糖尿病治疗的新曙光

    北京大学第一医院钱荣立北京大学第三医院洪天配

    胰岛β细胞移植治疗糖尿病的研究进展

    ―――利用干细胞分化为能产生胰岛素的组织或细胞

    无论 1型或 2型糖尿病 ,都存在功能性胰岛β细胞的缺失。因此 ,利用胰岛移植重建 β细胞的功能成为治愈糖尿病的希望。近期根据加拿大Ｅｄｍｏｎｔｏｎ方案 ,研究人员将成人胰岛移植到肝脏门脉系统中 ,同时联合使用三种新的非类固醇类免疫抑制剂 ,可使 1型糖尿病患者完全停用胰岛素超过 1年以上 ,但是供体来源不足限制了其广泛开展。为了解决 β细胞来源 ,近来人们把目光转向了对干细胞的研究。

    根据分化潜能 ,可将干细胞分为三类 :全能干细胞、多能干细胞和定向干细胞。

    全能干细胞 :包括胚胎干细胞 (ＥＳＣ)、胚胎生殖脊细胞 (ＥＧＣ)及胚胎瘤细胞 (ＥＣＣ)。Ｓｏｒｉａ等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 ,将其移植到链脲佐菌素 (ＳＩＺ)所致的糖尿病小鼠体内 ,可使小鼠血糖恢复正常。人类ＥＳＣ在体外也可诱导分化为胰岛素产生细胞。

    多能干细胞 :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 :包括胚胎胰腺干细胞、胰腺导管细胞和胰岛来源的干细胞。Ｒａｍｉｙａ等从未发病的成年非肥胖糖尿病 (ＮＯＤ)小鼠的胰腺导管上皮结构中分离出胰岛干细胞 ,后者经体外诱导分化为胰岛后 ,被移植到已发病的ＮＯＤ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。

    另外 ,从人和大鼠胰岛中也已分离得到Ｎｅｓｔｉｎ染色阳性的细胞 ,后者在体外培养下可分化为胰腺外分泌细胞、导管细胞和内分泌细胞以及肝细胞。

    目前 ,利用细胞技术重建胰岛功能还存在许多障碍。首先 ,免疫排斥问题仍然有待解决 ;其次 ,干细胞移植并不能排除肿瘤形成的可能性 ;再者 ,还存在潜在的生物伦理道德问题。尽管如此 ,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 ,并有可能解决免疫排斥问题 ,为糖尿病的治疗展示出美好前景。

    对糖尿病基因治疗的探索

    胰岛移植的成功为 1型糖尿病的治疗带来了曙光 ,但是由于存在供体细胞来源不足 ,加之需长期免疫抑制剂治疗等缺陷 ,限制了它的推广 ,而基因治疗恰可避免上述缺陷。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主要包括 :( 1)阻止胰岛β细胞的自身免疫损伤 ,抑制胰岛β细胞的凋亡 ,从而防止 1型糖尿病发生 ;( 2)胰岛素的基因治疗 ;( 3)改善外周组织的胰岛素敏感性。

    1型糖尿病是由自身免疫或不明原因的胰岛 β细胞破坏所致 ,胰岛素基因治疗可弥补胰岛素分泌的绝对不足。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 ,也有葡萄糖激酶 (ＧＫ)、葡萄糖转运蛋白 2(ＧＬＵＴ -2)以及ＫＡＴＰ通道的表达 ,即具有与胰岛 β细胞相同的血糖感知的分子基础 ;转基因后的肝细胞不易被胰岛自身抗体识别破坏 ;肝脏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 ,肝细胞不表达激素原转换酶 2,3(ＰＣ2,ＰＣ3) ,不能将胰岛素原加工成胰岛素 ,即不能将胰岛素原的Ｂ/Ｃ和Ｃ/Ａ氨基酸二元连接变为四元连接 (Ａｒｇ -Ｘ-Ｌｙｓ-Ａｒｇ) ,从而无法被广泛表达的ｆｕｒｉｎ裂解。2651

    肠道Ｋ细胞位于胃、十二指肠、空肠上段 ,可随血糖变化分泌胃抑肽 (ＧＩＰ) ,ＧＩＰ是参与餐后胰岛素分泌调节的肠道肽类激素之一。该内分泌细胞表达有血糖感知的ＧＫ和ＧＬＵＴ -2,并能对外周血糖的变化产生分泌反应 ;它表达ＰＣ2、ＰＣ3,具有激素原加工功能。但是 ,其缺陷在于 ,肠道细胞寿命短 ,必须将胰岛素基因转染至Ｋ细胞的祖细胞中才能获得长期稳定的表达 ,不利于基因转染操作 ,必须选择肠道特异的基因转染载体。

    体内实验表明 ,鼠肝细胞经胰岛素基因治疗可成功地分泌人胰岛素 ,分泌量与转基因的数量成正比 ,可改善转基因糖尿病鼠的空腹高血糖。但由于它不具备胰岛素贮存功能 ,血糖升高引起的胰岛素分泌受基因转录翻译速度和ｍＲＮＡ半衰期的影响 ,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。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。

    尽管选择上述细胞作为胰岛β细胞替代细胞 ,避免了针对胰岛β细胞的免疫损伤 ,但是胰岛素本身也是自身抗原 ,不可避免地也会有相关的免疫损害 ,导致细胞再次出现胰岛素分泌功能衰竭。因此 ,针对 1型糖尿病的免疫损伤进行治疗具有潜在的临床意义。目前的转基因免疫抑制治疗主要以肌肉为靶细胞 ,基因转染方法为肌肉注射含细胞因子基因的质粒。

    研究表明 ,ＮＯＤ小鼠胰岛炎中γ干扰素 (ＩＦＮ)表达增加 ,转染可溶性γ -ＩＦＮ受体 -Ｆｃ基因 ,可结合产生过多的γ-ＩＦＮ ,减轻胰岛炎症反应 ,预防或延缓ＮＯＤ小鼠糖尿病的发生。 3～ 6周龄ＮＯＤ小鼠转染白细胞介素 (ＩＬ) 4、ＩＬ -10,可预防糖尿病的发生 ,但是目前缺乏对其长期疗效的评价以及对免疫功能影响的报道。

    2型糖尿病存在胰岛素抵抗和胰岛 β细胞分泌功能相对低下 ,其发病机制较复杂。目前的治疗主要着眼于改善机体的胰岛素敏感性 ,纠正代谢紊乱 ,其基因治疗报道甚少。近来有报道腺病毒介导的葡萄糖激酶调节蛋白 (ＧＫＲＰ)过量表达 ,可改善肥胖糖尿病小鼠的胰岛素敏感性 ,降低空腹血糖。但是 ,转染ＧＫＲＰ基因小鼠血甘油三酯高于未转染者 ,其远期疗效有待进一步评价。

    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。随着科学技术的发展 ,糖尿病的基因治疗用于临床只是个时间问题。