胰岛移植治疗糖尿病的新进展

邓绍平，朱一帆，魏玲玲，黄孝伦

(四川省医学科学院·四川省人民医院，四川成都610072)

随着外科移植技术的发展和胰岛分离纯化技术的改进，作为胰岛素替代疗法的胰腺和胰岛移植被认为是当今糖尿病治疗的比较理想的方法和手段。虽然胰腺移植已在临床开展很多年并取得良好效果，但是胰腺移植有很多局限性：手术难度较大、并发症发生率高、对器官供体要求标准高(年龄和体重指数)、需要解决外分泌腺引流的问题以及终生使用免疫抑制剂等问题。与胰腺移植相比，胰岛细胞移植具有许多优势：首先，胰岛移植操作简单安全，如果胰岛被排斥不需再次手术去除移植物;另外也可反复多次移植。更为重要的是，移植物能够在体外进行修饰。与整个胰腺具有的强烈的免疫原性不同，胰岛的内分泌细胞免疫原性较低，通过清除胰岛细胞的过客淋巴细胞(抗原呈递细胞)从而改变组织的免疫原性，可使分离的胰岛细胞能够在不使用免疫抑制剂的情况下存活。所以，胰岛移植是一个相对简单、安全、最有前途的治疗1型糖尿病的理想方法[1～6]。本文简要总结人胰岛移植的新进展并讨论目前面临的主要问题。

自1977年美国明尼苏达大学报道了首例胰岛移植治疗1型糖尿病患者以来，尤其在1986年Ricordi发明了“半自动化胰岛分离的方法”以后[7，8]，胰岛移植的临床应用逐渐增多。1990～2000年全世界共实施了约300例胰岛移植手术，然而整体效果不尽人意，仅有约10% 的患者短暂性地脱离了外源性胰岛素[9]。2000年，加拿大的 Shapiro及其同事改良了免疫抑制治疗的用药方案，并采用多供体来源的胰岛进行移植，取得了连续7例胰岛移植的成功，患者完全脱离胰岛素治疗达1年以上[1]。这是胰岛移植发展史上的一个重大突破。他们的治疗方案，即Edmonton方案，强调要达到脱离外源性胰岛素，胰岛细胞的移植量要达到≥10000 IEQ/kg体重(通常需要2～3个供体胰腺供给一个受体)，并且不使用皮质类固醇类免疫抑制剂。此后美国宾夕法尼亚大学的研究团队成功重复了Edmonton方案的结果，更进一步证实移植单供体来源的胰岛细胞亦可达到外源性胰岛素脱离[10，11]。两年后，Hering 等也报道用单个供体获得的胰岛实施胰岛移植并取得良好效果：在他的方案中全部8例患者达到胰岛素脱离，其中5例患者1年后仍免用胰岛素[3]。此外，在2006年，一个多中心的临床研究证实了这一结果，并指出富有经验的胰岛移植中心能够取得更好的临床移植效果[2]。截至2007年，全球50多家医疗机构实施了逾700例胰岛细胞移植[12]，然而由于胰岛移植长期效果欠佳，在过去的数年中实施的临床胰岛移植的数量有所减少。

1 胰岛移植的临床效果评估

目前在全世界约有1000例患者接受胰岛移植。大多数已报道的胰岛移植研究是用于血糖控制困难或有频发性外源性胰岛素引发的低血糖昏迷史的1型糖尿病患者;另外一些是已经接受肾移植的糖尿病患者。由于尚缺乏随机对照研究以评估胰岛移植的效果，所以目前采用胰岛素脱离、低血糖控制与生活质量、血管并发症以及生存期等参数评价胰岛移植的效果和作用。

1.1 血糖控制效果及脱离/减少外源性胰岛素的使用 2000年Shapiro发表了胰岛移植里程碑式的结果：7例接受胰岛移植的患者在平均11个月的时间内全部达到脱离外源性胰岛素的状态[1]。这一结果令人振奋，但胰岛素脱离状态未能长时间保持。2005年他们报道了随访65例胰岛移植患者的结果：胰岛移植后1、2、5年的脱离胰岛素的患者的比例分别为69%、37%及7.5%，然而在胰岛移植5年后仍然可检测到 C-肽分泌的患者比率是82%[13]。这一结果显示了移植胰岛的长期功能，但不足以支持长期的胰岛素脱离。Vantyghem也报道了类似的结果：14例胰岛移植患者在接受胰岛移植3.3年后(截至发稿)有57%的患者保持胰岛素脱离，所有患者均可检测到C肽分泌[14]。美国国际胰岛移植登记处(Collaborative Islet Transplant Registry，CITR)报道了1999～2008年257例接受异体胰岛移植患者的3年随访数据，显示27% 的受体可脱离外源性胰岛素，57%的患者可检测到C肽[15]。上述结果表明，部分移植胰岛可长期保有功能，能够稳定控制血糖并减少外源性胰岛素用量。然而，由于常常存在移植胰岛功能持续降低及C肽浓度下降，使患者日益难以控制血糖，最终仍需要大量外源性胰岛素。

1.2 对外源性胰岛素诱发的低血糖症的改善及对生活质量的提高 如上所述，尽管移植的胰岛不能长期保有功能以使患者脱离外源性胰岛素，但是接受胰岛移植的患者多数能够保持稳定的血糖，他们不仅减少了外源性胰岛素的用量，还能减少或避免外源性胰岛素诱发的低血糖症的发生。研究显示，对于那些不稳定性1型糖尿病患者，其低血糖意识经常随时间的推移而逐渐下降，但可通过胰岛移植逐渐增强。研究结果还表明，直到移植的胰岛组织失去作用后，胰岛移植的这种效应仍能发挥作用[16]。数个针对胰岛移植患者在移植前后填写的标准心理学健康状况调查表(Health Status Questionnaires，HSQ)2.0版及糖尿病生活质量调查表(Diabetes Quality of Life Questionnaires，DQoL)的回顾性研究显示，胰岛移植后焦虑及对生活满意度的分数显著改善，在生理限制、肢体疼痛、社会功能等项目的得分均有所改观。这一结果显示胰岛移植可以提高患者的自信心，并提高对生活的满意度[17～19]。

1.3 对血管并发症及生存期的改善 近期的临床研究结果证实，胰岛移植能够显著改善微血管并发症。一项针对42例患者的对比胰岛移植及常规治疗对微血管并发症的一项研究显示[21]，与常规治疗相比胰岛移植改善了糖化血红蛋白水平、减缓了视网膜病的发展、稳定了肾小球滤过率。对44例接受过肾移植的1型糖尿病患者的前瞻性研究显示，24例接受胰岛移植的患者移植肾脏存活率优于对照组(86%vs 42%)[20]。胰岛移植亦能改善心血管功能：肾移植联合胰岛移植(联合组)与仅有肾移植(肾移植组)的对比研究显示，联合组左心室射血分数在胰岛移植后显著增加，肾移植3年后联合组左心室舒张功能显著优于肾移植组[22]。以上研究结果清晰地表明，胰岛移植可改善或稳定微血管并发症，并改善心血管功能参数[20～22]。

由于胰岛移植能够防止或延缓血管并发症的进展，有理由相信胰岛移植能够同胰腺移植一样可以改善患者生存期[23]。然而，由于目前全世界接受胰岛移植的患者仅约1000例、随访时间尚短，以及多数研究仅为小样本研究，还需要长期随访以确定胰岛移植对患者生存期的影响。

2 临床胰岛移植面临的主要问题及解决方法

移植的胰岛细胞通过对血糖进行持续监测和精细的调控可使糖代谢恢复正常而减少低血糖的发生率，从而防止或减缓糖尿病并发症的发生，在许多情况下可实现内分泌替代治疗。然而，胰岛移植的广泛临床应用仍然面临很多挑战，主要包括胰腺供体的匮乏和需要长期使用免疫抑制剂。

2.1 胰腺供体缺乏及可能的解决方法 多种方法可解决器官/组织来源短缺问题，如单个供体的胰岛移植、活体供体胰岛移植、异种胰岛移植以及胰岛素分泌细胞(来源于干细胞)等。

首先，根据现行的临床胰岛移植方案，很多研究者采用多个供体获得的胰岛实施胰岛移植并取得成功[1，4，10，24]。然而，多个供体来源的胰岛数量仍然难以确保获得达到胰岛素完全脱离的最小的胰岛细胞量，即10，000 IEQ/kg受者体重。我们在世界上首次证实单供体来源的胰岛可治愈糖尿病[10，11]。随后Hering等也报告了用单个供体获得的胰岛实施胰岛移植并取得了良好效果[3]。在其方案中，全部8例患者达到了完全胰岛素脱离，其中5例患者1年后仍可免用胰岛素。为了在临床胰岛移植中达到1个供体配1个受体，世界各胰岛移植中心的工作重点集中在将胰岛处理过程标准化的研究中。其次，活体供体胰岛移植是潜在的扩展供体群的方法。日本的Matsumoto等报道了首例活体供体胰岛移植[25]。将从一位母亲的远端胰腺分离出的未纯化的胰岛移植入患有不稳定性糖尿病的女儿体内，受体脱离外源性离胰岛素超过1年[26]。虽然该报告中活体供体胰岛移植取得成功，但是这种从部分胰腺中取得胰岛的方法很难获得足够的、可维持正常糖代谢的胰岛细胞数量，除非像在我们前期的研究中所做的一样，通过细胞基因修饰以改善胰岛功能或诱导胰岛细胞增长[27，28]。第三，从猪胰腺获得的异种胰岛是胰岛移植的重要替代资源[29～32]。Hering与Larcen近期报道，在强大的免疫抑制剂如共刺激阻滞剂的帮助下，在非人灵长类动物体内移植猪胰岛后可重建血糖控制机制超过100天。这些结果说明猪胰岛异种移植有可能成为治疗1型糖尿病的胰岛移植的有效替代方案[33，34]。基因工程猪的研制已取得重要进展，由于基因工程猪获得的胰岛β细胞可表达特异性的免疫调节蛋白(CD46)。从这样的猪体内获取的胰岛显示了更好的免疫调节效果，并延长了在非人灵长类动物胰岛移植模型中的存活时间[35]。然而，异种胰岛移植仍有很多障碍需要克服，如进一步降低抗原性以减少免疫抑制剂的用量及避免感染猪内源性逆转录酶病毒的可能性[29]。为克服这些障碍，免疫隔离方案如胰岛微囊化技术亦能用来防止免疫排斥，在不使用免疫抑制剂的情况下延长移植胰岛的存活时间[36～39]。最后，近年来在胚胎及成人干细胞亚群中分化β细胞也已取得重要进展。已能在体外用多种干细胞分化获得胰岛素分泌细胞[40，41]。一些研究显示，体内干细胞可转变为胰岛素分泌细胞，包括椭圆形肝细胞[42]、脾脏来源细胞[43]及骨髓来源细胞[44]。羊膜来源的干细胞的分化能力亦能达此目的[45]。人胰腺导管上皮细胞与β细胞相伴[46]并可在鼠类及人体内转化为内分泌的胰岛细胞[47～50]。此外，在近期以人胚胎干细胞来源的细胞，尤其是应用诱导多能干细(induced pluripotent stem cells，iPS)对糖尿病的治疗显示了极好的前景。患者特异性iPS的应用作为潜在的胰岛素分泌细胞来源，这样不仅解决了供体短缺的问题，且不存在种属差异及免疫排斥的问题。

2.2 新型免疫抑制方案及诱导免疫耐受 对糖尿病患者来说，尤其是对还没有肾衰并发症的早期糖尿病患者，不适宜做同种异体或异基因胰岛移植联合终生服用免疫抑制剂。因为免疫抑制剂通常会带来许多全身性副作用，包括诸如增加机体发生肿瘤和感染的风险;此外，免疫抑制剂本身还会导致胰岛素抵抗和β细胞功能减低。因此，开发低毒副作用的有效的免疫抑制剂显得尤为重要。

正如加拿大Edmonton方案不能有效防止受体对胰岛的排斥从而导致移植胰岛功能随时间降低或丧失，改进免疫抑制剂方案已成为改善移植胰岛长期功能的关键所在。数个以T细胞为靶向的制剂已应用于临床并显示出优异的效果。明尼苏达的研究组应用anti-CD3 mAb[hOKT3c1(Ala-Ala)]防止对移植胰岛的排斥并取得良好结果，即使在单个供体胰岛移植中亦是如此[35]。宾夕法尼亚大学研究组在灵长类动物模型中应用抗胸腺细胞球蛋白(anti-thymocyte globulin)联合使用Rituximab(anti-CD20)，并以雷帕霉素(RAPA)单剂长期维持治疗，明显延长了胰岛的长期存活时间;更重要的是，在某些情况下即使撤除雷帕霉素后移植的胰岛仍保有良好的内分泌功能[50]。

除应用较好的免疫抑制方案外，胰岛移植后诱导受体产生免疫耐受应是一个更理想的方案。动物胰岛移植的模型的研究显示，共刺激阻滞剂CD80/86-CD28/CTLA4或anti-CD40L抗体在胰岛移植中可诱导外周免疫耐受[51，52]。作为新的作用于 T细胞的CD28与CD80/CD86互动的共刺激信号阻滞剂，LEA29Y在哺乳动物实验中显示了富有前景的结果[53]。LEA29Y在肾移植中亦能减少慢性异体排斥型肾病的发生，LEA29Y对胰岛移植的作用正在检测中[54]。我们最近的研究显示，应用 anti-CD45RB抗体不仅可以防止对移植的异种胰岛的排斥，也能够在大鼠模型中导致对异种胰岛供体的特异性耐受(结果尚未发表)。这些研究尽管在动物移植中诱导免疫耐受展示了诱人的前景，将其应用于临床移植仍面临巨大挑战。

3 结论

近年来胰岛移植在短期、长期效果方面已取得巨大进步，包括1型糖尿病完全脱离外源性胰岛素、血糖的良好控制伴随HbA1c水平的正常化、避免严重低血糖的发生以及生活质量的改进等。最新的结果显示，胰岛移植受者能保持正常胰岛功能超过5年，与胰腺移植的效果相似。胰岛移植未来的发展目标是探索可避免使用免疫抑制剂的方法，以及寻找可供移植用的能够对机体血糖波动产生反应、并能分泌胰岛素的细胞。新的药物及治疗方案正在临床试验中，可以肯定，作为糖尿病的一种治疗手段，胰岛移植拥有美好的未来。

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