临床胰岛移植研究进展

车平等

【中图分类号】 R322.5+7 【文献标识码】 B

伴随现代医学技术的迅猛发展，全球糖尿病的发病率和死亡率在逐年升高。20世纪60年代由于临床胰腺移植技术的发展，外科手术成为治疗糖尿病的一种新方法。在随后的几十年里，胰岛分离及移植部位的研究取得重大突破。胰岛移植减少了外源性胰岛素的使用、降低了低血糖的发病率及手术的死亡率。然而，胰岛移植仍然不能达到胰腺移植的效果。直到Edmonton方案的出现，该方案证实胰岛移植可以替代胰腺移植。由此胰岛移植成为全球的研究热点，胰岛细胞纯化技术及新型免疫调节剂也得到不断发展。但是，胰岛移植仍然面临很多严峻挑战，例如：胰岛的缺乏、移植器官的缺乏、免疫抑制剂对胰岛的损害等。本文就胰岛移植的历史及最新研究进展作一综述。

糖尿病（Diabetes mellitus，DM）是一组以慢性血葡萄糖水平增高为特征的代谢疾病群。1型糖尿病被定义为是一种免疫系统疾病，胰岛β细胞进行性的遭到破坏和减少，胰岛素分泌逐渐减少。一旦90%胰岛β细胞被破坏，就需要终身使用外源性胰岛素进行治疗。最近全世界的一项流行病学调查显示，儿童发生1型糖尿病的发病率在上升，1995-1999年每年上升3.4%[1]。1型糖尿病患者体内绝对缺乏胰岛素，必须通过皮下注射及胰岛素泵等外源性胰岛素供给，才能保持体内正常胰岛素水平，保持血糖正常。1992年Banting和Best发现了胰岛素，使致命性的糖尿病变成的慢性疾病。尽管积极的治疗可以延迟微血管病变，例如：视网膜病变、肾病、神经病变，但是无法控制进一步的病变，但是胰岛β细胞替代治疗是有效的治疗方法。糖尿病的外科治疗方法在一個世纪以前就已经开始探索，1889年，VON Mering 和Minkowski偶然发现全胰腺切除术可以导致经典的1型糖尿病症状，如高血糖、尿糖、酮症酸中毒、最终导致死亡。1894年Williams进行第一例胰腺移植，将羊的胰腺组织移植到13岁男孩皮下，术后病情出现了暂时的缓解，但该男孩3天后还是死亡。1966年明尼苏达大学Kelley等人第一次成功进行了胰腺移植并取得了成功。目前，胰腺器官移植可以有效恢复正常血糖水平，80%患者不使用外源性胰岛素可以持续1年，这个手术的风险较大，除此之外，胰腺的外分泌组织也会引起一些并发症。

1 胰岛移植的进展

胰腺移植取得成功后不久，有研究者提出最理想的治疗是将胰腺的内分泌部分作为移植物进行移植。华盛顿大学的研究人员Paul Lacy做了一项研究，将胰岛分离出来并移植到啮齿动物模型体内。最终，他和他的同事成功了，并发现肝脏是一个理想的胰岛移植部位。明尼苏达州大学John Najarian和David Sutherland在临床上对他们的结果进行了深入的研究。1997年Najarian等人报道了第一例胰岛移植的成功，术后使用了大量的糖皮质激素和硫唑嘌呤。1980年，Largiader等第一次报道了胰岛移植后不使用外源性胰岛素控制血糖的1型糖尿病病人。又过了20几年，只有少数报道胰岛移植患者还能坚持不使用外源性胰岛素控制血糖。自从1990年267位接受胰岛移植的患者，只有<10%的患者超过1年不使用外源性胰岛素控制血糖。2000年，一个具有里程碑意义的报告描述了7位1型糖尿病患者接受胰岛移植取得成功[2]。成功原因包括：首先，患者接受了至少2个供体胰岛移植，胰岛移植的数目远远高于之前的报告。其次，患者接受了免疫抑制疗法和抗IL-2受体拮抗剂抗体疗法。随后平均随访11.9个月，所有的病人均可不使用外源性胰岛素控制血糖。此项研究的成功使全世界胰岛移植研究达到了高峰。

2 胰岛移植

胰岛移植没有成为治疗1型糖尿病的主要治疗方法有以下几个因素：胰岛移植成功率和胰腺移植成功率未进行比较，缺乏胰腺供体及胰岛分离数目低，人胰岛细胞分离设备成本高。胰岛移植所有潜在的利与弊均应该认真的讨论。胰岛移植理想的结果是1型糖尿病经过治疗后不再出现严重的低血糖昏迷，不需要住院治疗。胰岛移植最终可以改善患者的低血糖昏迷的发作。而且还有证据表明胰岛移植可以提高肾移植的成活率[3]。

2.1 供体选择 供体的选择非常关键，也是胰岛分离及移植成功的关键。供体的各个指标证明的可以获得更多高质量的胰岛，包括体重指数、年龄、当地的手术团队。尽管供体的体重指数较高，但不使用胰腺移植，而且这种胰腺可以获得更多的胰岛比体重指数低的患者。胰岛分离的主要障碍是从胰腺外周腺泡组织中分离出胰岛，而不损伤胰岛。胰岛获得量较低主要与长期低血压、冷缺血时间较长、心脏停止时间长、血肌酐升高等原因相关联。

2.2 胰岛准备 从人的胰腺中分离出胰岛细胞经过了30多年的研究。具有显著意义的是基于目前胰岛分离技术发展起来的半自动控制胰腺消化技术，可以提高胰岛细胞的产量。新技术将胰岛分离出来，把胰腺外周组织置入消化室，机械控制连续消化。当胰腺组织被消化后，释放分解的组织被收集到一个大的容器中，进行抑制酶的进一步消化。

2.3 胰腺消化酶 胶原酶的消化作用使胰岛从胰腺外分泌腺泡组织中分离出来，此过程是人胰岛移植成功的关键[4，5]。罗氏公司发现了Liberase HI酶，这种酶是一个高纯度、低内毒素，由胶原酶I和II混合成的一种中性蛋白酶。这个酶可以得到高质量的人胰岛细胞，而以前的消化酶消化后胰岛纯度不高。进一的研究提示Liberase HI酶是一个理想的选择。

2.4 胰岛纯化 胰腺组织经过消化以后，关键的就是分离胰岛，整个胰腺组织经过纯化后只能获得1-2%胰岛。半自动电脑控制COBE-2991细胞处理器是胰岛纯化的必须设备，因为此设备在短时间内将较大体积的胰腺组织进行消化[6]。此外，此设备能收集高纯度胰岛细胞。最后，最具有特征的是分离出的胰岛在生理环境中，对胰岛的创伤较小。

2.5 移植前胰岛培养 人胰岛细胞的分离过程中，胰岛受相当大的创伤，胰岛在培养过程中也会出现凋亡、坏死、促炎细胞因子和趋化因子等。最佳的培养条件应该是胰岛有充足的氧气和营养物质，防止胰岛的进一步丢失。移植前培养胰岛，可以提供时间安排患者、准备胰岛输入、移植物微生物测试、避免污染等。临床研究提示，优化移植前胰岛培养过程，提高胰岛β细胞数量并使胰岛移植取得成功。

2.6 胰岛输注及并发症 在多数研究中心，经皮肝穿刺置管将胰岛移植到患者肝门静脉。导管在超声或X线造影指导下定位，或者X线造影定位。这两种技术均提出一个问题即经皮肤肝门静脉穿刺后止血[7]。导管位置确定后，门静脉的压力通过间接压力传感器进行监测。随后，胰岛通过重力闭合系统全部植入肝门静脉。输注结束后的通道通过使用止血密封胶进行封闭。胰岛移植早期并发症包括出血、门静脉血栓、肝脏梗死。理论上，通过对门静脉压力的监测，如果门静脉压力升高时时应该预测到门静脉血栓形成可能。最近研究提示门静脉压力升高危险因素有灌注后胰岛体积、移植物数目、纯化不够。门静脉的阻塞来自移植胰岛栓子诱导局部炎症反应，被称为经血液介导的炎症反应等，导致注入的胰岛大量丢失[8，9]。推荐输入胰岛体积<5ml，门静脉压力升高限制为5mmHg。此外，炎症可以激活凝血系统，结果导致门静脉血栓形成。胰岛移植前使用肝素，输注胰岛后移植物存活率可能提高[10]。

2.7 移植后免疫抑制方案 Edmonton方案的出现改变了免疫抑制剂方案，通过消除激素对β细胞毒性作用[2]。西罗莫司，即靶向治疗药物雷帕鸣，对肾脏毒副作用小。单克抗体IL-2受体抗体，提供了有效地免疫抑制。有效地免疫抑制方案可帮助延长胰岛移植物存活。有证据表明西罗莫司长期使用可能对胰岛功能及移植物有副作用[11]。目前有很多的免疫抑制方案，但临床最有效的和副作用最小的免疫抑制方案还在进一步研究。

2.8 临床胰岛移植结果 自从Edmonton方案公布后，全世界许多研究中心联合完善此方案，有许多报道胰岛移植成功。2005年，这个方案发表5年后，Edmonton方案作者之一报道在接下来的试验中，发明了新的胰岛移植技术。在这个报道中，有65位胰岛移植受体。这些接受移植患者，44人实现了不使用外源性胰岛素，平均持续时间大概15个月。这些患者获得了胰岛素的独立，5位患者接受了1次胰岛注射，33位接受了2次胰岛注射，6位患者接受了3次胰岛注射。能够持久不使用外源性胰岛素患者大概有10%，80%患者可检测到C肽水平，说明有基础的胰岛素产生，而且严重的低血糖发作已被根除了。有9个研究中心报道，36个患者接受移植，并使用了Edmonton方案中的免疫抑制剂方案，其中16人达到了1年不使用外援性胰岛素，只有14%持续了2年。与Edmonton方案类似的试验，70%患者可测到移植物功能的残留即可测到C肽。不同的研究中心胰岛移植结果存在很大差别，这表明需要进一步规范胰岛分离技术，减少并发症发生，选择移植成功的中心，最终提高临床胰岛移植的成功率。日本一项最近的胰岛移植研究表明只有18位患者只有3位移植后取得成功，且只持續了一周左右。再次，他们可以证实胰岛移植物功能存能保持2年在许多患者体内。严重的低血糖昏迷在这些患者中消失。随后进一步研究，Edmonton研究中心和美国学者有一个重要的不同点：使用无心跳死亡的供体。死亡供体遭受到严重的不可逆脑损伤，但是还没有完全的脑死亡。在这种情况下，缺少心肺复苏，患者发生心脏骤停。随后指定一段时间的心脏死亡，供体被带到手术室进行器官的获取。死亡供体器官长时间热缺血可以导致胰岛细胞应激及降低胰岛细胞功能，导致临床胰岛移植后有不同的结果[12]。最后，最大的胰岛移植登记胰岛数据库CITR，由美国、加拿大医疗机构、和2个欧洲研究中心组成。2010年最新资料，就481人接受胰岛移植从1999-2009年，报告有65%胰岛素独立持续1年，5年胰岛素独立大概有60%-70%。胰岛移植物保持更好的功能主要有：使用保存液保存供体（标准的UW液），供体住院期间使用胰岛素，胰岛细胞最好培养至少6小时。2004-2007接受胰岛移植的患者胰岛素持续时间明显叫1999-2003接受移植持续时间长。

3 胰岛移植未来发展

胰岛在分离的不同阶段、注入、及注入后免疫因素和非免疫因素等导致胰岛进一步减少，最终很少患者能实现长期不使用外源性胰岛素。许多新的观点和理论得到进一步发展，主要包括：单个供体胰岛移植、胰岛成像、干细胞治疗、胰岛自体移植等。

3.1 单一供体胰岛移植 胰岛移植可以成为1型糖尿病最理想的选择，只要获得充足的胰岛。从Edmonton方案报道中，胰岛移植最少来自2-4个供体才能够达到胰岛素独立。一个供体获得充足的胰岛可以使更多的患者得到治疗。胰岛培养的革新，包括添加入胰岛素类似物生长因子2，提供给充足的氧气和营养物质，从而进一步保护胰岛不受破坏。炎症介导的胰岛栓子形成于门静脉系统导致胰岛缺血和免疫损伤，从而阻碍移植成功。移植前使用胰岛素和肝素可以提高单个供体胰岛移植成功率，从10%上升到40%[13]。

3.2 胰岛成像 没有可靠的临床数据测定急性移植物排斥反应，非侵袭性检测可以提供重要依据。同种异体排斥、自身免疫、免疫抑制剂对胰岛的毒性、移植物功能丧失等均减少移植胰岛。目前有2种方式可以评估移植的胰岛；正电子发射断层摄影术（PET）和磁共振（MR）[14]。体外胰岛在移植前被FDG标记后使用PET检查，而被SPIO标记后用MR检查。研究表明移植胰岛可以被任一方法检测到。然而，PET有一定局限性，FDG半衰期很短，很难分辨标记的胰岛。使用T2加权的磁共振成像，SPIO标记的胰岛细胞表现出低信号小点在肝脏中表现明显。最近有报道表明SPIO标记的移植胰岛在移植后6月仍然可以被检测到[15]。最后，临床前期的模型显示SPIO标记的胰岛细胞信号强度当有排斥反应时减弱，暗示MR成像可以成为潜在的监测胰岛功能和数量的工具。

3.3 胰岛干细胞治疗 理论上，β细胞可再生，也可由胚胎干细胞（ESCs）转化，或者胰腺干细胞，这些细胞株理论上可以分化成产生胰岛素细胞，替代目前从有限的胰腺中分离出的胰岛[16]。这些多功能细胞有胰岛的关键特征，包括分泌胰岛素和胰高血糖素，降低糖尿病小鼠血糖，对葡萄糖耐量试验有反应。然而，畸胎瘤和其他肿瘤的形成也是这些多功能细胞的重要缺点。骨髓中的间充质干细胞可以容易的被分离和培养成各种细胞株[17]。最近的动物模型中，这些细胞可以产生胰岛素同时保持免疫调节，避免免疫损伤[18]。尽管干细胞有多种分化潜能，提供无限的产生胰岛素细胞，同时也存在很多危险和肿瘤可能性。

3.4 胰岛自体移植 慢性胰腺炎是一种进行性炎症疾病，引起胰腺实质不可逆损伤。在重病例中，内分泌功能受到损害。外科手术切除胰腺被认为是治疗慢性胰腺炎的理想方法。切除胰腺大于70%可以导致糖尿病，胰腺自体移植可以控制术后血糖。第一例全胰腺切除伴胰岛自体移植在30年前在明尼苏达大学取得成功。从此以后，大于300例胰岛自体移植被报道，大多数在明尼苏达大学。同種异体胰岛移植，门静脉被认为是一个理想的移植部位。最近的报告，比较胰岛自体移植和同种异体胰岛移植，胰岛素独立中74%来自胰岛自体胰岛移植，胰岛素独立达到2年，而同种异体胰岛移植只有45%。这有三个可能性解释这个不同结果：脑死亡供体的同种异体移植，较短的缺血时间自体移植，慢性免疫移植同种异体。胰岛自体移植患者，仅46%患者胰岛素独立达到5年，28%达到10年。由于广泛慢性胰腺炎的纤维化，消化过程不完善，导致潜在的低胰岛数目。然而不像同种异体移植，自体胰岛移植功能和能力要好，尤其是输入少量的胰岛β细胞[20]。在回顾性研究中，超过95%患者推荐全胰腺切除联合胰岛自体移植。最后，相同的操作儿科表现更有效果[21]。他们证实，在成年人中，最好的是在疾病早期进行，保存更多的胰岛细胞[22]。

4 结论

过去30年胰岛移植成为治疗糖尿病的有效方法。胰岛移植在理论和实践上均取得很大进步。但新技术如干细胞治疗、基因治疗、免疫调节剂等，还需要进一步研究，最终是达到胰岛植入后能长时间在体内发挥作用。

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