1型糖尿病 (T1DM) 和2型糖尿病 (T2DM) 是廣泛流行的代謝性疾病，病理學(xué)各異。T1DM表現(xiàn)為胰腺β細胞的自身免疫性破壞，導(dǎo)致胰島素分泌減少。T2DM源于胰島素抵抗狀態(tài)，導(dǎo)致高血糖和β細胞質(zhì)量減少。這兩種疾病都會導(dǎo)致嚴重的健康后果。盡管T1DM和T2DM的全球患病率都在增加，但這兩種疾病的醫(yī)學(xué)治愈方法仍然沒有定論。

最近，間充質(zhì)干細胞 (MSC) 已被提議作為一種可能的治療方法。

在這篇綜述中，我們解釋了間充質(zhì)干細胞背后的分子機制及其治療1型糖尿病和2型糖尿病的潛在能力。

我們描述了間充質(zhì)干細胞分化為胰島素分泌細胞和再生胰腺β細胞的能力，并評估了它們在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)中的作用。最后，我們評估了當前關(guān)于間充質(zhì)干細胞移植在1型糖尿病和2型糖尿病中的臨床應(yīng)用的文獻。盡管結(jié)果良好，但研究設(shè)計和分析對間充質(zhì)干細胞治療1型糖尿病的有效性提出了質(zhì)疑。相反，文獻中一致證明的積極代謝效應(yīng)為間充質(zhì)干細胞治療2型糖尿病帶來了希望，至少在短期內(nèi)如此。

1型糖尿病和2型糖尿病的病理生理學(xué)

糖尿病于100多年前就已被認識，而早在1936年，人們就已證實了“胰島素抵抗”或2型糖尿病與自身免疫性病因1型糖尿病之間的區(qū)別機制。此后，人們提出了許多致病因素。這些遺傳、環(huán)境和代謝影響的核心是胰腺β細胞及其與人體胰島素敏感組織（肝臟、骨骼肌和脂肪組織）的關(guān)系。在健康狀態(tài)下，胰腺β細胞與這些組織之間存在反饋回路，即β細胞分泌胰島素，胰島素隨后增加脂肪組織和骨骼肌對葡萄糖、氨基酸和脂肪酸的吸收，同時抑制肝臟的糖異生。這些胰島素敏感組織隨后向β細胞反饋，以防止胰島素分泌過多，盡管發(fā)生這種情況的機制仍有待完全闡明。

在2型糖尿病中，多種因素（包括生活方式行為（即飲食、身體活動）和遺傳因素（如與脂肪代謝和β細胞功能有關(guān)的基因））會導(dǎo)致這種反饋回路中斷。這通常被稱為“胰島素抵抗”狀態(tài)，這些組織表現(xiàn)出葡萄糖攝取能力下降，使人易患高血糖癥。此外，由于無法充分攝取葡萄糖，脂肪組織、骨骼肌和肝細胞無法對胰腺β細胞施加負反饋，導(dǎo)致胰島素持續(xù)分泌和潛在的高胰島素血癥狀態(tài)。最后，隨著這些病理狀態(tài)的持續(xù)，β細胞質(zhì)量會由于各種潛在的、尚未完全確定的因素而減少。β細胞數(shù)量的減少加上無法替換，導(dǎo)致β細胞周轉(zhuǎn)不平衡。因此，人們認為，在有葡萄糖的情況下分泌胰島素的能力下降是從糖耐量受損進展到2型糖尿病的原因。

前述胰島素敏感組織和胰腺β細胞之間反饋回路的功能障礙并不是1型糖尿病的生物學(xué)基礎(chǔ)。相反，誘發(fā)原因是胰腺無法分泌胰島素。

1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，由多種遺傳和環(huán)境因素導(dǎo)致缺乏自我耐受性，并最終導(dǎo)致胰腺β細胞的破壞。在眾多被認為會影響這種疾病的免疫介質(zhì)中，調(diào)節(jié)性T (Treg) 細胞被研究作為一種重要的促成因素。在健康狀態(tài)下，Treg細胞會抑制免疫系統(tǒng)，防止過度激活和自身免疫損傷。因此，Treg基因突變會導(dǎo)致這些細胞發(fā)揮其通常調(diào)節(jié)功能的能力下降，并且至少是造成1型糖尿病中免疫介導(dǎo)損傷的部分原因。因此，這種免疫系統(tǒng)功能障礙——當與環(huán)境因素和其他隨機事件相結(jié)合時——被認為會導(dǎo)致胰腺β細胞的破壞，從而導(dǎo)致人體分泌胰島素和/或監(jiān)測血糖穩(wěn)態(tài)的能力。

目前針對1型糖尿病 (T1DM) 和2型糖尿病 (T2DM) 的治療選擇

由于1型糖尿病和2型糖尿病的發(fā)病機制不同，這兩種代謝紊亂的治療方法也不同。

如前所述，在患2型糖尿病之前，通常會出現(xiàn)逐漸惡化的胰島素抵抗和糖耐量受損狀態(tài)。因此，對于那些被確診為空腹血糖 (FPG) 升高或患有肥胖癥等常見合并癥的人，非常重視通過改變生活方式來防止病情惡化。根據(jù)患者的不同情況（例如體征/癥狀、禁忌癥和費用），不同的藥物通常會與治療性生活方式干預(yù)相結(jié)合。一些針對胃腸系統(tǒng)的藥物旨在減緩胃排空，從而降低葡萄糖吸收率，而另一些藥物則增強十二指腸激素，以促進葡萄糖吸收。腎臟是2型糖尿病治療的另一個治療目標，因為它具有進行糖異生的能力并在葡萄糖重吸收中發(fā)揮作用。對于嚴重胰島素抵抗的患者，外源性胰島素和旨在增強胰島素敏感性的藥物已被證明是有效的治療選擇。

由于1型糖尿病的代謝障礙不是細胞對胰島素的抵抗，而是胰島素的缺失，因此藥物干預(yù)是必要的，并且總是涉及外源性胰島素的給藥。在研究環(huán)境中，其他藥物（如免疫抑制劑）已被用作輔助治療選擇。

令人擔憂的是，上述療法和藥物都無法完全阻止1型糖尿病和2型糖尿病中觀察到的胰腺β細胞破壞。此外，這些藥物可能與嚴重的副作用有關(guān)，包括急性胰腺炎和心血管事件。因此，一種能夠防止β細胞質(zhì)量減少的安全有效的治療方法具有重要的臨床意義。

由于間充質(zhì)干細胞不僅能夠阻止胰腺β細胞的破壞，而且還能夠再生這些細胞，因此可能為1型糖尿病和2型糖尿病提供一種潛在的治愈方法。

間充質(zhì)干細胞治療糖尿病的作用機制

分化為胰島素產(chǎn)生細胞

間充質(zhì)干細胞具有發(fā)育可塑性，可形成胰腺內(nèi)分泌表型。這被認為是間充質(zhì)干細胞用于治療糖尿病的主要機制。研究表明，來自不同組織和器官的間充質(zhì)干細胞，如骨髓、脂肪組織和臍帶中的沃頓果凍，都能分化成類似小島的細胞，或功能性IPC。

胰島β細胞的再生

除了IPC分化外，MSC還通過分泌各種細胞因子和生長因子幫助再生內(nèi)源性胰島β細胞。Si等人發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠模型中，MSC的輸注可顯著再生內(nèi)源性β細胞。

免疫調(diào)節(jié)和抗凋亡作用：保護內(nèi)源性細胞

除了再生內(nèi)源性胰腺胰島β細胞之外，MSC還能通過免疫調(diào)節(jié)保護這些細胞。這種免疫調(diào)節(jié)被認為是MSC發(fā)揮抗糖尿病作用的主要機制 – 通過免疫調(diào)節(jié)，MSC可防止1型糖尿病患者中產(chǎn)生胰島素的胰腺β細胞的自身免疫性破壞。MSC的免疫調(diào)節(jié)特性包括：

(1) 抑制T細胞對有絲分裂原和抗原刺激的反應(yīng)，

(2) 抑制樹突狀細胞分化和

(3) 以劑量依賴性方式抑制B細胞增殖。綜上所述，這些研究表明MSC的免疫抑制作用可有效降低自身免疫反應(yīng)，從而避免導(dǎo)致胰腺β細胞破壞。

MSCs的抗氧化和抗凋亡作用進一步增強了對內(nèi)源性胰島細胞的保護。因此，人們認為MSCs的免疫調(diào)節(jié)特性對于使用MSCs治療的T1DM和T2DM患者所觀察到的恢復(fù)效果至關(guān)重要。

間充質(zhì)干細胞移植治療1型糖尿病的臨床應(yīng)用

這里我們總結(jié)了四項利用自體人類干細胞治療1型糖尿病的臨床試驗的結(jié)果（表格1)。不同的患者種族、試驗選擇標準和治療持續(xù)時間可能導(dǎo)致結(jié)果的異質(zhì)性。

盡管如此，根據(jù)四個主要標準——空腹血糖水平 (FPG)、C肽、糖化血紅蛋白 (HbA1c) 和每日胰島素注射劑量，一些治療方法比其他治療方法產(chǎn)生了更多的治療效果。一般來說，使用MSCs或其他形式的干細胞似乎耐受性良好，盡管一些研究顯示結(jié)果不太理想。

大多數(shù)研究沒有進行統(tǒng)計學(xué)顯著性檢驗來比較隨訪值與基線值。然而，這些研究的總體值在隨訪中均有所改善。Carlsson等人在2015年沒有發(fā)現(xiàn)基線值與12個月隨訪值之間存在任何統(tǒng)計學(xué)顯著差異。Zhao等人發(fā)現(xiàn)值有顯著改善，包括C肽增加、HbA1c降低和每日胰島素劑量降低。

間充質(zhì)干細胞治療1型糖尿病的臨床案例一：

在 Mesples等人進行的一項研究中。接受治療的患者注射了集落刺激因子 (G-CSF) (圖1)，并在第五天抽取骨髓移植至第六肝段。接受治療的兩名患者的胰島細胞抗體 (ICA)、谷氨酸脫羧酶自身抗體 (GAD) 和抗胰島素抗體水平均呈負值，同時C肽水平升高，血糖和糖化血紅蛋白降低，提示這些患者的胰島素分泌增加，高血糖得到改善。該研究的成功表明自體骨髓干細胞 (BMSCs) 治療是有效的。

他們的研究結(jié)果表明，BMSCs可逆轉(zhuǎn)抗胰腺胰島抗體的產(chǎn)生和作用，并顯著提高C肽濃度。然而，該研究可能不具有普遍性，因為樣本量較小，限制了研究人員充分評估數(shù)據(jù)和證明統(tǒng)計學(xué)意義的能力 (表格1）。

1)用G-CSFa和BMSCs植入肝臟，在體內(nèi)刺激骨髓。

2) 來自脂肪組織（自體或同種異體）的MSCs分化為IPC并植入門脈/甲狀腺循環(huán)。

3) 來自脂肪組織的MSC衍生IPC和來自BM的HSC的混合物注入門脈循環(huán)。

4) 靜脈輸注BM-MSCs。

間充質(zhì)干細胞治療1型糖尿病的臨床案例二：

Thakker等人提出的研究表明，從人類脂肪組織中分離的MSCs也表現(xiàn)出緩解糖尿病引起的高血糖的能力（圖1）。根據(jù)CD45^–/73⁺/90⁺標記物篩選出MSCs，并進一步分化為IPCs，這通過Pax6、Isl-1和Ipf-1等免疫熒光標記物得到證實。來自MSCs的IPC被注射到門脈/甲狀腺循環(huán)中。

注射MSCs后，血糖和HbA1c水平顯著降低，C 肽水平升高，外源性胰島素需求減少。輸注細胞中有0.81%為CD34?⁺，遠高于Mesples等人的研究（>0.22%）。鑒于Thakker等人的研究顯示出更好的治療效果，有理由認為，更高比例的CD34⁺IPC或更強的造血干細胞可能有助于緩解T1DM的預(yù)后。雖然這項研究顯示了兩種治療方法之間的顯著差異，但由于沒有將結(jié)果與基線值進行比較，因此缺乏統(tǒng)計學(xué)意義來證明MSC治療的療效（表格1）。

間充質(zhì)干細胞治療1型糖尿病的臨床案例三：

另一組研究人員采用了與 Thakker等人提出的方法類似的方法，結(jié)果顯示MSC衍生的IPC和自體造血干細胞 (HSC) 共同輸注到門脈循環(huán)后，糖尿病臨床標志物顯著改善（圖1) 。經(jīng)過27個月的治療，10名患者中的每一位均在所有四項標準（FPG、C 肽、HbA1c和每日胰島素劑量）中均顯著改善，且無明顯副作用。值得注意的是，GAD抗體從331.1IU/mL降低到123IU/mL表明β細胞損傷減少，進一步支持了HSC可以減緩β細胞破壞，從而增加胰島素分泌的觀點。總之，一組在使用IPC和BMSC治療T1DM方面顯示出看似積極的結(jié)果。然而，作者沒有進行統(tǒng)計檢驗來證明他們的結(jié)果明顯優(yōu)于基線或報告標準誤差數(shù)據(jù)（表格1）。

間充質(zhì)干細胞移植治療2型糖尿病的臨床應(yīng)用

如前所述，1型糖尿病的主要誘因是胰腺β細胞的自身免疫性破壞，因此MSC移植和分化為IPC是一種合理的治療方法。相反，人們認為2型糖尿病的主要誘因是胰島素敏感組織無法正確響應(yīng)胰島素。乍一看，這似乎意味著MSC移植和分化為IPC對該人群的臨床意義不大。然而，如前所述，2型糖尿病通常會導(dǎo)致胰腺β細胞質(zhì)量下降和功能下降。這種破壞究竟如何或何時發(fā)生仍是一個有爭議的話題。因此，利用間充質(zhì)干細胞移植治療和可能治愈2型糖尿病不僅是合理的，而且是有可能的。

間充質(zhì)干細胞治療2型糖尿病的臨床案例一：

干細胞移植治療2型糖尿病的療效的臨床證明，始于2009年Bhansali等人發(fā)表的一項臨床試驗。他們的研究小組利用自體BMSC，將其移植到10名2型糖尿病患者的胰腺中，并在基線和6個月的隨訪中再次進行測量。他們發(fā)現(xiàn)7/10名患者能夠?qū)⒁葝u素需求量減少≥50%，在這7名患者中，有2名能夠完全停止使用胰島素（分別在BMSC治療后7天和41天）。作為一個群體，所有患者的每日胰島素需求量和HbA1c均顯著減少，同時空腹C肽水平顯著增加（表2)。

回顧的研究表明，接受MSC治療的2型糖尿病患者的病情有顯著改善，尤其是每日所需胰島素劑量顯著降低。Bhansali等人2009年和Jiang等人2011年使用他們獨特的MSC治療方法，C肽、HbA1c水平和胰島素劑量顯著改善。Bhansali等人2014年顯示每日胰島素需求顯著改善。Bhansali等人2017年顯示，接受BM-MSC和BM-MNC治療的患者的每日胰島素需求顯著減少，此外接受BM-MNC治療的患者的FPG水平顯著增加（陰性結(jié)果）。

間充質(zhì)干細胞治療2型糖尿病的臨床案例二：

2011年，Jiang等人在一項I期臨床試驗中嘗試了類似的T2DM治療方法，利用胎盤來源的MSCs (PD-MSCs) 治療了總共10名T2DM患者。他們沒有使用單劑量，而是每隔1個月給患者進行三次靜脈輸注PD-MSCs，并在最后一次輸注后3個月進行隨訪檢測。他們的研究結(jié)果證實了Bhansali等人的研究結(jié)果：所有接受PD-MSCs治療的患者的每日胰島素和HbA1c值均顯著降低，C肽水平顯著升高（表2)。

間充質(zhì)干細胞移植治療2型糖尿病的臨床案例三：

Bhansali及其同事于2014年進行了另一項臨床試驗。他們設(shè)計了一項前瞻性、隨機、單盲和安慰劑對照研究，以評估BMSC療法對2型糖尿病患者的療效和安全性。共有21名2型糖尿病患者（11名病例組，10名對照組）參與了這項研究，病例組接受了自體BMSC注射，而對照組接受了安慰劑注射。隨訪測量分別在第3、6和12個月進行，所有21名患者均進行了12個月的隨訪。病例組和對照組在胰島素劑量和C肽水平方面有顯著改善。此外，盡管病例組的胰島素需求減少了≥50%，但HbA1c值仍保持在7%以下（表2)。

間充質(zhì)干細胞移植治療2型糖尿病的臨床案例四：

2017年又出現(xiàn)了另一項隨機安慰劑對照研究，這次研究了自體BM-MSC與骨髓來源的單核細胞 (BM-MNC，實際上是HSC以及其他單核淋巴細胞) 相比的功效。10名患者接受了BM-MSC，10名患者接受了 BM-MNC，10名患者作為對照組并接受了假手術(shù)。所有患者均進行了12個月的隨訪。在12個月的隨訪中，BM-MSC組僅顯示每日胰島素需求顯著減少。相反，BM-MNC組在12個月的隨訪中顯示胰島素需求顯著減少，刺激的C肽顯著增加。與BM-MSC組相比，BM-MNC組的每日胰島素需求減少幅度更大。此外，BM-MSC組在治療后顯示胰島素敏感性增強（表2)。

這些研究明確表明，間充質(zhì)干細胞移植確實有助于減輕2型糖尿病給身體帶來的部分代謝負擔。這些研究已證明這些治療方法能夠顯著降低患者的每日胰島素需求量、降低HbA1c水平并提高循環(huán)C肽水平。

結(jié)論

間充質(zhì)干細胞在治療1型糖尿病和2型糖尿病方面的治療潛力已得到廣泛研究。由于間充質(zhì)干細胞具有內(nèi)源性胰腺β細胞修復(fù)能力以及免疫調(diào)節(jié)特性，因此間充質(zhì)干細胞療法已被證明可在大鼠、小鼠和人類試驗中改善高血糖癥。本文，我們重點關(guān)注使用間充質(zhì)干細胞治療1型糖尿病和2型糖尿病患者的人類臨床試驗，以評估此類療法的療效。

表3總結(jié)了已完成或正在進行的使用間充質(zhì)干細胞治療1型糖尿病和2型糖尿病的臨床試驗。鑒于此類研究的數(shù)量，該領(lǐng)域正在發(fā)展，我們希望在治療和潛在治愈這些高發(fā)病率疾病方面取得更大進展。

除了這些臨床試驗之外，還需要進一步進行動物研究，以繼續(xù)闡明間充質(zhì)干細胞發(fā)揮其抗糖尿病作用的具體機制，并進一步研究用間充質(zhì)干細胞治療的1型糖尿病動物模型中看到的積極結(jié)果與本文介紹的臨床試驗之間的差距。增強對這些機制的了解將使間充質(zhì)干細胞移植用于治療糖尿病更加具體地改進。

此外，隨著CRISPR等新技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在可以對干細胞進行精確的修改和操作，結(jié)合對間充質(zhì)干細胞在糖尿病治療中的治療機制的更好理解，也可能改善臨床結(jié)果并為1型糖尿病和2型糖尿病提供潛在的治愈方法。

參考資料：Cho J, D’Antuono M, Glicksman M, Wang J, Jonklaas J. A review of clinical trials: mesenchymal stem cell transplant therapy in type 1 and type 2 diabetes mellitus. Am J Stem Cells. 2018 Oct 1;7(4):82-93. PMID: 30510843; PMCID: PMC6261870.

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