间充质干细胞治疗2型糖尿病的临床研究现状

刘 鹏， 王从容

(1. 上海交通大学附属第六人民医院内分泌代谢科，上海 200233； 2. 同济大学附属东方医院干细胞转化医学产业基地，上海 200123)

糖尿病一直是影响世界的公共卫生问题。据国际糖尿病联合会(IDF)最新统计，至2019年，全球糖尿病患者已有4.63亿，患病率高达8.3%，预计到2030年，世界糖尿病发病人数将达到5.78亿，至2045年将达7亿[1]。2019年，中国有1.16亿糖尿病患者，患者人数居世界首位[1]。根据2013年我国慢性病及其危险因素监测结果，18岁及以上人群2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患病率为10.4%[2]。T2DM的主要病理生理特征为胰岛素抵抗伴随胰岛β细胞功能缺陷。2017年门诊T2DM患者中，血糖、血脂、血压的综合达标率仅为5.6%[2]。尽管通过生活方式干预及药物干预均有效降低血糖，显著降低糖尿病微血管病变、心肌梗死的发生风险，仍有患者最终出现严重糖尿病慢性并发症，需转移至专科治疗[2]。因此，探索新的治疗方式是T2DM防治的主要方向。

1 间充质干细胞治疗T2DM的机制

由于人体组织和器官在病理状态下完全恢复其结构和功能的能力有限[3]，T2DM病程晚期亦需借助胰岛素注射来维持机体正常血糖水平。传统内科治疗并不能从源头上解决胰岛素抵抗及胰岛β细胞功能缺陷，为了克服这一现状，科学家们正逐步将研究重点转移至干细胞治疗糖尿病领域。干细胞是一类具有极强的自我更新能力及多向分化潜能的细胞，其独特的生物学特性使其成为修复胰岛病理状态的重要细胞来源[4]。根据干细胞的性质和起源，目前研究较多的干细胞类型有胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)、诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)及间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)[3]。ESCs是来源于囊胚内部的细胞团，可形成3种胚层(外胚层、内胚层、中胚层)，进而分化为人体所有细胞类型，但由于其致瘤性风险及容易引起免疫反应限制了其使用。ViaCyte公司使用优化的ESCs体外分化方案在一定程度上减少了致瘤风险，并逐步开发了囊化装置作为隔离免疫的种植体[3]。多项研究表明，囊化封装可通过隔绝免疫反应保护植入的细胞，并可防止植入细胞扩散入体内[5]。目前，全球第1项胰腺内胚层囊化装置移植的临床研究正在进行中[3]。iPSCs来源于体细胞，与ESCs具有相同的增殖分化能力[6]。由于其并非来源于活体胚胎，伦理问题较少。然而，iPSCs根据其细胞来源及处理步骤不同，表现为不同的分化效率和致瘤性，且存在异种污染等安全性问题，因此使用尚存在较多困难[5]。

目前临床上开展较多的研究是MSCs移植治疗糖尿病。MSCs是一类来源于中胚层的多能干细胞，最早由前苏联科学家Friedenstein在骨髓中检测到，具有三系分化潜能(成脂、成骨、成软骨)[3]。MSCs还可从其他组织包括脂肪、肌肉、脐带和胎盘等中分离得到，可分泌多种细胞因子，生长因子和细胞外基质，调节血管再生以及免疫和炎症反应[3]。骨髓来源间充质干细胞(bone marrow-derived mese-nchymal stem cells, BM-MSCs)为重要的MSCs群体，可自我更新，用于促进髓外组织的修复。但BM-MSCs的使用时需注意供者年龄、疾病状态等因素对细胞质量的影响[6]。另一种国内外研究较多的MSCs类型为脐带华通胶(Wharton’s Jelly)分离得到的脐带间充质干细胞(umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSCs)。与BM-MSCs相比，UC-MSCs具有诸多优势： (1) UC-MSCs的采集过程为无创性，减少了因采集细胞而造成的伤口感染[7]；(2) UC-MSCs增殖潜力较骨髓、脂肪、尿液等来源MSCs更强[8]；(3) 研究表明UC-MSCs具有低免疫原性，其表面缺乏MHCⅡ类分子和集落刺激因子，将UC-MSCs移植到同种异体的未接受免疫抑制的受体内，未产生免疫排斥[7]；(4) 与骨髓、脂肪等来源的MSCs相比，从华通胶中提取的MSCs产量更高、稳定性更好[9]。

T2DM的发生与胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能缺陷相关，炎症机制在其中发挥重要作用。研究表明，UC-MSCs治疗T2DM的主要机制为免疫调节作用。Yin等[10]在小鼠模型中发现UC-MSCs对T2DM小鼠受损胰岛存在免疫调节和和抗炎作用，输注过UC-MSCs的糖尿病小鼠胰岛中巨噬细胞趋化因子MCP-1表达下调。UC-MSCs通过分泌IL-6调节巨噬细胞极化，从而改善胰岛细胞功能，维持血糖稳定。另外，该研究团队还发现用荧光标记的UC-MSCs静脉输注入T2DM小鼠体内6 h后能归巢到受损胰腺组织，而正常小鼠的胰腺组织在7 d的观察期间内未观察到标记的UC-MSCs。免疫荧光共定位实验结果表明，UC-MSCs对糖尿病小鼠的降血糖作用并非通过直接分泌胰岛素而实现[11]。

此外，胰岛β细胞去分化是胰岛β细胞功能衰竭的重要原因，去分化的胰岛β细胞丧失部分或全部胰岛素分泌能力。最近的研究表明，UC-MSCs可通过白介素1受体拮抗剂(IL-1Ra)介导的方式逆转胰岛β细胞去分化，以此减轻胰岛β细胞功能障碍。Wang等[12]观察到T2DM患者胰岛表达的促炎因子可引起MSCs分泌IL-1Ra，后者作用于胰岛功能受损的胰岛，通过逆转胰岛β细胞去分化进而改善胰岛素分泌功能。然而，正常人的胰岛并未观察到以上现象，因此提示MSCs与T2DM患者胰岛之间存在“对话应答”。进一步研究选取两种动物模型作为MSCs移植受体，一方面，将MSCs与T2DM患者胰岛共同移植入免疫缺陷糖尿病小鼠肾包膜下，发现UC-MSCs可逆转T2DM患者胰岛去分化；另一方面，将MSCs静脉单独输注到db/db小鼠体内，并发现UC-MSCs对db/db小鼠也具有逆转胰岛β细胞去分化的效应，同时糖尿病动物血糖改善。上述研究证明，逆转胰岛β去分化可能是MSCs发挥作用的另一重要机制。

另有研究表明脂肪来源MSCs可减轻T2DM小鼠体重，改善脂代谢[13]。此外，已有研究报道脂肪MSCs可改善T2DM动物脂肪细胞氧化损伤，但机制尚不明确[14]。

2 MSCs治疗T2DM的临床应用

近年来，各国学者对干细胞移植治疗糖尿病进行了深入研究。截至2020年4月，以“diabetes”和“stem cell”为关键词，检索美国NIH全球最大的临床试验数据库(www.ClinicalTrials.gov)，结果显示全球范围内干细胞治疗糖尿病的临床试验共计211项，其中关于T1DM共62项，T2DM共74项，糖尿病并发症85项。干细胞类型包括异体UC-MSCs、自体骨髓单个核细胞、自体或异体BM-MSCs、自体或异体脂肪MSCs、异体牙髓MSCs等。在中国范围内开展的干细胞治疗糖尿病病临床试验共计39项，其中，使用UC-MSCs进行治疗研究的共9项，3项为UC-MSCs治疗T2DM的研究。

先后已有中国、美国、印度等国家报道了MSCs治疗T2DM的临床研究结果(表1)。2008年，Jiang等[15]对胎盘来源MSCs用于糖尿病的治疗进行了探索。研究人员以静脉注射方式将1.35×106/kg MSCs分3次注入10例患者体内，每次输注间隔时间为1个月。10例患者于移植后6个月出现胰岛素需求量显著减少，减量幅度为(29±5.3)IU，4例患者胰岛素减量超过50%。平均糖化血红蛋白(HbA1c)由移植前9.8%降至移植后6.7%，C肽和胰岛素水平均改善显著，所有患者术后均未出现发热、寒战、肝损伤、免疫排斥等反应。2010年5月，Liu等[16]采用UC-MSCs治疗22例T2DM患者，开展了1项为期12个月的自身前后对照试验。该研究选用外周静脉和脾动脉两种MSCs移植途径，两次移植以5 d为间期，共输注1×106/kg MSCs。HbA1c的下降程度在治疗后3个月时显著减缓，由移植前(8.20±1.69)%降低至(6.89±0.90)%；空腹血糖在MSCs移植后不同监测时间点均有不同程度下降，在6个月时差异最为显著，并在12个月随访期内维持在较低水平。口服葡萄糖耐量试验(oral glucose tolerance test，OGTT)2 h血糖在术后1个月达到最低。空腹C肽在术后1个月开始增加，并在6个月时达到峰值。HOMA-2B(homeostasis model assessment)从移植前的(65.99±23.49)%增加至6个月时的(98.86±43.91)%，在12个月随访期恢复至(86.0±37.1)%。所有需使用胰岛素的患者注射剂量均较移植前显著减低，并在12个月内维持较低水平；29%(5/17)患者胰岛素注射剂量减少超过50%；41%(7/17)患者在术后2～6个月停用外源性胰岛素，达到完全缓解状态并平均维持(9.3±3.8)个月。此外，5例口服降糖药的患者中，有1例停用口服降糖药。

表1 间充质干细胞移植治疗2型糖尿病的临床研究结果Tab.1 Summary of clinical studies using mesenchymal stem cells as a treatment for type 2 diabetes

对于BM-MSCs，Bhansali等[17]开展了一项多中心、随机、单盲、安慰剂对照研究。研究者对30例T2DM患者分别通过胰腺动脉介入方式进行了自体骨髓来源间充质干细胞(autologous bone marrow-derived mesenchymal stem cells,ABM-MSCs)、自体骨髓来源单个核细胞(autologous bone marrow-derive-dmononuclear cells, ABM-MNCs)以及安慰剂治疗(每组10例患者)。2个治疗组患者治疗12个月后，患者胰岛素需求量均减少。此外，葡萄糖钳夹试验显示，与ABM-MSCs移植组相比，ABM-MNCs移植组第二时相C肽分泌反应性显著增加，而ABM-MSCs移植组胰岛素敏感性指数改善更为显著。在安全性方面，1例患者在MSCs移植术后出现局部血液外渗，并于1周后症状消失。在整个研究期间，未发生严重低血糖事件。至随访结束，PET-CT未发现任何患者身体异常。Skyler等[18]用异体骨髓来源间充质前体细胞(allogeneic bone marrow-derived mesenchymal precursor cells, MPCs)移植治疗T2DM患者，并进行为期12周的多中心、随机、安慰剂对照研究。研究者将受试者按3∶1的比例随机分配至MPCs治疗组或安慰剂对照组，治疗组根据低、中、高静脉移植细胞剂量分为3组，每组15例患者，移植量分别为0.3×106/kg、1.0×106/kg及2.0×106/kg。随访至12周时，低剂量移植组13.3%(2/15)患者达到HbA1c治疗终点(<7%)，中剂量移植组6.7%(1/15)达到HbA1c治疗终点，而高剂量移植组达到HbA1c治疗终点的患者高达33%(5/15)，对照组无患者HbA1c达标，提示MSCs治疗糖尿病的疗效可能与移植剂量有关。

MSCs移植的安全性问题也是临床及科研人员及患者最关心的问题。早期的临床前研究表明，将人源UC-MSCs通过尾静脉分3次、每次间隔2周注射入非人灵长类动物食蟹猴体内，未发现移植相关毒性，且所有观察到的注射点和器官均呈正常状态，未发现致瘤倾向[19]。此外，将人源UC-MSCs移植入大鼠模型的研究中，也未观察到移植相关免疫排斥和致瘤性[20]。在临床研究中，MSCs输注治疗T2DM的不良反应报道较少。有报道移植MSCs后出现皮下血肿、恶心、呕吐的个案可能与胰腺动脉介入手术的移植方式有关[16]。已发表的6项关于MSCs移植治疗T2DM的临床研究中，有4项无严重不良反应报道[15-18,21-22]。此外，以上6项通过静脉输注的方式治疗T2DM的临床研究中，有2项研究报道少数患者移植术后出现发热症状[16,21]，推测可能与静脉输液反应有关。

3 展 望

已开展的动物实验及小样本临床研究观察到MSCs移植可改善T2DM动物的胰岛β细胞功能，降低T2DM患者的胰岛素用量，改善HbA1c水平以及C肽分泌，为糖尿病患者血糖控制提供了一种治疗新策略。尽管我们目前对MSCs发挥功能的途径已有所了解，但尚未明确其具体作用机制。此外，现有的MSCs移植治疗糖尿病的临床研究随访时间尚短，长期随访的致瘤风险不明确。未来的研究应重点应聚焦于扩大样本量的多中心临床研究，观察MSCs治疗的远期效果，以进一步规范和优化MSCs治疗糖尿病的临床方案，降低其潜在风险。