微囊化胰岛移植在抗纤维增生方面的相关研究

2016-04-03王贯乔朱海刘尧娟王树森卫生部危重病急救医学重点实验室天津30000天津市第一中心医院移植中心天津30092天津市器官移植重点实验室天津30092

实用器官移植电子杂志 2016年6期

王贯乔，朱海，刘尧娟，王树森，2，3（.卫生部危重病急救医学重点实验室，天津30000；2.天津市第一中心医院移植中心，天津 30092；3.天津市器官移植重点实验室，天津 30092）

微囊化胰岛移植是将胰岛包裹在人造选择性通透膜内，以物理屏障的方式保护胰岛免受大分子免疫物质的损伤，而不影响胰岛素及C肽释放，以维持胰岛移植物在受体内发挥正常的生理功能［1］。目前，海藻酸钠是实验研究最多的微囊化胰岛移植材料，它是从海藻中提取的一种无支链的二元共聚物，由α-L-甘露糖醛酸（M单元）与β-D-古洛糖醛酸（G单元）依靠β-（1，4）-糖苷键连接并由不同比例的GM、MM和GG片段组成［1］。胰岛与海藻酸钠混合后，将含有胰岛的海藻酸钠液滴入氯化钡（BaCl2）或氯化钙（CaCl2）溶液中反应形成胰岛微囊，外层的海藻酸盐具有保护胰岛的作用。微囊化胰岛移植后存活时间有限，其中最主要的原因是微囊化胰岛移植到受体后，微囊周围会出现纤维组织增生，影响胰岛所需营养物质的供给［1-2］。研究人员进而设计了各种改良方案和其他的胰岛封装方案，并通过动物实验证明了其有效性［3］。随着各种实验研究的进行，寻找到一种合适的胰岛保护方案，将会极大推动1型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM）治疗的发展［4］。

1 早期微囊化胰岛移植的临床实验

首次进行微囊化胰岛移植临床试验的受者是1例38岁的T1DM患者，该患者在腹腔移植了微囊化胰岛（首次10 000 IEQ/kg），并在术后6个月再次接受微囊化胰岛移植（5 000 IEQ/kg）。患者在移植后9个月内脱离外源性胰岛素且未出现不良反应［5］。研究表明，2例接受同种异体微囊化胰岛移植的受者在没有应用免疫抑制治疗的基础上，减少了外源性胰岛素的需要量并降低了严重低血糖事件的发生［6］。Elliott等［7］报道了 1例9年前接受异种微囊化胰岛移植的T1DM患者，术后减少了外源性胰岛素的使用量并持续检测到猪C肽释放长达11个月。9年后将其腹腔中的微囊化胰岛取出，在体外用葡萄糖刺激患者仍能产生微量的胰岛素。Tuch等［8］对1例T1DM患者进行了多次微囊化胰岛移植，移植术后30个月仍可检测到C肽，虽然有少量胰岛素产生但不足以调控血糖。首次移植16个月后，通过检查该受者被移植的微囊化胰岛，发现微囊周围纤维组织增生并伴胰岛坏死。这些结果说明纤维组织增生限制了胰岛功能，并且微囊材料的生物相容性存在限制性。所以，将微囊化胰岛移植应用于T1DM的临床治疗，抗纤维化将是必须跨越的障碍。

2 通过改良微囊结构来减少纤维增生

2011年，Vaithilingam等［9］通过延长海藻酸钠-胰岛液滴在BaCl2溶液中的作用时间来降低截留分子量（molecular weight cut-off，MWCO），以避免从胰岛脱落的抗原性物质引起炎症反应，从而达到减少胰岛周围纤维增生的目的。他们在NOD/SCID、裸鼠、BALB/c、C57BL6小鼠、Wistar大鼠和狒狒体内进行的一系列实验结果显示，通过延长胰岛-海藻酸钠液滴在BaCl2溶液中的作用时间并未达到减少纤维化的目的，但发现空海藻酸盐微囊在啮齿类动物体内不会引起纤维增生而在狒狒体内则会引起纤维增生［9］。

研究显示，微囊化胰岛在制备过程中不能确保每个微囊中的胰岛都处于其核心部位［10］，而如果胰岛没有完全被微囊包裹，免疫效应细胞则会损伤胰岛，同时增强免疫反应加速损伤其他微囊化胰岛，最终导致移植失败［11］。

Ma等［12］采用了一种双流体同轴电喷流技术，在胰岛微囊外形成一层保护壳。该技术将制备的微囊化胰岛移植到T1DM小鼠体内，与移植无保护壳的胰岛微囊小鼠相比，双流体同轴电喷流技术明显延长了胰岛在没有免疫抑制条件下的存活时间。虽然具有保护壳的微囊能延长胰岛移植物的存活时间，但改善效果有限。Pareta等［13］设计了多层APA微囊，内囊为1.5%甘露糖醛酸，外囊为1.25%古洛糖醛酸，其中含成纤维细胞生长因子-1（fibroblast growth factors-1，FGF-1）并能不断释放，促进血管生成；内囊跟外囊之间有1层0.1%多聚鸟氨酸（PLO）形成的选择透过膜。将这种微囊置于可回收网膜小袋中移植到鼠腹腔内，能保护胰岛免受免疫损伤，但FGF-1的促血管生成效果并没有明显提升胰岛功能，却使受体鼠的体重增加，FGF-1微囊胰岛移植还需要进一步的研究。

最近的研究发现，表面光滑的移植物生物相容性更好［14］，但几何大小对生物相容性的影响却未见报道［15］，Veiseh 等［16］将 SLG20、 LF10/60、钢、玻璃等材料做成直径为0.5 cm和1.5 cm的小珠移植到C57小鼠腹腔内，检测发现移植物的几何大小影响受体免疫系统对其识别和反应。最后，将胰岛微囊分别制备成直径为0.5 mm和1.5 mm的球形移植物，移植到小鼠体内。实验结果表明，直径为1.5 mm的胰岛微囊具有更强的抗排斥和抗纤维增生能力，能更长时间地维持胰岛功能。

3 通过联合化学物质封装胰岛以减少纤维增生

胰岛微囊移植到受体后，微囊周围会出现纤维细胞增生，纤维细胞层和胶原沉积在胰岛微囊表面［17-18］，使氧气和营养物质的供给受阻，最终导致胰岛坏死，无法达到移植目的［19］。近几年，研究者们在微囊联合化合物上找到抗纤维化的突破口并开展了一些研究实验。2013年，有研究发现地塞米松和姜黄素是抑制炎症反应、微囊纤维化最有效的药物，并将药物与微囊结合，将这种胰岛微囊移植到T1DM小鼠体内，检测发现结合药物的胰岛微囊不仅能控制血糖而且抑制胰岛周围的纤维增生，同时，该药物还广泛应用于细胞治疗中，具有抑制纤维化的潜力［20］。Vaithilingam等［21］将高分子肝素包被在胰岛微囊上，并通过体内、外实验评估其抗纤维增生潜力，该研究结果表明，在异种和同种大鼠移植模型中，降低纤维增生率分别为65%和43%，这种包被高分子肝素胰岛微囊的强度和其减低纤维增生的能力得到了明显改善。

由于微囊内的胰岛在凋亡后会释放高迁移率族蛋白 B1（high mobility group box-1，HMGB1）［22-23］，这种蛋白会产生促炎效果［24-25］，激活巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞等免疫细胞，产生炎症反应，使胰岛微囊周围纤维增生［26］。Jo等［27］利用HMGB1 A竞争抑制HMGB1的促炎作用，在胰岛微囊的制备过程中加入了HMGB1 A，并通过体内、外实验证实了HMGB1 A的抗炎作用。由于海藻酸微囊并不能抑制免疫反应，只能提供有限的保护，Chen等［28］利用趋化因子CXCL12具有排斥效应T细胞和趋化调节T细胞的能力，将CXCL12包被在微囊上，使其降低微囊周围的免疫反应强度，以达到延长胰岛存活时间的目的，这一设想在T1DM小鼠中得到了验证。Park等［29］研究发现，将1层含雷帕霉素的聚乙二醇（PEG）包被在海藻酸盐胰岛微囊外，其微囊内胰岛活性比未包被PEG微囊内的胰岛活性低，但随着培养时间的延长，这种差异逐渐减小。在体内实验中，发现包被PEG的胰岛微囊被纤维细胞浸润的数量明显少于未包被PEG的胰岛微囊，表明该微囊化胰岛制备技术能改善微囊材料的生物相容性。