干细胞向胰岛素分泌细胞的定向分化及临床应用研究进展

罗 熠，肖建辉

(遵义医学院附属医院 医药生物技术研究所，贵州 遵义 563099)

综述

干细胞向胰岛素分泌细胞的定向分化及临床应用研究进展

罗 熠，肖建辉

(遵义医学院附属医院 医药生物技术研究所，贵州 遵义 563099)

糖尿病是危害人类健康的重大疾病之一，并呈高发态势。胰岛β细胞功能衰竭和胰岛素抵抗是糖尿病的主要病因，至今尚无根治良策。随着干细胞与再生医学技术的发展，利用干细胞的多向分化特性，诱导其分化为胰岛素分泌细胞，从而具备修复、替代受损胰腺组织的功能，这为糖尿病的彻底治愈带来了希望。现对近年来干细胞向胰岛素分泌细胞定向分化的研究及临床应用的最新研究进展进行综述，为干细胞移植治疗糖尿病的临床应用研究提供参考。

糖尿病；干细胞；胰岛素产生细胞；胰岛素

糖尿病是世界范围内最常见的代谢性疾病之一，近20年来，患病率呈高发趋势。糖尿病分为1型糖尿病(type 1 diabetes,T1D)和2型糖尿病(type 2 diabetes,T2D)，T1D是自身免疫性疾病，异常的自身抗体攻击，破坏了正常胰岛组织中β细胞，而导致胰岛素分泌绝对缺乏所致。T2D是因胰岛β细胞胰岛素分泌不足，或自身组织细胞产生胰岛素抵抗所致[1]。目前，糖尿病患者主要靠生活方式干预、口服药物(磺脲类、双胍类等)和注射外源胰岛素来控制血糖。这些治疗方法仅能缓解血糖代谢紊乱，无法治愈。而且，患者需要终身用药，副作用大，尤其是无法避免中晚期糖尿病并发症的发生[2]。

随着器官移植技术的发展，人们试图通过胰腺或胰岛细胞移植，为糖尿病患者提供新的胰岛素分泌细胞(insulin producing cells,IPCs)，达到控制血糖，乃至治愈糖尿病。但是，供体的稀缺、异种移植的免疫排斥反应和受体长期服用免疫抑制药物等诸多不利因素，限制了其临床应用。令人欣喜的是，近年来干细胞移植治疗心血管疾病、骨损伤、神经系统及恶性肿瘤等疾病的研究取得了明显进展[3-6]，这为糖尿病的治疗提供了新思路。

干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，具有再生各种组织器官，乃至发育成个体的潜能，在医学界被誉为“万能细胞”。干细胞根据来源不同分为胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)、诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)和成体干细胞(adult stem cells,ASCs)。在特定条件下，干细胞能分化为IPCs，而具备修复或替代受损胰腺组织的潜力，开辟了糖尿病治疗的新途径。为此，本文就不同类型干细胞，包括ESCs、iPSCs、ASCs等诱导分化为IPCs的基础与临床应用研究进展进行综述。

1 体外诱导干细胞分化为胰岛素分泌细胞

ESCs、iPSCs、ASCs等不同类型干细胞，其细胞来源、生物学特性、增殖分化条件有较大差异。近20年来，人们对诱导不同类型干细胞分化为类似内源性胰岛β细胞做了大量的研究，取得了明显的进展，为糖尿病的干细胞移植治疗研究奠定了基础。

1.1 胚胎干细胞分化为胰岛素分泌细胞 ESCs是来自哺乳动物囊胚的内细胞团，具有端粒酶活性，能自我更新和分化为所有细胞类型(Evans & Kaufman,1981)。研究表明，ESCs向胰腺β细胞的发育涉及到内胚层的诱导、PDX1祖细胞的生成、以及第一和第二阶段内分泌系的形成[7]。即激活素(转化生长因子β家族的成员)、丁酸钠(组蛋白去乙酰化酶抑制剂)、Wnt3a和GSK3β诱导ESCs分化为内胚层，50%～90%的细胞表达内胚层标志物Sox17和Foxa2[8]；随后，内胚层细胞可在noggin、维甲酸、EGF、bFGF、dorsomorphin和 SB431542等单个或多个因子作用下生成胰腺祖细胞，可表达内分泌细胞标志物PDX1 、NGN3和NEUROD1[9-11]；最后，胰腺祖细胞在尼克酰胺、胰岛样生长因子、唾液素4等小分子物质作用下生成能分泌胰岛素的胰岛样细胞团。

早在2001年，Lumelsky等[12]采用五步诱导法，诱导小鼠ESCs分化为IPCs。在此基础上，多个研究组改良了Lumelsky 五步法诱导方案，更准确的模拟胰腺细胞发育过程，使之能更有效地诱导鼠[13]或人[14]ESCs分化为IPCs。但在这些诱导体系中，所获得的IPCs均呈不成熟的胰岛特征，能分泌胰高血糖素和生长抑素，但不能分泌胰岛素，即便葡萄糖刺激下亦如此，其移植入糖尿病小鼠体内不能有效行使胰岛β细胞的功能。因此，研究者又致力于胰高血糖素和胰岛素共表达细胞向β细胞转化的研究。Riedel等[15]发现人胚胎组织中共表达胰岛素和胰高血糖素的细胞能产生α细胞转录因子ARX，但缺乏β细胞转录因子PDX1、NKX6.1和MAFA，从而证明了共表达胰高血糖素和胰岛素细胞是胰腺正常发育的一个阶段。另有研究表明，β细胞转录因子Pax4缺陷小鼠因缺乏成熟胰腺β细胞，产后几天内死于高血糖症，并观察到α细胞系过表达Pax4能诱导α细胞向β细胞的转化[16-17]。基于这些研究结果，Pagliuca 课题组发明了一种连续分步诱导法[18]，涉及多个信号的序列调节，诱导人ESCs生成功能性β细胞，而且这些细胞在体内外均能行使成熟胰岛β细胞的功能。

ESCs向IPCs的定向分化过程，除了一些可溶性分化因子和转录因子以外，细胞外基质成分在其中也起了重要作用。Taylor-Weiner 等[19]发现，纤维胞外基质粘连蛋白(FN)能使维持小鼠胚状体多能性的标志缺失，并可联合层粘连蛋白促进定型内胚层(definitive endoderm)的分化。最近，Rasmussen等[11]对约500种胞外基质蛋白组合物，诱导人ESCs分化成定型内胚层细胞进行了筛选，发现I型胶原和纤连蛋白诱导分化成定型内胚层细胞的效率分别大于85%和65%。

因此，ESCs具有定向分化为胰岛β细胞的能力，是治疗糖尿病的良好细胞资源。但是ESCs用于糖尿病的临床治疗，亟需解决免疫排斥反应、畸胎瘤形成、来源限制及伦理学争议等瓶颈问题。

1.2 诱导性多能干细胞分化为胰岛素分泌细胞 iPSCs是通过导入特定转录因子到成体细胞，触发细胞重编程而获得[20-21]。人iPSCs在细胞形态、细胞表面标志、自我更新能力、表观遗传状态及端粒酶活性等特性上与人ESCs类似，并具有分化成三个不同胚层细胞的能力。

有研究表明，应用ESCs的IPCs诱导方案，来源于人成纤维细胞的iPSCs可诱导分化为IPCs[22]。Maehr等[23]将Oct4,Sox2和Klf4等基因转入成纤维细胞中，成功编程为1型糖尿病特异性iPS细胞(T1D-specific iPS cells，DiPSCs)，进而借助ESCs的诱导分化体系，DiPSCs被诱导分化成IPCs，这为DiPSCs治疗T1D提供了理论依据。近来，Kunisada等[8]建立了一个简单有效的小分子化合物组合诱导方案，使人iPSCs诱导分化成IPCs，且分化效率高达10%以上。该方案先用激活素和GSK3β抑制剂CHIR99021促人iPSCs向定型内胚层细胞分化，然后骨形态蛋白抑制剂视黄酸和TGF-β抑制剂联用促定型内胚层细胞向胰腺祖细胞分化，最后利用毛喉素、地塞米松和TGF-β抑制剂使胰腺祖细胞分化成IPCs。新近，Zhu 等[24]发现添加一些表观遗传阻断剂，如丁酸钠(组蛋白去乙酰化酶抑制剂)、Par(组蛋白去甲基化酶抑制剂)和RG108(DNA甲基化酶抑制剂)使iPSCs向内胚层细胞分化的效率提高2.5倍。另外，通过去除传统诱导方案中的BMP抑制剂来阻止内分泌细胞早熟，维甲酸与EGF/KGF联用能有效促成PDX1阳性细胞或PDX1/NKX6.1阳性细胞的生成[25]。

借助ESCs向IPCs分化的诱导策略，iPSCs可在体外分化为胰岛样细胞团。不过，ESCs来源的IPCs移植治疗糖尿病会有免疫排斥反应，而来源于糖尿病患者自体组织的iPSCs所诱导的IPCs，可避免移植排斥反应。因此，iPSCs具有ESCs相似的分化能力，同时避免了伦理及免疫排斥问题，是ESCs的良好替代材料。但是，iPSCs存在诱导方案不成熟、基因组不稳定、畸胎瘤风险及成本高等诸多不利因素，需进一步完善其重编程方案。不过，利用患者自体组织细胞，借助安全的细胞重编程与诱导分化策略，获得遗传背景匹配的胰腺β细胞，在治愈患者自身糖尿病方面有先天优势和巨大潜力。

1.3 成体干细胞分化为胰岛素分泌细胞 ASCs是存在于已分化组织中的未分化细胞，具有自我更新潜能，同时在特定条件下也能分化为各种特定类型的细胞。与ESCs和iPSCs相比，ASCs的获取相对容易。而且，来源于患者自身ASCs，不存在伦理问题与同种异体免疫排斥反应，且致瘤风险低。因此，近年来，不断有研究团队将来源于骨髓[26]、脂肪与脐带等组织[27-28]的间充质干细胞诱导分化为IPCs。

Gabr等[29]报道了来源于2型糖尿病患者骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells,BM-MSCs)在bFGF、EGF、B27等生长因子和小分子化合物作用下，通过3步诱导法，能生成5%-10%胰岛素和C肽共表达细胞。有趣的是，该研究组把来源于BM-MSCs的IPCs移植到STZ诱导的糖尿病裸鼠体内，其血糖水平恢复正常[30]。而且，有研究表明，将未分化的BM-MSCs通过尾静脉多次移植入高脂高糖饮食联合STZ诱导的2型糖尿病大鼠体内，能逆转糖尿病[31]。除分化替代作用外，近年来的研究表明，BM-MSCs还具有炎症和免疫调节能力，这也有利于包括糖尿病等自身免疫性疾病的治疗[32]。

脂肪间充质干细胞(adipose-derived mesenchymal stem cells,AD-MSCs)是采用贴壁法从脂肪组织中分离获得的间充质干细胞，具有来源丰富、易分离、易扩增和无伦理学争议等优点，成为诱导分化成β细胞的重要种子细胞资源。通过三步诱导法，AD-MSCs能分化为功能性胰岛样细胞团，将分化后的细胞包装在免疫隔离的生物相容性胶囊中，移植到STZ诱导的糖尿病小鼠体内能维持正常血糖3～4周[33]。而且，与其他间充质干细胞相比，AD-MSCs中含有瘦素、脂肪细胞因子、内脂素等[34]具有调节血糖平衡作用的生物活性物质。因此，AD-MSCs作为治疗糖尿病的种子细胞来源更具有优势。

胰腺间充质干细胞(pancreatic mesenchymal stem cells,PMSCs)具有间充质干细胞的一般特性，如向成骨、软骨及神经元细胞分化的潜能。在特定培养条件下，PMSCs能分化为IPCs[35]。而且，胰腺组织的特定微环境更有利于PMSCs向IPCs分化。不过，对于PMSCs的起源及其分化 成IPCs的能力，尚存争议。

人胚外组织(胎盘、羊膜)在孕妇分娩后通常作为废弃物处理。实际上，它是干细胞再生医学领域最有应用潜力的围产期干细胞来源。譬如，人胎盘来源的间充质干细胞(placenta-derived mesenchymal stem cells,PD-MSCs)来源广，不存在伦理学争议问题，且有良好的多向分化潜能与免疫调节特性。PD-MSCs除能表达MSCs典型表面抗原外，还表达Sox2、REX-1和Oct4等ESCs标志。Kadam等[36]用含有特定生长因子和分化诱导剂的无血清培养基，诱导人PD-MSCs生成胰岛样细胞团，且将PD-MSCs或分化后的细胞移植入STZ诱导的糖尿病小鼠体内后能明显改善高血糖。人羊膜细胞亦是极具临床应用潜力的围产期干细胞资源，它含有两种类型的干细胞，来源于胚胎外胚层的人羊膜上皮细胞(human amnion epithelial cells,hAECs)和来源于胚胎中胚层的人羊膜间充质干细胞(human amnion mesenchymal stromal cells,hAMSCs)[4]。人羊膜细胞具有多向分化潜能，无致瘤性，且免疫原性低，异体移植后不会引起免疫排斥反应[4]。Kim等[37]利用尼克酰胺、激活素和GLP-1诱导hAMSCs生成IPCs后，IPCs被装入PE50导管，并通过肾包膜下移植到STZ诱导的糖尿病小鼠体内，能维持正常血糖210 d。新近，Zou等[38]报道IncRNA通过与miR-145竞争性结合来维持Sox2的表达，维持人羊膜上皮细胞多能性并且能有效调节hAECs向胰岛样细胞分化。

虽然ASCs在特定条件下有向IPCs分化的潜能，并显示出良好的免疫调节特性，但是ASCs来源的IPCs，在体内外的长期稳定性尚未见报道。而且，生成的IPCs与内源性胰岛相比，尚有较大差距，仅能行使部分β细胞功能。因此，如何实现 ASCs分化成具有胰腺β细胞功能的IPCs，仍然是亟待解决的科学难题。

1.4 其他类型细胞分化为胰岛素分泌细胞 胰腺成体细胞，包括导管细胞(pancreatic ductal cells,PDCs)、腺泡细胞[39]和α细胞，能在体外诱导生成IPCs。导管上皮细胞除了分泌水和碳酸氢盐外，还是胰腺多能干细胞的储存部位。Corritore等[40]发现过表达胰腺转录因子(MAFA)能有效诱导人PDCs向β细胞分化。7d后，MAFA重编程的PDCs细胞团含有37%胰岛素阳性细胞和一定比例表达生长抑素和胰多肽的内分泌细胞。而且，PDCs来源的IPCs在体外能响应葡萄糖、KCl、3-异丁基-1-甲基黄嘌呤和甲苯磺丁脲的刺激，分泌胰岛素和C肽。研究表明，胰岛素的绝对和相对缺乏以及胰高血糖素信号通路的过度活化是导致糖尿病的两个主要原因，当β细胞极度缺失时，α细胞能够替代胰岛素产生细胞。新近，美国科学家有了重大发现，青蒿素能使α细胞向β细胞转化[41]，这为青蒿素用于1型糖尿病的治疗提供了新途径。

综上所述，干细胞和胰腺成体细胞能分化为IPCs，在用于治疗糖尿病方面展示了巨大潜力。但是，现有的IPCs诱导分化体系分化效率低，移植入体内后存活率也较低。而且，生成的IPCs与正常的胰岛β细胞相比，其功能上还有很大差距，移植入体内所分泌的胰岛素水平不足以达到治疗目的。因此，亟需研制新的诱导分化策略来解决IPCs功能不足问题。

2 干细胞治疗糖尿病的临床研究

截止到2016年12月，以"stem cell" AND "diabetes"为检索词在"http://clinicaltrials.gov"网站上检索到临床试验178项，其中包括干细胞治疗1型糖尿病研究26项，治疗2型糖尿病研究10项。近年来，不断有临床小样本试验探索干细胞移植治疗1型糖尿病[42-46](见表1)和2型糖尿病[47-52](见表2)疗效与安全性的研究。其研究结果均显示，干细胞移植治疗后，患者的胰岛素依赖性降低，糖化血红蛋白值降低，且改善了胰高血糖素刺激C肽水平。而且，均未发生严重副作用。

表1干细胞移植治疗1型糖尿病的临床试验

序号患者数干细胞平均移植细胞剂量(个/kg)移植方式随访时间NCT号参考文献120骨髓间充质干细胞2.75×106静脉注射12月NCT01068951[42]242脐带间充质干细胞和自体骨髓单核细胞1.1×106(UC-MSC)和106.8×106(aBM-MNC)胰腺动脉注射12月NCT01374854[43]39自体非清髓造血干细胞11.85×106静脉注射12月NCT00807651[44]420脂肪间充质干细胞和骨髓造血干细胞2.07±0.67×104胰腺内注射33月———[45]513自体造血干细胞2×106静脉注射31～54月NCT01341899[46]

表2干细胞移植治疗2型糖尿病的临床试验

序号患者数干细胞平均移植细胞剂量(个/kg)移植方式随访时间NCT号参考文献122脐带胶质间充质干细胞1.0×106静脉与胰腺内注射12月未知[47]280自体骨髓单核细胞与高压氧结合治疗———胰腺内注射12月NCT00767260[48]318脐带间充质干细胞1.0×106静脉滴注12月NCT01413035[49]412脐带间充质干细胞1.0×106胰腺动脉与外周静脉输注6月NCT01954147[50]536脐带血间充质干细胞———静脉注射14月NCT01415726[51]621自体骨髓干细胞5.8×106静脉注射12月NCT01065298[52]

2.1 干细胞治疗1型糖尿病的临床研究 在2015年，Carlsson等[42]将符合受试者纳入标准的20位T1D患者随机分为MSCs治疗组和胰岛素单独治疗对照组，经静脉单次移植BM-MSCs，随访1年。在1年的观察中，其中对照组受试者，8例C肽峰值降低，7例在混合餐耐量试验(mixed-meal tolerance test,MMTT)中C肽曲线下面积(area under the curve,AUC)值降低，MSCs治疗组中仅3例C肽峰值和在MMTT中C肽AUC值有所降低。新近， Cai等[43]纳入42例T1D患者，随机分为干细胞移植治疗(stem cell transplantation,SCT)组和胰岛素单独治疗对照组。SCT组通过胰腺动脉注射1.1×106个/kg脐带间充质基质细胞(umbilical cord mesenchymal stromal cells,UC-MSC)和106.8×106个/kg 自体骨髓单核细胞 (autologous bone marrow mononuclear cell,aBM-MNC)，间隔3月，随访1年。随访期间，SCT组受试者HbA1c(糖化血红蛋白值)降低了12.6%，对照组HbA1c增加了1.2%，SCT组空腹血糖值降低了24.4%，对照组仅降低了4.3%。在观察末期，SCT组中受试者所需胰岛素剂量减少了29.2%，且20例空腹C肽值改善；在对照组中，受试者所需胰岛素剂量无明显改变，仅9例C肽值有所改善。更重要的是，上述两项研究，均没有受试者发生肿瘤或慢性感染，且没有出现高血糖酮症酸中毒或辅助性低血糖。

2.2 干细胞治疗2型糖尿病的临床研究 在2014年，Liu等[47]报道了脐带Wharton’s Jelly间充质干细胞(Wharton’s Jelly mesenchymal stem cell,WJ-MSC)移植联合药物治疗2型糖尿病。将22例患者纳入试验研究，均接受WJ-MSC移植治疗，其中17例同时接受外源胰岛素注射治疗，其余5例接受口服降血糖药物治疗。经1次静脉和1次胰腺血管内注射WJ-MSC，移植后随访1年。WJ-MSC移植治疗后，17例接受胰岛素治疗的受试者中，5例胰岛素用量减少了50%以上。在5例服用降血糖药物的受试者中，1例在细胞移植治疗3月后能完全停药，通过生活方式干预与合理锻炼能有效控制血糖，停药时间为9个月，直到最后一次随访；4例药物用量减少了50%以上。WJ-MSC移植治疗6个月后，血清中炎症因子IL-6和IL-1β降低。同年，Wu等[48]报道了一项骨髓单核细胞与高压氧结合治疗2型糖尿病的研究，证明骨髓单核细胞移植治疗2型糖尿病能改善胰岛功能和代谢调控，且仅出现能自动恢复的轻微、短暂性副反应。

总之，现有干细胞移植治疗糖尿病的临床试验报道提示，干细胞移植是治疗糖尿病的有效手段。但是，目前这种治疗方式临床病例十分有限，在临床适应症、移植供体细胞类型、移植方式、移植剂量以及安全性方面尚需更深入的研究。就干细胞移植治疗糖尿病的作用机制，可能涉及到以下几方面： 一是干细胞通过分化促进胰岛β细胞再生；二是干细胞能分泌多种细胞因子，改善胰岛素靶组织的胰岛素抵抗，提高分化细胞的存活率，保存剩余β细胞和改善胰岛素分泌功能；三是干细胞能通过调节T细胞来控制炎症和自身免疫反应，减轻对胰岛组织细胞的损伤。

3 展望

干细胞在体外具有向IPCs分化的能力，其移植入体内能修复或替代受损胰腺组织，从而达到可能治愈糖尿病的目的。但是，干细胞定向分化为IPCs治疗糖尿病方面仍然存在一些亟待解决的关键问题：一是干细胞来源多，其增殖、分化与免疫调节能力存在较大差异；二是现有诱导分化体系复杂，分化周期长，不可控因素多，导致分化IPCs的效率低，且多数IPCs不具备胰岛β细胞特征，仅能有限行使胰岛的部分功能；三是糖尿病患者行细胞移植术的指征不明，细胞移植的剂量、途径、次数等技术规范尚无标准，移植至体内细胞存活率低；四是细胞移植入体内的安全性尚待研究；五是当前临床研究多为小样本、开放性研究，且随访时间有限，尚未建立规范的疗效评价标准。因此，在基础研究方面，亟待在种子干细胞的生物学特性、胰腺组织发育等方面深入研究，构建可以获得足够数量、终末分化的功能性胰岛细胞的良好的诱导策略。在临床研究方面，必须开展大样本、随机和双盲的临床试验，建立安全、有效、可控的细胞移植技术规范和疗效评价标准，真正为广大糖尿病患者带来福音。

[1] American Diabetes Association.Classification and diagnosis of diabetes[J].Diabetes Care,2016,1:S13-22.

[2] Miller R G,Secrest A M,Sharma R K,et al.Improvements in the life expectancy of type 1 diabetes the pittsburgh epidemiology of diabetes complications study cohort[J].Diabetes,2012,61(11):2987-2992.

[3] Shi J,Zhang X,Zhu J,et al.Nanoparticle delivery of the bone morphogenetic protein 4 gene to adipose-derived stem cells promotes articular cartilage repair in vitro and in vivo[J].Arthroscopy,2013,29(12):2001-2011.

[4] 肖建辉.人羊膜干细胞:再生医学的理想种子细胞资源[J].遵义医学院学报，2015,38(5):439-449.

[5] Williams A R,Trachtenberg B,Velazquez D L,et al.Intramyocardial stem cell injection in patients with ischemic cardiomyopathy:functional recovery and reverse remodeling[J].Circ Res,2011,108(7):792-796.

[6] Olsen C L,Hsu P P,Glienke J,et al.Hedgehog-interacting protein is highly expressed in endothelial cells but down-regulated during angiogenesis and in several human tumors[J].BMC Cancer,2004,4,4:43.

[7] Pagliuca F W,Melton D A.How to make a functional β cell[J].Development,2013,140(12):2472-2483.

[8] Kunisada Y,Tsubooka-Yamazoe N,Shoji M,et al.Small molecules induce efficient differentiation into insulin-producing cells from human induced pluripotent stem cells[J].Stem Cell Res,2012,8(2):274-284.

[9] Rezania A,Bruin J E,Arora P,et al.Reversal of diabetes with insulin-producing cells derived in vitro from human pluripotent stem cells[J].Nature Biotechnology,2014,32(11):1121-1133.

[10]Russ H A,Parent A V,Ringler J J,et al.Controlled induction of human pancreatic progenitors produces functional beta-like cells in vitro[J].EMBO Journal,2015,34(13):1759-1772.

[11]Rasmussen C H,Petersen D R,Moeller J B,et al.Collagen type I improves the differentiation of human embryonic stem cells towards definitive endoderm[J].Plos One,2015,10(12):e0145389.

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

[13]Yilmaz I,Sariboyaci A E,Subasi C,et al.Differentiation potential of mouse embryonic stem cells into insulin producing cells in pancreatic islet microenvironment[J].Exp Clin Endocrinol Diabetes,2016,124(2):120-129.

[14]Rezania A,Bruin J E,Riedel M J,et al.Maturation of human embryonic stem cell-derived pa-ncreatic progenitors into functional islets capable of treating pre-existing diabetes in mice[J].Diabetes,2012,61(8):2016-2029.

[15]Riedel M J,Asadi A,Wang R,et al.Immunohistochemical characterisation of cells co-producing insulin and glucagon in the developing human pancreas[J].Diabetologia,2012,55(2):372-381.

[16]Collombat P,Xu X,Ravassard P,et al.The ectopic expression of Pax4 in the mouse pancreas converts progenitor cells into alpha and subsequently beta cells[J].Cell,2009,138(3):449-462.

[17]Napolitano T,Avolio F,Courtney M,et al.Pax4 acts as a key player in pancreas development and plasticity[J].Semin Cell Dev Biol,2015,44:107-114.

[18]Pagliuca F W,Millman J R,Gürtler M,et al.Generation of functional human pancreatic β cells in vitro[J].Cell,2014,159(2):428-439.

[19]Taylor-Weiner H,Schwarzbauer J E,Engler A J.Defined extracellular matrix components are necessary for definitive endoderm induction[J].Stem Cells,2013,31(10):2084-2094 .

[20]Yu J,Vodyanik M A,Smuga-Otto K,et al.Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells[J].Science,2007,318(5858):1917-1920.

[21]Park I H,Zhao R,West J A,et al.Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors[J].Nature,2008,451(7175):141-146.

[22]Thatava T,Nelson T J,Edukulla R,et al.Indolactam V/GLP-1-mediated differentiation of human iPS cells into glucoseresponsive insulin-secreting progeny[J].Gene Ther,2011,18(3):283-293.

[23]Maehr R,Chen S,Snitow M,et al.Generation of pluripotent stem cells from patients with type 1 diabetes[J].Proc Natl Acad Sci USA,2009,106(37):15768-73.

[24]Zhu S,Russ H A,Wang X,et al.Human pancreatic beta-like cells converted from fibroblasts[J].Nat Commun,2016,7:10080.

[25]Russ H A,Parent A V,Ringler J J,et al.Controlled induction of human pancreatic progenitors produces functional beta-like cells in vitro[J].EMBO Journal,2015,34(13):1759-1772.

[26]Abouzaripour M,Pasbakhsh P,Atlasi N,et al.In vitro differentiation of insulin secreting cells from mouse bone marrow derived stage-specific embryonic antigen 1 positive stem cells[J].Cell Journal,2016,17(4):701-710.

[27]Kim S J,Choi Y S,Ko E S,et al.Glucose-stimulated insulin secretion of various mesenchymal stem cells after insulin-producing cell differentiation[J].J Biosci Bioeng,2012,113(6):771-777.

[28]Khorsandi L,Saremy S,Khodadadi A,et al.Effects of exendine-4 on the differentiation of insulin producing cells from rat adipose-derived mesenchymal stem cells[J].Cell J,2016,17(4):720-729.

[29]Gabr M M,Zakaria M M,Refaie A F,et al.Insulin-producing cells from adult human bone marrow mesenchymal stem cells control streptozotocin-induced diabetes in nude mice[J].Cell Transplant,2013,22(1):133-145.

[30]Gabr M M,Zakaria M M,Refaie A F,et al.Differentiation of human bone marrow-derived m-esenchymal stem cells into insulin-producing cells:evidence for further maturation in vivo[J].Bio Med Research International,2015,Article ID 575837,10 pages,2015.doi:10.1155/2015/575837.

[31]Hao H,Liu J,Shen J,et al.Multiple intravenous infusions of bone marrow mesenchymal stem cells reverse hyperglycemia in experimental type 2 diabetes rats[J].Biochemical and Biophysical Research Communications,2013,436(3):418-423.

[32]Li L,Hui H,Jia X,et al.Infusion with human bone marrow derived mesenchymal stem cells impro-ves β-cell function in patients and non-obese mice with severe diabetes[J].Sci Rep,2016,6:37894.

[33]Chandra V,Swetha G,Muthyala S,et al.Islet-like cell aggregates generated from human adipose tissue derived stem cells ameliorate experimental diabetes in mice[J].Plos One,2011,6(6):e20615.

[34]Antuna-Puente B,Feve B,Fellahi S,et al.Adipokines:the missing link between insulin resistance and obesity[J].Diabetes Metab,2008,34(1):2-11.

[35]Gopurappilly R,Bhat V,Bhonde R.Pancreatic tissue resident mesenchymal stromal cell (MSC)-like cells as a source of in vitro islet neogenesis[J].J Cell Biochem,2013,114(10):2240-2247.

[36]Kadam S,Muthyala S,Nair P,et al.Human placenta-derived mesenchymal stem cells and islet-like cell clusters generated from these cells as novel sources for stem cell therapy in diabetes[J].Rev Diabet Stud,2010,7(2):168-182.

[37]Kim J,Park S,Kang H M,et al.Human insulin secreted from insulinogenic xenograft restores normoglycemia in type 1 diabetic mice without immunosuppression[J].Cell Transplant,2012,21(10):2131-2147.

[38]Zou G,Liu T,Guo L,et al.miR-145 modulates lncRNA-ROR and Sox2 expression to maintain human amniotic epithelial stem cell pluripotency and β islet-like cell differentiation efficiency[J].Gene,2016,591(1):48-57.

[39]Lemper M,Leuckx G,Heremans Y,et al.Reprogramming of human pancreatic exocrine cells to β-like cells[J].Cell Death Differ,2015,22(7):1117-1130.

[40]Corritore E,Lee Y S,Pasquale V,et al.V-Maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog a synthetic modified mRNA drives reprogramming of human pancreatic duct-derived cells into insulin-secreting cells[J].Stem Cells Transl Med,2016,5:1-13.

[41]Li J,Casteels T,Frogne T,et al.Artemisinins target GABAA receptor signaling and impair α cell identity[J].Cell,2017,168(1-2):86-100.

[42]Carlsson P O,Schwarcz E,Korsgren O,et al.Preserved β-cell function in type 1 diabetes by mesenchymal stromal cells[J].Diabetes,2015,64(2):587-592.

[43]Cai J,Wu Z,Xu X,et al.Umbilical cord mesenchymal stromal cell with autologous bone marrow cell transplantation in established type 1 diabetes:a pilot randomized controlled open-label clinical study to assess safety and impact on insulin secretion[J].Diabetes Care,2016,39(1):149-157.

[44]Zhang X,Ye L,Hu J,et al.Acute response of peripheral blood cell to autologous hematopoietic stem cell transplantation in type 1 diabetic patient[J].Plos One,2012,7(2):e31887.

[45]Thakkar U G,Trivedi H L,Vanikar A V,et al.Insulin-secreting adipose-derived mesenchymal stromal cells with bone marrow-derived hematopoietic stem cells from autologous and allogenic sources for type 1 diabetes mellitus[J].Cytotherapy,2015,17(7):940-947.

[46]Li L,Shen S,Ouyang J,et al.Autologous hematopoietic stem cell transplantation modulates immunocompetent cells and improves β-cell function in Chinese patients with new onset of type 1 diabetes[J].J Clin Endocrinol Metab,2012,97(5):1729-1736.

[47]Liu X,Zheng P,Wang X,et al.A preliminary evaluation of efficacy and safety of Wharton's jelly mesenchymal stem cell transplantation in patients with type 2 diabetes mellitus[J].Stem Cell Res Ther,2014,5(2):57.

[48]Wu Z,Cai J,Chen J,et al.Autologous bone marrow mononuclear cell infusion and hyperbaric oxygen therapy in type 2 diabetes mellitus:an open-label,randomized controlled clinical trial[J].Cytotherapy,2014,16(2):258-265.

[49]Kong D,Zhuang X,Wang D,et al.Umbilical cord mesenchymal stem cell transfusion ameliorated hyperglycemia in patients with type 2 diabetes mellitus[J].Clin Lab,2014,60(12):1969-1976.

[50]陈频,黄勤,徐向进,等.利拉鲁肽联合人脐带间充质干细胞治疗对2型糖尿病患者糖代谢及胰岛β细胞功能的作用[J].中华内科杂志,2016,55(5):349-354.

[51]Zhao Y,Jiang Z,Zhao T,et al.Targeting insulin resistance in type 2 diabetes via immune modulation of cord blood-derived multipotent stem cells (CB-SCs) in stem cell educator therapy:phase I/Ⅱ clinical trial[J].BMC Med,2013,11(1):1-13.

[52]Bhansali A,Asokumar P,Walia R,et al.Efficacy and safety of autologous bone marrow-derived stem cell transplantation in patients with type 2 diabetes mellitus:a randomized placebo-controlled study[J].Cell Transplant,2014,23(9):1075-1085.

(编辑：谭秀荣)

Directional differentiation of stem cells into insulin producing cells and its clinical application

Luo Yi,Xiao Jianhui

(Institute of Medicinal Biotechnology,Affiliated Hospital of Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563099,China)

Diabetes mellitus is now a major disease that seriously endangers human health worldwide,and presents a high prevalence.Both the function failure of pancreatic β cells and insulin resistance are recognized as the primary mechanisms in the development of diabetes.Currently,there is no good strategy for cure.In recent years,considerable progress has been achieved in the fields of stem cell research and regenerative medicine.Stem cells with characteristic of multi-directional differentiation have been found to differentiate into insulin producing cells under a specific condition.It suggests that stem cells have the potential to restore and/or replace the lost cells in pancreatic tissue damaged,which bring hope of a cure for diabetics.The article precisely reviews the recent advances on differentiation of stem cells and its clinical application to provide support for the further clinical application of stem cell transplantation in the treatment of diabetes.

Diabetes mellitus; stem cells; insulin producing cells; insulin

国家自然科学基金资助项目(NO：81460156，81660363)；贵州省高层次创新型人才培养计划(黔科合人才[2015]4028)。

肖建辉，男，博士，教授，硕士生导师，研究方向：干细胞化学生物学与微生物天然药物发现，E-mail:jianhuixiao@126.com。

R587.2

A

1000-2715(2017)04-0446-07

[收稿2017-03-20;修回2017-05-20]