Conophylline——新型的骨髓干细胞植物诱导剂*

刘 俏 张 楠 浙江大学医学院附属邵逸夫医院 杭州 310000

随着移植医学的发展,肝、肾及骨髓等的移植都获得了相当大的成功,有人提出进行胰腺或者胰岛的移植从而根治糖尿病的设想。经过大量的努力,目前这一方面的工作已经取得了一定的进展。2000年加拿大的 Edmonton研究小组就连续取得了 7例 1型糖尿病患者胰岛移植的成功[1]。但是,供体的来源不足和排斥反应这两大问题大大限制了胰腺和胰岛移植的发展。因此,为了糖尿病治疗的发展,需要寻找一种更好的胰岛素分泌细胞的来源。

1 骨髓干细胞

目前,干细胞研究方兴未艾。干细胞具有自我更新和多向分化的潜能,因而成为许多细胞治疗和基因治疗的重点研究对象,比如骨髓中造血干细胞的移植已经在临床上用于白血病等血液系统疾病治疗多年。而骨髓组织中除了造血干细胞外,还含有另外一种间充质干细胞。间充质干细胞不仅可以分化成为成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞、成肌细胞等间充质细胞谱系,在一定条件下,它还具有向非间充质细胞谱系如神经细胞分化的多潜能特性。因此,将骨髓间充质干细胞诱导分化为神经细胞用于神经系统疾病的治疗,诱导分化为心肌细胞用于心肌梗死的抢救,诱导分化为成骨细胞促进骨缺损的修复,诱导分化为肝细胞进行自体干细胞移植从而挽救肝硬化患者的生命等,这些方面的研究都正在火热的进行之中。那间充质细胞能否分化成胰岛素分泌细胞呢?目前,已经有一些相关的研究,并取得了肯定的成果[2～4]。因此,可以设想如果能将从自体骨髓提取出的干细胞诱导分化成胰岛素分泌细胞,再移植入患者体内,不仅解决了供体来源的问题,还完全不会有排斥反应的发生,这成为许多糖尿病患者的新希望。

2 Conophylline诱导骨髓干细胞体外分化成胰岛素分泌细胞

Conophylline是从热带植物小叶狗牙花中提取出来的一种长春花碱类的小分子物质。研究显示,在鼠的胰腺退化器官的培养中,Conophylline可抑制腺泡结构的形成以及增加胰岛素阳性细胞的数量,并且显著增加胰岛素mRNA的表达和胰十二指肠同源异型盒-1阳性细胞的数量[5]。体内实验还表明,当给予糖尿病模型的新生小鼠 Conophylline,它们的血糖水平和葡萄糖耐量都会显著改善[5]。另外,有研究显示,Conophylline具有诱导胰腺前体细胞模型—AR 42J细胞体外分化成胰岛素分泌细胞的能力,并且和 activin A相比,Conophylline不会诱导细胞凋亡,被认为是一种神奇的植物诱导剂[6]。

那么,究竟为什么Conophylline具有这样神奇的诱导活性呢?有研究者从马来群岛的一种名叫 T.divaricata的植物中分离出三种与 Conophylline结构类似的长春花碱类物质—Conophyllidine、Conofoline和 Conophyllinine,见图 1。 实验显示,Conophyllidine具有和 Conophylline相似的引起胰腺腺泡癌细胞 AR 42J发生类似神经细胞的形态学改变的活性,Conophyllinine的这种活性要弱一点,而 Conofoline则完全没有这种活性[7]。引起 AR 42J细胞发生类似神经细胞的形态学改变的 Conophylline最终诱导这些细胞分化成胰岛素分泌细胞,从而证明二聚体aspidosperma中心的二氢呋喃结构是其分化诱导活性所必需的[7]。

图1 Conophylline、Conophyllidine和 Conofolline的结构

2008 年的内分泌学杂志报道使用 Conophylline和betacellulin-delta4体外成功诱导骨髓间充质干细胞定向分化成胰岛素分泌细胞的实验。该实验将小鼠骨髓来源的间充质干细胞放在含有 10%胎牛血清和25mM葡萄糖的培养基中,当加入 activin A和 batacelluin作为诱导剂,14天后有胰岛素产生;而换用 Conophylline和 betacellulin-delta4作为诱导剂,5～7天之后胰岛素的mRNA就能被探测到,并且这些细胞对高浓度的葡萄糖起反应而分泌成熟的胰岛素[8]。当这些细胞被移植到经链脲酶素诱导的小鼠糖尿病模型上,小鼠的血糖浓度大幅度降低,且这种效应至少持续 4周[8]。这个实验证明 Conophylline确实具有诱导骨髓间充质干细胞体外分化成胰岛素分泌细胞的能力。

关于 Conophylline究竟通过怎样的途径诱导胰岛素分泌细胞的分化的,至今仍没有一个完全明确的答案。研究表明,TAK 1-MKK 3-p38MAPK途径的信号转导可能在 activin A诱导胰腺前体细胞产生 Neurogenin3(ngn3)基因的表达中起重要作用[9]。ngn3不仅是胰腺内分泌前体细胞的标志,当将小鼠体内的 ngn3靶向断裂后,这些小鼠就不能产生胰腺内分泌细胞,也不能产生大多数内分泌细胞分化所需的基本转录因子[10];相反,胰芽细胞中 ngn3的过度表达则会促进其向内分泌细胞分化[11,12]。说明 ngn3是胰腺内分泌细胞分化中起决定性作用的一个转录因子。实验证明,转化生长因子 β相关激酶 1(TAK 1)或丝裂原活化蛋白激酶激酶 3(MKK3)的显性负性突变的过度表达,或者是 p38 MAPK抑制剂SB203580的使用都会抑制 activin A和肝细胞生长因子(HGF)诱导的 ngn3的表达[9]。另外,该实验还表明,activin A和HGF通过TAK1-MKK 3-p38MAPK信号转导途径作用于ngn3基因的启动因子-402～-327碱基对上,从而减轻其对转录的抑制,并最终激活了 ngn3的表达和内分泌细胞的分化[9]。而 Conophylline具有和 activin A类似的激活 p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的特性,并且p38MAPK特异性的抑制剂 SB203580会完全抑制 Conophylline诱导的类似神经细胞的形态学改变和胰岛素的产生[8]。所以,p 38MAKP的激活是 Conophylline诱导胰岛素分泌细胞产生的关键步骤。其它研究也表明,Conophylline可能是通过和 activin A类似的作用方式诱导胰岛素分泌细胞的分化的[5]。因此,推测Conophylline可能也是主要通过TAK 1-MKK 3-p38MAPK这个信号转导途径,作用于 ngn3基因的启动因子上,从而激活ngn3的表达和内分泌细胞的分化的。

3 Conophylline应用前景

目前,除了诱导分化胰岛素分泌细胞外,关于Conophylline的一些其它方面的研究也正在进行之中,尤其在肿瘤方面它也显示出相当的优势。已有实验表明,Conophylline具有抑制子宫内膜癌细胞的黏附和侵袭的作用[13],也有研究显示,Conophylline具有抑制表达K-ras基因肿瘤的生长的功能[14],另外,它还具有下调人类T细胞白血病细胞的肿瘤坏死因子 α受体的作用[15]。总之,Conophylline是一种具有广阔应用前景的长春花碱类的小分子物质,其诱导骨髓干细胞体外分化成胰岛素分泌细胞的能力为糖尿病的治疗开辟了新的天地。关于 Conophylline的作用机制以及实际临床应用等方面的问题还需要广大科研和医学工作者继续努力解决。希望不久的将来,能将从患者自体骨髓提取出的干细胞用于糖尿病的治疗,从而为广大糖尿病患者带来福音。

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