摘 要 1型糖尿病是T細(xì)胞介導(dǎo)的以胰島β細(xì)胞破壞為主的自身免疫性疾病，需應(yīng)用外源性胰島素控制血糖，目前沒(méi)有根治辦法。干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，能誘導(dǎo)分化成胰島素分泌細(xì)胞，已經(jīng)成為人們尋找誘導(dǎo)β細(xì)胞替代物的新資源。本文綜述干細(xì)胞在1型糖尿病治療方面的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞 1型糖尿病 干細(xì)胞 胰島素分泌細(xì)胞

中圖分類號(hào)：R587.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2014）06-0025-04

1型糖尿病是一種由多種病因引起的針對(duì)胰島β細(xì)胞的自身免疫性疾病，需應(yīng)用外源性胰島素控制血糖，目前尚無(wú)根治辦法。干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，具有在一定條件下分化為各種細(xì)胞、組織、器官的功能。由于糖尿病的發(fā)病機(jī)制主要為胰島功能損害造成胰島素絕對(duì)或相對(duì)分泌不足，因此，通過(guò)體內(nèi)或體外誘導(dǎo)干細(xì)胞定向分化為具有胰島素分泌能力的細(xì)胞，重建胰島功能，有望徹底治愈1型糖尿病。

目前干細(xì)胞治療1型糖尿病的研究可分為胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell，ESC）和成體干細(xì)胞（adult stem cell，ASC）。ASC存在于胎兒和成人組織及器官中，是已分化組織中的未分化細(xì)胞，具有自我更新能力。雖然ASC可能不具有ESC那樣的全能性，但在一定條件下，ASC可跨越傳統(tǒng)胚層概念的界限，分化為其他胚層來(lái)源的細(xì)胞，這種特性稱為干細(xì)胞的可塑性[1]，也有人稱之為橫向分化或者轉(zhuǎn)分化[2]。目前在1型糖尿病中研究較多的ASC是間充質(zhì)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、胰腺干細(xì)胞。

1 胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞是指來(lái)源于囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和受精卵發(fā)育至桑椹胚之前的胚胎細(xì)胞，是一種全能干細(xì)胞，因具有發(fā)育成各胚層的潛能而成為胰島素分泌細(xì)胞替代治療中最有希望的種子細(xì)胞。已有許多研究結(jié)果證明，胚胎干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)分化為胰島素分泌細(xì)胞。Soria等[3]最先采用基因工程方法將小鼠胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為葡萄糖敏感的胰島素分泌細(xì)胞。Lumelsky等[4]在進(jìn)行鼠ESCs誘導(dǎo)分化研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，ESC可在體外誘導(dǎo)分化形成類似在體胰島組織的胰島素分泌結(jié)構(gòu)，為胚胎干細(xì)胞移植治療糖尿病提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。劉星霞等[5]將小鼠胚胎干細(xì)胞ES-D3誘導(dǎo)生成的胰島素分泌細(xì)胞（IPC）皮下移植給糖尿病模型小鼠，能在一段時(shí)間內(nèi)顯著降低受鼠的血糖水平，改善一般狀況，對(duì)糖尿病小鼠有一定的治療作用。Assady等[6]發(fā)現(xiàn)人胚胎干細(xì)胞在體外貼壁培養(yǎng)和懸浮培養(yǎng)時(shí)都能分化為表達(dá)胰島素的陽(yáng)性細(xì)胞，胰島β細(xì)胞標(biāo)志（如葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子等）均為陽(yáng)性，提示人胚胎干細(xì)胞也可以分化為胰島β細(xì)胞，從而發(fā)揮治療糖尿病的作用。Kwon等[7]利用蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)把轉(zhuǎn)錄因子Pdx-1直接通過(guò)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)到胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞核，這種經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)的Pdx-1可激活其下游的靶基因，引起胚胎干細(xì)胞優(yōu)先分化表達(dá)成高水平胰島素的細(xì)胞，而且這些細(xì)胞對(duì)C肽染色陽(yáng)性。

2 間充質(zhì)干細(xì)胞

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells， MSC）具有自我更新和分化為3個(gè)胚層細(xì)胞的能力，是糖尿病β細(xì)胞替代治療的另一可供選擇的細(xì)胞來(lái)源。MSC能分化為β細(xì)胞替代受損的β細(xì)胞；同時(shí)MSC能遷移到受損的胰腺，通過(guò)分泌多種生物活性物質(zhì)和調(diào)節(jié)性的增長(zhǎng)因子，促進(jìn)血管生成，改善β細(xì)胞生存微環(huán)境，修復(fù)受損胰腺。此外，MSC還具有調(diào)節(jié)免疫作用，通過(guò)減少自體免疫介導(dǎo)的對(duì)胰島的攻擊，從而阻止胰島β細(xì)胞的進(jìn)一步受損。

Chen等[8]從Wistar大鼠的骨髓中分離出間充質(zhì)干細(xì)胞，用尼克酰胺和β-巰基乙醇誘導(dǎo)分化，這些誘導(dǎo)后的細(xì)胞能表達(dá)胰島相關(guān)基因的mRNA，在體外呈現(xiàn)出葡萄糖依賴的胰島素分泌。將這些細(xì)胞移植到鏈脲佐菌素（STZ）處理的大鼠體內(nèi)，能夠控制其血糖水平。高峰等[9]觀察共表達(dá)PDX-1和BTC基因的大鼠骨髓MSC植入1型糖尿病大鼠腎包膜下對(duì)糖尿病的治療作用，結(jié)果PDX-1和BTC共表達(dá)的MSC置于基礎(chǔ)分化培養(yǎng)基7 d后，形成分泌胰島素的PILC，移植組在移植PILC后，血糖水平明顯降低，體內(nèi)胰島素水平明顯上升，腹腔糖耐量試驗(yàn)接近正常水平，移植組大鼠腎組織中檢測(cè)到胰島素的分泌。Moriscot 等[10]從人骨髓中提取MSC，以腺病毒作載體，將3個(gè)特異性的β細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子（Foxa2，Hb9，Pdx1）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)染，與人的胰島組織共同培養(yǎng)，結(jié)果顯示該細(xì)胞可以表達(dá)幾乎所有的胰島β細(xì)胞的相關(guān)基因。

3 造血干細(xì)胞

在臨床治療中，造血干細(xì)胞應(yīng)用較早，在20世紀(jì)50年代，臨床上就開(kāi)始應(yīng)用骨髓移植（BMT）方法來(lái)治療血液系統(tǒng)疾病。而近年研究發(fā)現(xiàn)，造血干細(xì)胞除可以分化為血細(xì)胞外，還可以分化為各種非造血組織的細(xì)胞。

3.1 基礎(chǔ)研究

Kojima等[11]研究表明糖尿病鼠胰腺外許多組織含有胰島素表達(dá)陽(yáng)性細(xì)胞，包括胸腺、骨髓、脂肪組織、脾臟、肝臟，這些胰島素表達(dá)陽(yáng)性細(xì)胞來(lái)源于骨髓。Burt等[12]研究表明造血干細(xì)胞能夠誘導(dǎo)免疫耐受，調(diào)節(jié)T細(xì)胞的陽(yáng)性選擇及陰性選擇，改善糖尿病鼠的免疫功能，促進(jìn)胰島細(xì)胞再生。Rachdi等[13]研究表明小鼠胰島中有10%～20%的胰島素陽(yáng)性細(xì)胞可以檢測(cè)出造血干細(xì)胞的kit標(biāo)志物，而且，研究顯示表達(dá)c-kit干細(xì)胞標(biāo)志物（可作為干細(xì)胞表面標(biāo)志物）的骨髓細(xì)胞可使高血糖水平降低，而c-kit表達(dá)陰性的細(xì)胞卻無(wú)此功能，說(shuō)明造血干細(xì)胞參與胰島細(xì)胞的再生。

另外，有學(xué)者研究通過(guò)誘導(dǎo)對(duì)自身抗原的免疫耐受來(lái)預(yù)防和治療1型糖尿病。早在1997年，F(xiàn)rench等[14]就構(gòu)建了由MHC-Π類分子啟動(dòng)子操控的胰島素原的轉(zhuǎn)基因NOD鼠，并觀察到其胰島素幾乎不存在，糖尿病的發(fā)病被成功預(yù)防。Steptoe等[15]則進(jìn)一步將這種轉(zhuǎn)基因NOD鼠的造血干細(xì)胞移植給普通的NOV鼠，發(fā)現(xiàn)可以防止普通NOV鼠自發(fā)性糖尿病的形成。在此基礎(chǔ)上，Chan等[16]把正常NOV鼠的造血干細(xì)胞進(jìn)行體外基因轉(zhuǎn)染，使其表達(dá)胰島素原，移植給NOV鼠，胰島素的發(fā)生和嚴(yán)重程度均明顯減少，說(shuō)明免疫抑制可用于預(yù)防和治療1型糖尿病。

3.2 臨床研究

骨髓造血干細(xì)胞移植和外造血干細(xì)胞移植是臨床常用的療法，外周血干細(xì)胞采集簡(jiǎn)單、方便、安全、有效，且外周血造血干細(xì)胞與骨髓移植相比，造血和免疫恢復(fù)快，可以減少住院時(shí)間，減少抗生素的使用和輸血依賴，降低醫(yī)療費(fèi)用。2007年Voltarelli等[17]報(bào)道，采用大劑量免疫抑制劑后進(jìn)行自體非清髓性造血干細(xì)胞移植治療15例新診斷的1型糖尿病患者，結(jié)果在7～36個(gè)月的隨訪中，14例患者可達(dá)到并維持不同時(shí)間的胰島素非依賴。該研究小組后來(lái)增加8例患者，經(jīng)7～58個(gè)月的隨訪，20例沒(méi)有酮癥酸中毒，脫離胰島素，其中12例平均保持31個(gè)月，8例復(fù)發(fā)，并恢復(fù)使用低劑量胰島素。在連續(xù)脫離胰島素的患者，糖化血紅蛋白水平低于7.0%，移植后6個(gè)月的C肽曲線下面積（AUC）大幅上升，血糖控制良好，大多數(shù)患者脫離胰島素[18]。

沈山梅等[29]采用自體非清髓性造血干細(xì)胞移植治療1例1型糖尿病患者，移植后第27天停止注射胰島素，隨診15個(gè)月，病情穩(wěn)定，血糖控制良好，糖化血紅蛋白穩(wěn)定在7.0%以下。景華等[20]采用T淋巴系統(tǒng)清除和自體造血干細(xì)胞免疫重建治療1型糖尿病患者2例，分別于回輸后第14天和第22天停用胰島素，復(fù)查糖化血紅蛋白及C肽恢復(fù)正常，谷氨酸脫羧酶抗體滴度明顯降低。

4 胰腺干細(xì)胞

胰腺干細(xì)胞是胚胎發(fā)育中沒(méi)有進(jìn)行終末分化的胰腺細(xì)胞，能分化為各種胰腺細(xì)胞，成為糖尿病治療的重要干細(xì)胞來(lái)源。Peck等[21]成功地從人和小鼠的胰腺導(dǎo)管上皮分離了干細(xì)胞，在體外培養(yǎng)條件下能快速增殖，并失去導(dǎo)管上皮細(xì)胞特異性的表型，該細(xì)胞在合適的條件下可分化形成誘導(dǎo)的各種分泌細(xì)胞，具有多向分化潛能，被稱為胰腺干細(xì)胞。國(guó)外也有人將小鼠胰腺組織制成單細(xì)胞懸液，用添加正常小鼠血清的低糖EHAA培養(yǎng)基對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)，直到生長(zhǎng)出單層上皮樣的細(xì)胞，這些干細(xì)胞具有很強(qiáng)的自我更新能力及分化潛能。Ramiya等[22]長(zhǎng)期（超過(guò)3年）培養(yǎng)了胰腺導(dǎo)管中的干細(xì)胞，在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，它們均保持著分化為胰島細(xì)胞的潛能。Bonner Weir等[23]對(duì)分離于人胰腺組織的胰管細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，成功誘導(dǎo)胰腺干細(xì)胞分化為既含胰管細(xì)胞又含胰島細(xì)胞的細(xì)胞群，這些細(xì)胞群能分泌胰島素，其分泌量隨著糖濃度的增高而增多，他們用免疫組化等方法證明了這些細(xì)胞群含有胰島的所有細(xì)胞類型。很顯然，擴(kuò)增及誘導(dǎo)胰腺干細(xì)胞分化是獲得β細(xì)胞替代物更直接的途徑。

5 其他干細(xì)胞

在尋找干細(xì)胞的來(lái)源時(shí)，主要是基于干細(xì)胞的可塑性，一些和胰腺具有相同起源的組織器官的干細(xì)胞，如肝臟、神經(jīng)、胃腸道等都和胰腺一樣起源于內(nèi)胚層。研究表明，這些組織的干細(xì)胞可以分化為胰島素分泌細(xì)胞。Yang等利用肝臟的橢圓細(xì)胞在特定環(huán)境下誘導(dǎo)產(chǎn)生了具有胰島樣的細(xì)胞團(tuán)[24]。也有人提取胎鼠腦組織的神經(jīng)干細(xì)胞，在體外培養(yǎng)并誘導(dǎo)分化為胰島素分泌細(xì)胞[25]。

6 前景與展望

綜上所述，目前的研究已經(jīng)在利用干細(xì)胞治療糖尿病方面取得一些令人振奮的進(jìn)展，但這項(xiàng)研究尚處于初期階段。用干細(xì)胞對(duì)糖尿病進(jìn)行細(xì)胞替代治療中的許多問(wèn)題，還未研究清楚，仍需深入研究胰腺發(fā)育的內(nèi)在復(fù)雜機(jī)制，確定干細(xì)胞的本質(zhì)特征以及誘導(dǎo)分化為可移植的、有功能的β細(xì)胞的體外培養(yǎng)條件。人類干細(xì)胞研究已經(jīng)向前邁出了一大步，其技術(shù)的突破將意味著對(duì)糖尿病從控制血糖轉(zhuǎn)入治愈的階段，相信隨著基因工程及細(xì)胞工程技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人類最終可以利用干細(xì)胞移植治愈1型糖尿病。

參考文獻(xiàn)

[1] Krause DS， Theise ND， Collector MI， et al. Multi-organ multi-lin-eage engraftment by a single bone marrow-derived stem cell[J]. Cell， 2001， 105（3）： 369-377.

[2] Anderson DJ， Gage FH. Weissman IL. Can stem cells cross lineage boundaries[J]. Nat Med， 2001， 7（4）： 393-395.

[3] Soria B， Roche E， Berna G， et al. Insulin-secreting cells derived from embryonic stem cells normalize glycemia in streptozocin-induced diabetic mice[J]. Diabetes， 2000， 49（2）： 157-162.

[4] Lumelsky N， Blondel O， Laeng P， et al. McKay R.Differentiation of embryonic stem cells to insulin-secreting structures similar to pancreatic islets[J]. Science， 2001， 292（5520）： 1389-1394.

[5] 劉星霞， 繆兵， 李府， 等. 胚胎干細(xì)胞誘生的胰島素分泌細(xì)胞移植對(duì)糖尿病鼠的治療作用[J]. 世界華人消化雜志， 2004， 12（8）： 1853-1856.

[6] Assady S， Maor G， Amit M， et al. Insulin production by human embryonic stem cells[J]. Diabetes， 2001， 50（8）： 1691-1697.

[7] Kwon YD， Oh SK， Kim HS， et al. Cellular manipulation of human embryonic stem cells by TAT-PDX1 protein transduction[J]. Mol Ther， 2005， 12（1）： 28-32.

[8] Chen LB， Jiang XB， Yang L. Differentiation of rat marrow mesenchymal stem cells into pancreatic islet beta-cells[J]. World J Gastroenterol， 2004， 10（20）： 3016-3020.

[9] 高峰， 周漢新， 李莉莎， 等. PDX1和BTC共表達(dá)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療大鼠糖尿病的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 廣東醫(yī)學(xué)， 2009， 30（6）： 866-869.

[10] Moriscot C， de Fraipont F， Richard MJ， et al. Human bone marrow mesenchymal stem cells can express insulin and key transcription factors of the endocrine pancreas developmental pathway upon genetic and/or microenvironmental manipulation in vitro[J]. Stem Cells， 2005， 23（4）： 594-603.

[11] Kojima H， Fujimiya M， Matsumura K， et al. Extrapancreatic insulin-producing cells in multiple organs in diabetes[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2004， 101（8）： 2458-2463.

[12] Burt RK， Oyama Y， Traynor A， et al. Hematopoietic stem cell therapy for 1 diabetes： induction of tolerance and islet cell neogenesis[J]. Autoimmun Rev， 2002， 1（3）： 133-138.

[13] Rachdi L， El Ghazi L， Bernex Fet， et al. Expression of the receptor tyrosine kinase KIT in mature beta-cells and in the pancreas in development[J]. Diabetes， 2001， 50（9）： 2021-2028.

[14] French MB， Allison J， Cram DS， et al. Transgenic expression of mouse proinsulin П prevents diabetes in nonobese diabetic mice[J]. Diabetes， 1997， 46（1）： 34-39.

[15] Steptoe RJ， Ritchie JM， Harrison LC. Transfer of hematopoietic stem cells encoding autoantigen prevents autoimmune diabetes[J]. J Clin Invest， 2003， 111（9）： 1357-1363.

[16] Chan J， Clements W， Field J， et al. Transplantation of bone marrow genetically engineered to express proinsulin П protects against autoimmune insulitis in NOD mice[J]. J Gene Med， 2006， 8（11）： 1281-1290.

[17] Voltarelli JC， Couri CE， Stracieri AB， et al. Autologous nonmyeloablative hematopoietic stem cell transplantation in newly diagnosed type 1 diabetes mellitus[J]. JAMA， 2007， 297（14）： 1568-1576.

[18] Couri CE， Oliveira MC， Stracieri AB， et al. C-peptide levels and insulin independence following autologous nonmyeloablative hematopoietic stem cell transplantation in newly diagnosed type 1 diabetes mellitus[J]. JAMA， 2009， 301（15）： 1573-1579.

[19] 沈山梅， 李莉蓉， 周士海， 等. 自體造血干細(xì)胞移植治療1型糖尿病—附一例報(bào)告[J]. 中國(guó)糖尿病雜志， 2008， 16（9）： 554-556.

[20] 景華， 陳文怡， 李克良， 等. 自體造血干細(xì)胞回輸治療1型糖尿病2例[J]. 東南國(guó)防醫(yī)藥， 2009， 11（3）： 202-206.

[21] Peck AB， Chaudhari M， Cornelius JG， et al. Pancreatic stem cells： building blocks for a better surrogate islet to treat type 1diabetes[J]. Ann Med， 2001， 33（3）： 186-192.

[22] Ramiya VK， Maraist M， Arfors KE， et al. Reversal of insulin-dependent diabetes using islet generated in vitro from pancreatic stem cells[J]. Nat Med， 2000， 6（3）： 278-282.

[23] Bonner-Weir S， Taneja M， Weir GC， et al. In vitro cultivation of human islets from expanded ductal tissue[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2000， 97（14）： 7999-8004.

[24] Yang L， Li S， Hatch H， et al. In vitro trans-differentiation of adult hepatic stem cells into pancreatic endocrine hormone-producing cells[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2002， 99（12）： 8078-8083.

[25] Buns CJ， Minger SL， Hall S， et al. The in vitro differentiation of rat neural stem cells into an insulin-expressing phenotype[J]. Biochen Biophys Res Commun， 2005， 326（3）： 570-577.

（收稿日期：2013-09-06）