胰岛β细胞移植的三大关键点

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摘要:胰岛β细胞移植及其相关技术的开展不仅为治疗糖尿病开辟了新的途径,而且为最终根治糖尿病带来了希望。我们相信,随着科学技术的发展,征服糖尿病只是个时间问题。

  近年来,人们越来越重视对胰岛β细胞功能的研究,基础研究和临床实践的证据都显示,在糖尿病的自然病程中,胰岛β细胞功能的持续恶化是一个不可逆的过程。众所周知,胰岛素由胰岛β细胞产生,而无论是1型糖尿病或是2型糖尿病都存在胰岛β细胞的衰竭问题,区别仅仅在于前者发病时即表现为需要外源性胰岛素维持生存,而2型糖尿病的β细胞功能衰竭则发生在疾病的晚期。因此,恢复胰岛β细胞功能一直是医学界和糖尿病患者追求的目标,也是根治糖尿病的希望所在。2000年,加拿大Edmonton的Shapiro等学者改良了胰岛移植的抗免疫排斥方案,取得了连续7例胰岛移植的成功,可使1型糖尿病患者停用胰岛素达1年以上。2004年在美国糖尿病学会年会上公布的国际多中心临床研究的结果显示,应用加拿大的Edmonton方案,胰岛移植后3年以上不使用胰岛素治疗的糖尿病患者可达53%。然而胰岛移植仍然面临着胰岛组织来源不足和免疫排斥反应的问题,尤其是供体来源不足限制了胰岛移植的广泛开展。


  近年关注热点:干细胞移植


  为了解决胰岛β细胞来源,近年来干细胞移植成为人们关注的热点。什么是干细胞呢?干细胞是一类具有多种分化潜能的特殊细胞,可以长期自我更新和不断增殖。根据分化潜能,可将干细胞分为三类,即全能干细胞、多能干细胞和定向干细胞。根据来源的不同,又可分为胚胎干细胞(ESC)和成体干细胞。胚胎干细胞具有可发育和分化成为各种组织器宫的潜能,成体干细胞在特定条件下可分化为特定的组织器官,具有可修复和再生的基础。所谓应用干细胞移植技术来解决胰岛β细胞来源,就是通过一定的技术和方法使干细胞定向分化成为能够制造胰岛素的β细胞,然后移植到糖尿病患者体内以提供胰岛素。


  在全能干细胞的研究方面,国外学者利用转染胰岛素原基因的方法,诱导小鼠胚胎干细胞定向分化为胰岛素分泌细胞后,将其移植到糖尿病小鼠体内,可使小鼠血糖恢复正常。人类胚胎干细胞在体外也可诱导分化为产生胰岛素的细胞。在多能干细胞的研究方面,当前研究最多的是骨髓来源的干细胞。已有研究证实,骨髓来源的干细胞可以分化为肝脏细胞、神经细胞等。由此推测,其可能具有向胰岛细胞分化的潜能,但这种推测尚未得到证实。定向干细胞的研究包括胚胎胰腺干细胞、胰腺导管细胞和胰岛来源的干细胞。国外学者从未发病的成年非肥胖糖尿病小鼠的胰腺导管上分离出胰岛干细胞,后者经体外诱导分化为胰岛后,被移植到已发病的小鼠的肾囊或皮下组织,能够逆转其胰岛素依赖性糖尿病。人胰腺导管细胞也已被成功分离并诱导分化为胰岛细胞,但尚未证实其是否有降低血糖水平的功能。通过对人胰岛干细胞进行大规模的体外扩增和诱导定向分化,建立人胰岛干细胞库,有望解决供体胰岛来源不足的问题。


  目前,利用干细胞移植技术重建胰岛功能的免疫排斥问题仍然有待解决,同时还要考虑到肿瘤形成的可能性。此外,生物伦理道德也是必须关注的问题。为了解决免疫排斥问题,经过多年的研发,聚乙烯乙二醇(PEG)包被的胰岛细胞移植技术使患者在胰岛细胞移植术后避免接受免疫抑制治疗的前景已为期不远。当前正在探索的糖尿病基因治疗也有助于避免免疫攻击。糖尿病的基因治疗最初只是将外源性胰岛素基因转入体内任何细胞中,从而改善胰岛素分泌不足。目前糖尿病的基因治疗策略包括阻止胰岛β细胞的自身免疫损伤,抑制胰岛β细胞的凋亡等。


  解决胰岛β细胞移植两大难题的途径:治疗性克隆


  由上可知,胰岛组织来源不足和免疫排斥反应是胰岛β细胞移植面临的两大难题,现在认为解决这两大难题最有希望的途径是治疗性克隆。治疗性克隆是指将患者的体细胞核转移到人类去核卵母细胞中以建立克隆囊胚和胚胎细胞,继而在体外定向诱导分化为自体的组织细胞用于疾病治疗。1998年,人类胚胎细胞首次由美国威斯康星大学的学者分离培养成功。然而,至今治疗性克隆距离最终用于临床仍然相当遥远,还需要解决许多重要的问题。例如,胚胎细胞必须能够稳定和高效地分化为各种特异性的组织细胞,必须解决胚胎细胞可能携带的患者体细胞原有的基因缺陷问题,尚要考虑胚胎细胞移植带来的伦理学问题。


  未来干细胞移植治疗糖尿病需要着重解决的难题包括:建立通过体细胞核转移技术获得人类胚胎胞系过程中一系列相关技术的操作规范;利用现代分子生物学技术,寻找胰腺干细胞特异性的标志物,为其鉴定和纯化提供技术保障;探索干细胞向真正的胰岛细胞分化的最佳体外诱导条件;评价干细胞来源的胰岛素分泌细胞移植到体内的长期安全性。


  当今研究热点:胰岛素基因治疗


  除了改进胰岛β细胞移植技术外,寻找患者体内的胰岛β细胞替代细胞也是当今的研究热点,即通过胰岛素基因治疗使替代细胞产生胰岛素以便弥补胰岛素分泌的不足,也可避免了针对胰岛细胞的免疫损伤。


  目前胰岛素基因治疗的靶细胞有肝细胞和肠道K细胞。肝细胞与胰岛β细胞胚胎起源相似,即具有与胰岛β细胞相同的血糖感知的分子基础,不易被胰岛自身抗体识别破坏,同时肝脏又是胰岛素的重要靶器官,肝细胞易于进行基因转染操作,分泌的胰岛素可快速到达靶器官,使之成为胰岛素基因治疗的首选靶细胞。然而,肝细胞不能将胰岛素原加工成胰岛素,也不具备胰岛素贮存功能,血糖升高引起的胰岛素分泌存在明显的调节滞后现象,糖负荷后初期有明显高血糖和后期严重低血糖。肠道K细胞位于胃、十二指肠、空肠上段,该内分泌细胞能对外周血糖的变化产生分泌反应,K细胞经胰岛素基因治疗可成功控制1型糖尿病小鼠的空腹和糖负荷后的高血糖,并且无明显的低血糖反应。其缺陷在于肠道细胞寿命短,不利于基因转染操作。由于胰岛β细胞功能调控以及糖尿病病因的复杂性,还有许多困难需要克服,故基因治疗目前仍处于探索阶段。


  总之,胰岛β细胞移植及其相关技术的开展不仅为治疗糖尿病开辟了新的途径,而且为最终根治糖尿病带来了希望。我们相信,随着科学技术的发展,征服糖尿病只是个时间问题。

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