余詩琴，尹玉杰，張建中

(吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 新民內分泌代謝科，吉林 長春130021)

第九版《全球糖尿病概覽》中，我國糖尿病人數為1.164億，仍位居全球第一，而我國糖尿病的治療率及達標率均低，且預計到2045年糖尿病人數將高達7億，而我國糖尿病人數將高達1.472億。糖尿病嚴重危害著人民群眾的身體健康，給家庭和社會帶來了巨大的經濟負擔和精神壓力。目前臨床上有許多藥物可以治療糖尿病，但尚不能很好地保持和修復殘存胰島β細胞的功能、從根本上治療糖尿病。因此，重塑胰島β細胞功能成為治療糖尿病的關鍵。隨著移植技術的日新月異，使胰島移植成為可能，胰島移植與胰島素相比，可以實現血糖穩(wěn)態(tài)。已有研究表明，胰島移植可以恢復患者部分的胰島功能，但可用于移植的胰島數量非常有限，嚴重限制了該技術的廣泛推廣。因此，近年來大量學者致力于應用干細胞衍生療法治療糖尿病的研究。本文分析了近幾年相關文獻，通過對干細胞來源、誘導方式及胰島功能進行分析，探討間充質干細胞及其誘導分化后可能的作用機制，闡明其在糖尿病發(fā)生發(fā)展過程中的生理學意義。

1 間充質干細胞治療糖尿病

國際細胞療法學會的間充質和組織干細胞委員會提出了人類間充質干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的最低標準：它們必須在標準培養(yǎng)條件下具有塑性、成骨、成脂和成軟骨分化能力，必須缺乏造血譜系標志物c-kit、CD14、CD11b、CD34、CD45、CD19、CD79α和人類白細胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)-DR的表達，并且必須在其表面表達CD73、CD90和CD105[1]。MSCs和造血干細胞(hematopoietic stem cell,HSCs)聯(lián)合被注射到鏈脲佐霉菌(STZ)/放射致?lián)p傷小鼠的骨髓中，在該實驗中觀察到血糖正?；?，因此認為MSCs能夠抑制胰腺β細胞特異性T細胞的增殖，從而阻止胰腺自身免疫破壞[2]。

1.1 胎盤間充質干細胞(human placenta mesenchymal stem cells，hpDMSCs[1])具有自我復制及多項分化潛能，可以誘導分化成為各種類型的組織，如成骨細胞、骨髓組織、脂肪細胞等等；并且hpDMSCs擴增復制能力比骨髓間充質干細胞要強，更重要的是胎盤組織，來源豐富，采集方便，取材方便，從胎盤組織分離提取干細胞不涉及倫理、法律問題，胎盤中的細胞的免疫功能不成熟，免疫原性更低，較移植骨髓來源的干細胞排斥反應要小[3]。但有研究顯示，胚胎間充質干細胞存在重大的道德和宗教障礙，以及使用其帶來的致畸風險，因此有必要尋找新的替代方案[4]。

1.2 骨髓間充質干細胞骨髓間充質干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)能刺激受損的胰腺β細胞的再生，分泌保護性因子，對機體的免疫反應起調節(jié)作用，還具有組織修復功能，能改善局部微環(huán)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[5]。在一些患有酮癥酸中毒的1型糖尿病患者和嚴重的糖尿病小鼠中，骨髓MSC的輸注可以保持β細胞功能。MSCs的注入促進了Treg反應，并升高了糖尿病小鼠的胰島和血漿IL-10和血漿轉化生長因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的水平，但降低了γ干擾素(Interferon-γ，IFN-γ)，TNF-α和IL-17A的水平。注入的MSC有效地遷移并積累在糖尿病小鼠的胰腺組織中。MSC輸注的治療效果往往是劑量和頻率依賴性的，多劑量MSC輸注的效果更持久。因此，即使是糖尿病酮癥酸中毒，MSC的輸注,尤其是多劑量MSC的輸注對于1型糖尿病的干預也可能是有價值的[6]。

1.3 臍帶間充質干細胞臍帶間充質干細胞(umbilical cord mesenchymal stem cell，UCMSC)是一種從臍帶華爾通膠質中分離出的新型干細胞,易于分離和培養(yǎng)，在體外許多傳代中均具有較高的增殖率和保持其干性的能力，與成年MSC相比具有低免疫原性和非致瘤性，多能性且異質性較低[7]。最重要的是，臍帶間充質干細胞很容易獲得，并且可以在分娩過程中以非侵入性的方式獲得。近年來隨著研究的深入和醫(yī)學的發(fā)展，UCMSC已經成為一種治療糖尿病的新方法。

1.4 臍血間充質干細胞臍血間充質干細胞(umbilical cord blood mesenchymal stem cells,UCB-MSCs) 為中胚層發(fā)育的早期細胞,具有多向分化的潛在能力,其形態(tài)和生物學特點與骨髓來源 MSCs 相似。在糖尿病動物中注射的HUC-MSC可以歸巢于胰島并且分化為功能性胰島樣細胞。這些細胞影響巨噬細胞極化，同時阻止NLRP3(the nod-like receptor protein 3，Nod樣受體蛋白3)炎性小體和炎性因子的激活[8-13]。相關研究表明，NLRP3破壞了正常的胰島素信號通路并導致了胰島素抵抗。UC-MSC可以進一步降低這些炎癥參數，從而提高胰島素敏感性[8]。大量研究表明，HUC-MSCs具有以下特征：(1)以炎癥組織為靶標，分化為功能性胰島樣細胞，阻斷炎癥小體的活性，發(fā)揮抗炎作用。(2)靶向潰瘍組織并促進細胞因子的釋放，然后促進潰瘍組織的上皮化，最終導致潰瘍的部分或完全愈合；(3)具有在體外分化為功能性細胞并在體內移植的潛力，提供令人滿意的治療效果[14]。

1.5 牙髓間充質干細胞來源于口腔的MSCs可分為：牙髓干細胞、牙周膜干細胞、根尖乳頭干細胞、牙濾泡干細胞和牙齦間充質干細胞[15]。牙髓間充質干細胞可以移植入中樞神經系統(tǒng)，通過神經分化和替換丟失或損傷的細胞促進脊髓損傷的修復，雖然胰腺β細胞是內胚層的衍生物，但神經元和胰腺β細胞有一些共同的特征，包括轉錄因子Pdx-1(pancreatic and duodenal homeobox 1，胰腺和十二指腸同源框 1)和Ngn3(neurogenin 3，神經生成素 3)的表達。因此，牙髓間充質干細胞可能具有有效分化為神經細胞和胰腺β細胞所需的遺傳機制，故牙髓間充質干細胞可以有效分化為產生胰島素的胰腺β細胞并顯著改善葡萄糖耐量，且提高小鼠和人血清胰島素和c肽水平?；谝浦步M中增強的β細胞增殖和胰島數量的增加，我們推測牙髓間充質干細胞可能通過內源性前體誘導β細胞新生和(或)增強受損胰島內剩余的健康β細胞的增殖[16]。

1.6 成人胰腺干細胞(adult pancreatic stem cells)成人胰腺干細胞也可以是β胰腺細胞的另一種來源，因為它們具有多能性和克隆潛力。通過應用胰腺導管結扎模型，胰腺導管細胞的分化和增殖特性被認為是β細胞再生組織的重要來源[17]。因此，成人胰腺干細胞移植未來目標將是應對各種獲取、提純和生長胰腺祖細胞種群的挑戰(zhàn)及誘導無基因突變的β細胞分化[2]。

1.7 毛囊間充質干細胞毛囊(hair follicle，HF)，皮膚的主要附屬物之一，是多能干細胞已知來源。大量的研究集中在它的表皮干細胞系，它位于HF的凸起區(qū)域[18]。至于成人HF的真皮成分，已知有兩種活躍的間充質干細胞(一種來自真皮乳頭(dermal papilla，DP)區(qū)域，另一種來自真皮鞘(dermal sheath，DS)，顯示出多譜系分化潛能[19]。相關研究表明，在糖尿病小鼠模型中，真皮鞘間充質干細胞條件培養(yǎng)基(dermal sheath mesenchymal stromal cell conditioned medium，DS-MSC-CM)中負責促進創(chuàng)面愈合的旁分泌因子，可能是由于它們刺激創(chuàng)面的血管生成[20]。在體外研究中觀察到人類皮膚角質形成細胞增殖、遷移率的增加以及成纖維細胞增殖的提高，表現在糖尿病小鼠中給予DS-MSC-CM可以改善傷口愈合過程中的再上皮化和重塑。

2 干細胞誘導分化后治療糖尿病

2.1 藥物聯(lián)合自體間充質干細胞治療糖尿病例如，利拉魯肽是一種人胰高糖素樣肽-1(Glucagon-like peptide-1,GLP-1)類似物,利拉魯肽不影響輸注的MSC的分布和積累，并且顯著增強了MSC在嚴重糖尿病小鼠中保存胰島β細胞的功能。有研究顯示，與正常組相比，T2DM組胰高血糖素陽性面積明顯增加，胰胰島素陽性面積明顯減少，ASK1、JNK、B淋巴細胞瘤-2基因相關X蛋白信使核糖核酸(B-cell lymphoma-2 associated X protein messenger ribonucleic acid，BAX mRNA)和蛋白表達水平升高，B淋巴細胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)表達降低。因此，我們認為胰島β細胞的凋亡可能與ASK1/JNK/BAX信號通路有關。利拉魯肽和人臍帶間充質干細胞(human umbilical cord mesenchymal stem cell，hUC-MSCs)可明顯改善T2DM大鼠的高血糖，減輕體重，改善胰腺組織病理學改變，抑制胰腺ASK1、JNK、BAX的表達，上調抗凋亡基因Bcl-2的表達[21]。另有研究表明，hUC-MSCs在移植[22]可直接分化為胰島素生產細胞并且分泌大量細胞因子[23]，可以通過降低胰島素抵抗改善糖代謝[24]、招募巨噬細胞誘導β細胞再生及調節(jié)自身免疫[25]、保護高血糖誘導的β細胞損傷[26]。在一項研究中，2型糖尿病/非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)大鼠被隨機分配給利拉魯肽和hUC-MSCs治療8周。治療后,與單藥治療相比，利拉魯肽聯(lián)合hUC-MSCs可顯著改善大鼠糖脂代謝、肝功能和胰島素抵抗，血清TNF-α、IL-6水平顯著降低，肝組織中Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)、核轉錄因子κ B(nuclear factor κB，NF-κB)基因和蛋白表達顯著降低，其機制可能與下調TLR4/NF-κB炎癥通路及改善氧化應激有關[27]。

2.2 局部注射自體間充質干細胞ADSCs局部注射治療糖尿病慢性創(chuàng)面可提高創(chuàng)面愈合率,增加創(chuàng)面VEGF表達和微血管形成,有較好的安全性和有效性。并且有相關研究[11]表明，大鼠胰腺提取物(Rat pancreatic extract，RPE)增強了MSC分泌細胞因子的能力。在STZ誘導的糖尿病動物模型中，胰腺微環(huán)境中的MSC可能通過旁分泌因子對受損的胰腺細胞產生間接的有益作用。分泌的因子可通過預防胰腺β細胞凋亡發(fā)揮其治療作用[28]。

2.3 聯(lián)合胰島移植有研究發(fā)現，應用同系AMSC與同種異體胰島聯(lián)合移植治療糖尿病大鼠發(fā)現胰島移植后血糖和胰島素水平均優(yōu)于單純胰島移植組,移植胰島平均生存時間長于單純胰島移植組。研究結果提示AMSC可通過增加T細胞IL-4和IL-10生成、減少IFN-γ和IL-2生成等機制減輕同種異體胰島刺激引起的T細胞活化、增殖,還可能通過影響Th1/Th2平衡發(fā)揮免疫調節(jié)作用,抑制免疫排斥反應,減輕移植物免疫損傷,提高胰島移植效果[29]。

3 間充質干細胞治療糖尿病的展望及面臨的問題

雖然糖尿病的發(fā)病機制極為復雜,但已經有多個實驗研究證實,MSCs在此方面的治療效果是可觀的,雖然這些研究對象多數為動物(鼠類),而且目前MSCs在臨床應用上仍然存在響應率和安全性等問題,但相信隨著MSCs作用機制研究和臨床研究的不斷推進,上述問題一定會逐步解決,因此筆者認為MSCs在臨床治療上的前景是非常廣闊。