胰岛移植：寻找新的β细胞来源

穆 冰，宋一民，李晓斌，赵玉沛

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院基本外科， 北京 100730

·综 述·

胰岛移植：寻找新的β细胞来源

穆 冰，宋一民，李晓斌，赵玉沛

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院基本外科， 北京 100730

胰岛移植；胰岛干细胞；1型糖尿病

胰岛移植被认为是1型糖尿病最有前景的治疗方法之一。若以生活质量改善及血糖控制为目标，胰岛移植的效果令人满意；但若以脱离外源胰岛素或预防并发症为目标，则前者差强人意，后者效果不明[1]。为此，美国糖尿病协会仍将胰岛移植定为实验阶段，距离临床应用尚有距离[2]。

胰岛移植及面临的问题

胰岛移植最早可以追溯至1972年的大鼠实验[3]，此后逐渐开展，但成功率很低。一项对1990年至1999年共267例胰岛移植患者的随访表明，仅<10%的患者脱离外源胰岛素时间超过1年[4]。2000年，Shapiro等[5]报道采用改良移植技术及术后抗免疫排斥药物治疗，结果7例患者在为期一年的随访中全部脱离了外源胰岛素，这种被称为Edmonton方案的移植流程逐渐被世界上多数研究中心采纳。2006年一项多中心试验表明，采用Edmonton方案移植的患者70%移植两年后胰岛仍具有分泌功能，但完全脱离外源胰岛素治疗患者在移植一年及两年后分别仅44%和14%的胰岛有分泌功能[6]。另一项多中心研究统计了1999年至2007年共279例胰岛移植患者，移植3年后23%～26%的患者仍具有有分泌功能的胰岛，但脱离外源胰岛素的患者比例从移植后一年的47%下降至24%[7]。随着Edmonton方案的进一步推行， 2012年美国CITR(Collaborative Islet Transplant Registry)公布了1999年至2010年共677例胰岛移植统计数据，结果显示2007年至2010年进行的208例胰岛移植的效果明显优于前期(1999年至2002年、2003年至2006年)，3年脱离外源胰岛素率为44%(前期分别仅为27%、37%)，不良事件发生率也较前期减少[8]。

Edmonton方案通过提高移植量和运用抗免疫排斥药物改善胰岛移植效果，但仍不够理想，分析原因在于移植量受限和移植后有效期短；此外，费用昂贵、远期效果尚不明确也是其走向临床的障碍。

胰岛移植需要大量胰岛当量(islet equivalents, IEQ)。影响胰岛细胞数量和质量的原因，一方面来自于供体的健康状态、对胰腺的处理和运输、胰岛分离等步骤[9]；另一方面由于1型糖尿病是一种自身免疫性疾病，自体移植的胰岛细胞会受到免疫系统攻击导致数量减少。目前进行胰岛移植的主要部位仍为经门静脉肝内移植，预计在过去10年中有750例1型糖尿病患者接受了这类移植[10]，仅有少部分患者接受了胰岛肾包膜下移植。异体移植虽然可避免自身免疫反应，但随之而来的免疫排斥作用也会引起移植细胞凋亡。

随着免疫抑制药物的发展，异体胰岛细胞成为胰岛移植的主要研究方向。活体移植、异种移植以及细胞工程都曾被作为可能的胰岛细胞来源。活体供者较死亡供者可以分离得到数量更多、质量更好的胰岛[11]，但活体供者除了要承担手术风险外，还面临着日后发展为糖尿病的可能[12]，故不宜开展。1994年瑞典开展了首个猪胰岛异种移植试验[13]，在随后4～7年的随访中虽然受试者仍需胰岛素治疗，但移植耐受良好，无猪内源性逆转录病毒(porcine endogenous retrovirus， PERV)感染迹象[14]。随后俄罗斯、墨西哥也开展了临床试验，但很快遭到国际异种移植协会反对，对其伦理问题和安全性提出质疑[15]。

细胞工程为解决胰岛细胞来源带来了新的曙光。β细胞永生化修饰是通过将外源基因引入人胰岛β细胞，促进细胞增殖并阻止细胞凋亡，但携带外源基因的逆转录病毒或慢病毒会整合入宿主DNA，致癌风险不容忽视，此外转基因表达还会影响β细胞对糖刺激的反应[16- 17]。在体外增殖至所需胰岛细胞数量后剔除转基因再行移植是理想的解决途径，但如何验证其安全性仍是难题。

胰岛干细胞移植

干细胞向胰岛样细胞转化是解决胰岛来源短缺的另一途径。目前已在体外诱导成功的干细胞包括人胚胎干细胞、间充质干细胞、诱导多能干细胞以及肝干细胞和胰腺干细胞等。

人胚胎干细胞

对人胚胎干细胞的研究表明将体外诱导6～9周的干细胞植入动物模型进一步分化可得到对血糖波动具有应答的胰岛素分泌细胞[18]，而在体外诱导至最终状态的细胞则不具有对血糖波动的应答[19]，原因可能在于体内胰岛细胞微环境对于分化至关重要[20]。人胚胎干细胞虽然被成功分化且来源广泛，但其所涉及的伦理问题尚未解决，且动物实验发现其可致畸胎瘤，考虑到移植患者需长期服用免疫抑制药物，胚胎干细胞的安全性在开展人体试验前还需进一步研究[21]。

间充质干细胞

骨髓干细胞、脂肪干细胞、脐带血干细胞及羊水干细胞等多种间充质干细胞已在体外成功分化为具有应答能力的胰岛素分泌细胞[22]，并且间充质干细胞本身即具有免疫调节功能和抗炎作用，通过抑制T细胞控制自身免疫反应，达到对β细胞的保护作用[23]。糖尿病鼠实验证实将体外分化得到的胰岛素分泌细胞移植到小鼠体内后血糖下降了50%[24]；另一项鼠模型实验进行了自体间充质干细胞移植，移植后小鼠血糖水平得到了更好的控制[25]。Osiris公司近期发布的一项针对同种异体间充质干细胞移植治疗1型糖尿病有效性及安全性Ⅱ期临床研究中期报告显示，间充质干细胞具有良好的安全性和耐受性，可减少受试者低血糖事件发生，但对内源胰岛素分泌量作用不明显(ClinicalTrials.gov， 临床试验注册号：NCT00690066)。此外，对于糖尿病相关并发症，如糖尿病肾病[26- 27]、视网膜病变[28]等，甚至在促进糖尿病患者伤口愈合方面[29- 30]，间充质干细胞都被证实具有一定效果。间充质干细胞在临床上的应用目前仍存在很多问题，在鼠模型实验中曾发现移植鼠体内出现肿块，组织病理学证实恶性征象[24]。提示将间充质干细胞用于人体试验，还需进行有效性及安全性的进一步测试。

诱导多能干细胞

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)最早于2006年由2位日本科学家报道[31]。2010年Alipio等[32]在体外将iPSCs诱导为可对血糖波动产生应答的胰岛素分泌细胞，并将这种细胞移植到1型和2型糖尿病小鼠模型中，结果成功纠正了模型鼠的高血糖状态。制备iPSCs最早的技术涉及逆转录病毒和转基因技术，由此带来的安全性问题备受质疑。2008年一种新的制备技术出现，通过腺病毒载体将外源基因转入目标细胞中高效表达，同时不整合入宿主细胞基因组，从而避免了肿瘤形成的危险性[33]。另一种新的制备技术也随后出现，不通过引入任何外源基因，利用胚胎干细胞培养基中的生长因子将人精原干细胞重新诱导分化成多能干细胞[34]。除了诱导分化成胰岛β样细胞，另一项具有创造性的报道同样来自日本科学家。Kobayashi等[35]向胰腺缺陷小鼠囊胚中注射正常大鼠来源的多能干细胞，结果发现小鼠发育出由大鼠细胞构成的胰腺；他们希望能够通过这种方式在猪体内培育出人胰腺组织，经过分离纯化用于人胰岛移植。

肝干细胞

另一种备受关注的成体干细胞是肝干细胞。肝脏与胰腺具有共同的内胚层来源，通过活检可以轻易取到肝组织，并且肝脏再生迅速，细胞来源广泛。动物实验发现通过腺病毒载体向实验鼠体内转入Pdx- 1基因可引起一系列胰腺内外分泌相关基因的表达，同时在肝组织中有胰腺细胞生成，这些细胞可维持糖尿病鼠血糖8个月内正常[36]。高血糖状态可能在这种诱导过程中发挥重要作用[37]。但目前肝干细胞实验仅在动物实验获得成功，体外实验肝干细胞难以扩增至移植需要量，如何保证体内诱导的安全性以及体外扩增是肝干细胞研究面临的主要问题。

胰腺干细胞及其他类型细胞

胰腺其他类型细胞也是β细胞的潜在来源之一。胰腺外分泌细胞及胰岛α细胞均被成功诱导分化成β细胞[38- 39]，胰腺干细胞研究则略有争议。一方面，的确发现胰腺中存在极少量的干细胞可以诱导分化为β细胞[40]；另一方面，在肥胖、妊娠患者及胰腺切除小鼠中发现胰岛β细胞增殖主要靠已有的β细胞有丝分裂完成[41]，2011年Furuyama等[42]采用细胞系标记方法发现人胰腺导管细胞与胰腺祖细胞均表达Sox- 9，而胰岛细胞不表达，进而推测在发育早期胰腺内分泌细胞即从上皮系中分离出来，为胰岛细胞通过自我复制达到增殖提供了新的证据。如何获取这些罕有的干细胞并且在体外诱导增殖，以及如何使胰岛β细胞在体外进行有效增殖，是当前研究的主要问题。

结 论

细胞来源短缺是胰岛移植面临的主要难题之一。细胞工程技术，特别是干细胞技术的发展为解决这一问题带来了新的曙光。多种干细胞已经成功地在体外实验及体内试验中被证实可诱导成为具有生理功能的胰岛素分泌细胞，但这些细胞是否为真正的β细胞，其安全性及诱导扩增技术等还需进一步验证和改良。

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赵玉沛 电话：010-69155818， E-mail：zhao8028@263.net

R617；R587.1

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1674-9081(2014)03-0335-04

10.3969/j.issn.1674-9081.2014.03.018

2013- 07- 26)