1項胰腺內胚層囊化裝置移植的臨床研究正在進行中[3]。iPSCs來源于體細胞，與ESCs具有相同的增殖分化能力[6]。由于其并非來源于活體胚胎，倫理問題較少。然而，iPSCs根據其細胞來源及處理步驟不同，表現為不同的分化效率和致瘤性，且存在異種污染等安全性問題，因此使用尚存在較多困難[5]。

目前臨床上開展較多的研究是MSCs移植治療糖尿病。MSCs是一類來源于中胚層的多能干細胞，最早由前蘇聯科學家Friedenstein在骨髓中檢測到，具有三系分化潛能(成脂、成骨、成軟骨)[3]。MSCs還可從其他組織包括脂肪、肌肉、臍帶和胎盤等中分離得到，可分泌多種細胞因子，生長因子和細胞外基質，調節(jié)血管再生以及免疫和炎癥反應[3]。骨髓來源間充質干細胞(bone marrow-derived mese-nchymal stem cells, BM-MSCs)為重要的MSCs群體，可自我更新，用于促進髓外組織的修復。但BM-MSCs的使用時需注意供者年齡、疾病狀態(tài)等因素對細胞質量的影響[6]。另一種國內外研究較多的MSCs類型為臍帶華通膠(Wharton’s Jelly)分離得到的臍帶間充質干細胞(umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSCs)。與BM-MSCs相比，UC-MSCs具有諸多優(yōu)勢： (1) UC-MSCs的采集過程為無創(chuàng)性，減少了因采集細胞而造成的傷口感染[7]；(2) UC-MSCs增殖潛力較骨髓、脂肪、尿液等來源MSCs更強[8]；(3) 研究表明UC-MSCs具有低免疫原性，其表面缺乏MHCⅡ類分子和集落刺激因子，將UC-MSCs移植到同種異體的未接受免疫抑制的受體內，未產生免疫排斥[7]；(4) 與骨髓、脂肪等來源的MSCs相比，從華通膠中提取的MSCs產量更高、穩(wěn)定性更好[9]。

T2DM的發(fā)生與胰島素抵抗和胰島β細胞功能缺陷相關，炎癥機制在其中發(fā)揮重要作用。研究表明，UC-MSCs治療T2DM的主要機制為免疫調節(jié)作用。Yin等[10]在小鼠模型中發(fā)現UC-MSCs對T2DM小鼠受損胰島存在免疫調節(jié)和和抗炎作用，輸注過UC-MSCs的糖尿病小鼠胰島中巨噬細胞趨化因子MCP-1表達下調。UC-MSCs通過分泌IL-6調節(jié)巨噬細胞極化，從而改善胰島細胞功能，維持血糖穩(wěn)定。另外，該研究團隊還發(fā)現用熒光標記的UC-MSCs靜脈輸注入T2DM小鼠體內6 h后能歸巢到受損胰腺組織，而正常小鼠的胰腺組織在7 d的觀察期間內未觀察到標記的UC-MSCs。免疫熒光共定位實驗結果表明，UC-MSCs對糖尿病小鼠的降血糖作用并非通過直接分泌胰島素而實現[11]。

此外，胰島β細胞去分化是胰島β細胞功能衰竭的重要原因，去分化的胰島β細胞喪失部分或全部胰島素分泌能力。最近的研究表明，UC-MSCs可通過白介素1受體拮抗劑(IL-1Ra)介導的方式逆轉胰島β細胞去分化，以此減輕胰島β細胞功能障礙。Wang等[12]觀察到T2DM患者胰島表達的促炎因子可引起MSCs分泌IL-1Ra，后者作用于胰島功能受損的胰島，通過逆轉胰島β細胞去分化進而改善胰島素分泌功能。然而，正常人的胰島并未觀察到以上現象，因此提示MSCs與T2DM患者胰島之間存在“對話應答”。進一步研究選取兩種動物模型作為MSCs移植受體，一方面，將MSCs與T2DM患者胰島共同移植入免疫缺陷糖尿病小鼠腎包膜下，發(fā)現UC-MSCs可逆轉T2DM患者胰島去分化；另一方面，將MSCs靜脈單獨輸注到db/db小鼠體內，并發(fā)現UC-MSCs對db/db小鼠也具有逆轉胰島β細胞去分化的效應，同時糖尿病動物血糖改善。上述研究證明，逆轉胰島β去分化可能是MSCs發(fā)揮作用的另一重要機制。

另有研究表明脂肪來源MSCs可減輕T2DM小鼠體重，改善脂代謝[13]。此外，已有研究報道脂肪MSCs可改善T2DM動物脂肪細胞氧化損傷，但機制尚不明確[14]。

2 MSCs治療T2DM的臨床應用

近年來，各國學者對干細胞移植治療糖尿病進行了深入研究。截至2020年4月，以“diabetes”和“stem cell”為關鍵詞，檢索美國NIH全球最大的臨床試驗數據庫(www.ClinicalTrials.gov)，結果顯示全球范圍內干細胞治療糖尿病的臨床試驗共計211項，其中關于T1DM共62項，T2DM共74項，糖尿病并發(fā)癥85項。干細胞類型包括異體UC-MSCs、自體骨髓單個核細胞、自體或異體BM-MSCs、自體或異體脂肪MSCs、異體牙髓MSCs等。在中國范圍內開展的干細胞治療糖尿病病臨床試驗共計39項，其中，使用UC-MSCs進行治療研究的共9項，3項為UC-MSCs治療T2DM的研究。

先后已有中國、美國、印度等國家報道了MSCs治療T2DM的臨床研究結果(表1)。2008年，Jiang等[15]對胎盤來源MSCs用于糖尿病的治療進行了探索。研究人員以靜脈注射方式將1.35×106/kg MSCs分3次注入10例患者體內，每次輸注間隔時間為1個月。10例患者于移植后6個月出現胰島素需求量顯著減少，減量幅度為(29±5.3)IU，4例患者胰島素減量超過50%。平均糖化血紅蛋白(HbA1c)由移植前9.8%降至移植后6.7%，C肽和胰島素水平均改善顯著，所有患者術后均未出現發(fā)熱、寒戰(zhàn)、肝損傷、免疫排斥等反應。2010年5月，Liu等[16]采用UC-MSCs治療22例T2DM患者，開展了1項為期12個月的自身前后對照試驗。該研究選用外周靜脈和脾動脈兩種MSCs移植途徑，兩次移植以5 d為間期，共輸注1×106/kg MSCs。HbA1c的下降程度在治療后3個月時顯著減緩，由移植前(8.20±1.69)%降低至(6.89±0.90)%；空腹血糖在MSCs移植后不同監(jiān)測時間點均有不同程度下降，在6個月時差異最為顯著，并在12個月隨訪期內維持在較低水平。口服葡萄糖耐量試驗(oral glucose tolerance test，OGTT)2 h血糖在術后1個月達到最低?？崭笴肽在術后1個月開始增加，并在6個月時達到峰值。HOMA-2B(homeostasis model assessment)從移植前的(65.99±23.49)%增加至6個月時的(98.86±43.91)%，在12個月隨訪期恢復至(86.0±37.1)%。所有需使用胰島素的患者注射劑量均較移植前顯著減低，并在12個月內維持較低水平；29%(5/17)患者胰島素注射劑量減少超過50%；41%(7/17)患者在術后2～6個月停用外源性胰島素，達到完全緩解狀態(tài)并平均維持(9.3±3.8)個月。此外，5例口服降糖藥的患者中，有1例停用口服降糖藥。

表1 間充質干細胞移植治療2型糖尿病的臨床研究結果Tab.1 Summary of clinical studies using mesenchymal stem cells as a treatment for type 2 diabetes

對于BM-MSCs，Bhansali等[17]開展了一項多中心、隨機、單盲、安慰劑對照研究。研究者對30例T2DM患者分別通過胰腺動脈介入方式進行了自體骨髓來源間充質干細胞(autologous bone marrow-derived mesenchymal stem cells,ABM-MSCs)、自體骨髓來源單個核細胞(autologous bone marrow-derive-dmononuclear cells, ABM-MNCs)以及安慰劑治療(每組10例患者)。2個治療組患者治療12個月后，患者胰島素需求量均減少。此外，葡萄糖鉗夾試驗顯示，與ABM-MSCs移植組相比，ABM-MNCs移植組第二時相C肽分泌反應性顯著增加，而ABM-MSCs移植組胰島素敏感性指數改善更為顯著。在安全性方面，1例患者在MSCs移植術后出現局部血液外滲，并于1周后癥狀消失。在整個研究期間，未發(fā)生嚴重低血糖事件。至隨訪結束，PET-CT未發(fā)現任何患者身體異常。Skyler等[18]用異體骨髓來源間充質前體細胞(allogeneic bone marrow-derived mesenchymal precursor cells, MPCs)移植治療T2DM患者，并進行為期12周的多中心、隨機、安慰劑對照研究。研究者將受試者按3∶1的比例隨機分配至MPCs治療組或安慰劑對照組，治療組根據低、中、高靜脈移植細胞劑量分為3組，每組15例患者，移植量分別為0.3×106/kg、1.0×106/kg及2.0×106/kg。隨訪至12周時，低劑量移植組13.3%(2/15)患者達到HbA1c治療終點(<7%)，中劑量移植組6.7%(1/15)達到HbA1c治療終點，而高劑量移植組達到HbA1c治療終點的患者高達33%(5/15)，對照組無患者HbA1c達標，提示MSCs治療糖尿病的療效可能與移植劑量有關。

MSCs移植的安全性問題也是臨床及科研人員及患者最關心的問題。早期的臨床前研究表明，將人源UC-MSCs通過尾靜脈分3次、每次間隔2周注射入非人靈長類動物食蟹猴體內，未發(fā)現移植相關毒性，且所有觀察到的注射點和器官均呈正常狀態(tài)，未發(fā)現致瘤傾向[19]。此外，將人源UC-MSCs移植入大鼠模型的研究中，也未觀察到移植相關免疫排斥和致瘤性[20]。在臨床研究中，MSCs輸注治療T2DM的不良反應報道較少。有報道移植MSCs后出現皮下血腫、惡心、嘔吐的個案可能與胰腺動脈介入手術的移植方式有關[16]。已發(fā)表的6項關于MSCs移植治療T2DM的臨床研究中，有4項無嚴重不良反應報道[15-18,21-22]。此外，以上6項通過靜脈輸注的方式治療T2DM的臨床研究中，有2項研究報道少數患者移植術后出現發(fā)熱癥狀[16,21]，推測可能與靜脈輸液反應有關。

3 展 望

已開展的動物實驗及小樣本臨床研究觀察到MSCs移植可改善T2DM動物的胰島β細胞功能，降低T2DM患者的胰島素用量，改善HbA1c水平以及C肽分泌，為糖尿病患者血糖控制提供了一種治療新策略。盡管我們目前對MSCs發(fā)揮功能的途徑已有所了解，但尚未明確其具體作用機制。此外，現有的MSCs移植治療糖尿病的臨床研究隨訪時間尚短，長期隨訪的致瘤風險不明確。未來的研究應重點應聚焦于擴大樣本量的多中心臨床研究，觀察MSCs治療的遠期效果，以進一步規(guī)范和優(yōu)化MSCs治療糖尿病的臨床方案，降低其潛在風險。