間充質干細胞治療2型糖尿病及其相關并發癥的可能機制研究進展

杜婧，魏翠英

內蒙古科技大學包頭醫學院第一附屬醫院內分泌科，包頭014010

糖尿病是一種多病因、多機制導致的，以慢性高血糖為特征的代謝性疾病。隨著病程進展，胰島β細胞功能衰竭，代謝紊亂進一步加重，出現糖尿病腎病（DN）、糖尿病視網膜病變（DR）、糖尿病足（DF）、糖尿病性神經源性膀胱等相關并發癥。國際糖尿病聯盟指出，如果沒有更有效的干預措施，全球糖尿病患者預計2030年達到5.78億人，2045年將達到7億人［1］，其中2 型糖尿病（T2DM）占比最高，達 90%～95%。目前的治療方式控制飲食、加強運動、口服降糖藥物、胰島素補充或替代治療，都只能暫時保持血糖的相對穩定狀態，而不能從根本上解決高血糖及長期高血糖引發的嚴重并發癥。胰島移植或可解決根本問題［2］，但胰腺供體的有限來源及終身免疫排斥問題又是診治過程中難以解決的障礙。而干細胞具有分化為產胰島素細胞、改善胰腺再生和改善胰島素抵抗的潛能，為治療糖尿病提供了可能的發展方向。目前干細胞治療T2DM 的動物和人體研究取得一定進展，各種干細胞來源不同其機制各異，間充質干細胞（MSCs）是研究最多的細胞，MSCs 治療可能代表了優化T2DM 血糖控制的新途徑。雖然其安全性和有效性已在動物實驗和部分Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗中得到證實，但目前仍有諸多問題未能解決，如干細胞的理想給藥途徑（靶向還是外周），單次注射還是多次注射，治療有效性的維持時間，因MSCs 的多能性特征是否同時導致治療個體惡性轉化的可能，其他未知的不良反應問題等。因此，仍需大規模、多中心、雙盲和安慰劑對照的嚴格試驗研究。現就當前MSCs 治療T2DM 及其并發癥的可能機制研究進展綜述如下。

1 MSCs概述

干細胞是指一群胚胎發育早期未分化的細胞，具有強大的自我更新能力和多向分化潛能，因此在體內組織修復及再生方面發揮重要作用。根據分化潛能的差異分為多能干細胞、全能干細胞和單能干細胞。根據發育過程出現的順序不同分為胚胎干細胞和成體干細胞。胚胎干細胞是一種二倍體細胞，是從著床之前早期胚胎內細胞團中分離得到的，其分化潛能理論上可以分化為機體幾乎所有組織細胞。成體干細胞是存在于某個器官或組織中尚未分化但具有自我更新及構建某種組織的各種類型細胞潛能的干細胞（包括神經干細胞、臍血/帶干細胞、骨髓干細胞、脂肪干細胞等），成體干細胞的這種特質是組織器官修復以及再生的基礎，理論上在特定條件下可以分化為某種特定的組織器官。

MSCs是一種來源于中胚層的多能干細胞，屬于多能成體干細胞。最早是上世紀六七十年代由FRIEDENSTEIN 等從骨髓中分離得到的，1991 年由CAPLAN 等首次提出“成年間充質干細胞”的概念，后被研究者廣為應用。MSCs來源于人體多種組織，如胎盤、臍帶血、羊水、骨髓、脂肪組織等，具有很強的自我更新能力、多向分化潛能、低免疫原性、免疫調節和抗凋亡特點，在糖尿病及其并發癥的治療中是未來較有潛力的研究對象［3］。

2 MSCs治療糖尿病的可能機制

糖尿病是一種絕對或相對胰島素缺乏導致的以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，其中T2DM 占比90%～95%。目前治療藥物包括磺脲類、雙胍類、α葡萄糖苷酶抑制劑、DPP-Ⅳ抑制劑、SGLT-2抑制劑、GLP-1 受體激動劑、胰島素等藥物，但這些傳統的治療方法存在各自的局限性，而且只能暫時控制血糖，不能從根本上治愈T2DM。MSCs 治療糖尿病是一種基于細胞的治療方法，其自身的可再生、分化潛能以及免疫抑制特性，已在T2DM 中顯示出較好的治療效果，為治療糖尿病提供了新的思路及可能的發展方向。

大量動物實驗及臨床研究表明，MSCs 是治療T2DM 的新方法，其可能機制［4］包括：①逆轉 β 細胞去分化，從而減輕β細胞功能障礙、保護內源性胰島β 細胞；②干細胞移植后歸巢到受損胰腺并分化為胰島β細胞；③向炎癥微環境遷移，產生抗炎細胞因子，減輕炎癥反應，減少脂肪組織和肝臟中的脂肪含量，增加胰島β細胞數量；④通過內皮細胞的分化潛能及旁分泌作用促進胰島細胞再生；⑤改善胰島素抵抗；⑥分泌多種細胞因子，進一步誘導胰島α細胞轉變為β 細胞，減少胰高血糖素分泌增加胰島素分泌以降低血糖。外泌體通過AMPK 通路激活自噬，改善T2DM大鼠肝臟糖脂代謝，需進一步驗證。

3 MSCs治療糖尿病并發癥的可能機制

3.1 MSCs治療DN的可能機制 DN是糖尿病主要的微血管并發癥之一，也是終末期慢性腎病的重要死因之一。雖然可通過嚴格控制血糖、血壓可一定程度上延緩DN 的發生發展，但無法完全阻止疾病的進展。近年來，MSCs 被認為是很有前景的治療DN療法之一［5］。

目前認為，MSCs對腎臟保護作用的可能機制包括：①MSCs 治療腎臟病是通過促進腎小球結構再生［6］、減輕腎小球損傷、修復腎臟損傷細胞、減少白蛋白尿、清除細胞毒性分子等保護腎臟；②MSCs 可明顯改善腎臟纖維化延緩腎損傷；③通過調節炎癥和免疫反應、旁分泌多種細胞因子［7］而延緩腎臟損害；④脂肪來源的MSCs 釋放的外泌體中miR-26a-5p，可通過靶向 TLR4、鈍化 NF-κB 通路和下調血管內皮生長因子A（VEGFA）來保護高糖誘導的MP5細胞免受損傷［8］；⑤ MSCs 治療 DN 可能亦與維持M1/M2 巨噬細胞平衡、抑制炎癥、外泌體誘導的自噬保護作用相關［9］。將來，脂肪來源的外泌體［10］、骨髓來源的MSCs和microRNA的結合等可能成為治療腎臟疾病的一種方法，有待進一步研究。

3.2 MSCs治療DR的可能機制 DR是一種因高血糖及隨之發生的代謝異常引起的微血管病變，嚴重者會導致失明。目前的治療包括改善代謝異常、維持血流動力學穩定、后期激光光凝、眼內抗血管內皮生長因子等治療，但療效有限，而且多數是針對疾病晚期的相關干預措施。研究者通過構建DR 早期模型，利用MSCs 特點研究MSCs 在DR 中的療效。目前認為，MSCs 對視網膜保護作用可能機制包括：①MSCs 通過特定條件下微環境誘導生成視網膜神經樣細胞以替代凋亡細胞，同時MSCs 通過旁分泌作用產生神經保護因子［11］，達到視網膜神經保護作用；②干細胞是一種能將自身正常線粒體轉移至周圍受損線粒體的細胞，可影響受損靶細胞的增殖、分化及衰老，進而對視網膜起到保護作用；③有尚未完全闡明的免疫調節作用，包括MSCs 介導的生長因子、趨化因子等活性物質的分泌、細胞—細胞直接接觸、抑制T 細胞增殖作用、抑制CD4+T 細胞分化為促炎性細胞系，改善破壞性炎癥反應［12］；④ MSCs 能分化為內皮樣細胞、分泌血管生成相關因子調節視網膜病變的血管形成起到保護視網膜血管的作用［13］；⑤MSCs 分化成胰島素分泌細胞降低血糖、抑制炎癥反應、免疫調節作用［14］；⑥MSCs 來源的外泌體具有延遲炎癥反應和血管形成、修復和保護視網膜作用［15］。

雖然目前研究證實，MSCs 對視網膜病變有益，但仍處于起步階段，且由于視網膜的特殊性和復雜性，目前尚未確定人體臨床試驗的安全性，需更多研究數據才能進行全面的風險—效益評估，未來研究仍任重道遠。來源于間充質的外泌體具有相似于MSCs 的功能，眼外注射外泌體可能是治療DR 的新方向。

3.3 MSCs 治療DF 的可能機制 DF 是糖尿病危害最大、花費最高的慢性并發癥之一，嚴重者需截肢。目前治療措施主要是控制血糖、局部清創換藥、抗炎、改善供血、營養神經、負壓吸引、高壓氧治療、嚴重者行下肢血流重建［16］，但對于嚴重患者治療效果有限。大量動物實驗及臨床研究表明，MSCs是治療DF 的新方法，其可能機制包括：①MSCs 抑制促炎型T 細胞并分泌白細胞介素1α 或1β、腫瘤壞死因子α等細胞因子抑制T 細胞激活、分泌免疫球蛋白在傷口處對抗炎癥、減少促炎型M1 型巨噬細胞增加抗炎型M2 型巨噬細胞、減少活性氧簇等途徑發揮免疫調節作用［17］；②歸巢效應直接分化傷口組織促進傷口愈合；③MSCs通過自分泌及旁分泌血管內皮生長因子（VEGF）、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）、表皮細胞生長因子（EGF）等直接或間接促進血管新生，恢復血供、刺激肉芽組織增生［18］；④MSCs 分化為內皮細胞及角化細胞促進上皮細胞再生，通過趨化因子受體及蛋白激酶信號通路遷移到傷口修復損傷組織［19］；⑤MSCs 分泌一種良好的運輸載體—外泌體，在組織修復過程中發揮重要作用［20］。

目前研究來看，脂肪來源的MSCs 分布廣泛、易于提取，且腹部皮下來源的脂肪細胞比臀部、四肢來源的脂肪細胞具有更好的抗凋亡特性；臍血來源的MSCs 倍增所需時間短，存活時間較長；骨髓來源的MSCs 無免疫限制，且肌肉注射效果好，但隨年齡增長其分化潛能和數量呈下降趨勢，所以盡量避免從年老體弱者提取MSCs。正常的創傷愈合過程復雜，歷經四期，即止血期的血管閉合、血塊凝固，炎癥期的急性炎癥反應，增殖期的細胞遷移、增殖、分化，重塑期的血管再生、上皮和細胞外基質形成、重建等過程，復雜的過程中如何產生更好的MSCs 療效是需進一步探索的目標。MSCs 附著、增殖、分化所需的支架等結構基礎、運輸系統非常關鍵，未來生物活性FHE（F127/OHA-EPL）水凝膠，刺激響應的MSCs 外泌體釋放，二者協同可較好地促進糖尿病創面愈合，可能具有廣闊的應用前景；miR-21-5p 有可能成為MSCs 外泌體治療糖尿病足的一種新的生物標志物［21］

3.4 MSCs治療神經源性膀胱的可能機制 糖尿病神經源性膀胱是因糖尿病后神經功能障礙導致的膀胱功能異常，膀胱功能涉及傳入神經、傳出神經、自主神經之間復雜的神經控制。糖尿病長期血糖控制不佳可能導致周圍神經和自主神經受損、神經傳導異常，導致膀胱功能失調，早期表現為尿流動力學過度活躍，膀胱尿潴留，后期膀胱興奮性下降、逼尿肌收縮無力，進展出現排尿困難、殘余尿增加和無力性膀胱萎縮［22］。糖尿病神經源性膀胱是一種進展性疾病，治療主要取決于其臨床癥狀及尿流動力學改變情況。目前治療措施包括減輕尿路癥狀、改善尿失禁、間歇性導尿排空膀胱、保護腎功能、膀胱壁注射A 型肉毒毒素、膀胱植入起搏器等，但均不能解決根本問題。近年研究發現，采用MSCs 治療糖尿病神經源性膀胱可干預其病理生理自然發病過程，進而緩解、逆轉病情，部分膀胱功能得到恢復，相關可能機制包括：①BMSCs 改善胰島β 細胞，控制血糖、保護神經細胞功能；②MSCs 具有分化為尿道上皮細胞、平滑肌細胞、神經纖維的潛力，進而可修復膀胱和尿道的功能［23］；③MSCs 合成分泌表皮生長因子（EGF）、多種神經營養因子，抑制炎性免疫應答；④MSCs穩定表達神經生長因子，改善膀胱的微環境及膀胱功能［24］；⑤MSCs 能增加膀胱中彈性蛋白的含量，可進一步改善排尿功能。

MSCs 用于糖尿病神經源性膀胱的治療應考慮MSCs類型、數量、尿流動力學特點、病變進展的病理生理階段等綜合因素，以制定最佳移植途徑，而且MSCs 用藥安全性及具體分子調控機制需進一步研究。

綜上所述，糖尿病及相關并發癥危害巨大，目前傳統治療效果有限，且價格昂貴。近年伴隨干細胞的深入研究，利用干細胞治療恢復胰島功能為糖尿病患者帶來新的希望。其中MSCs 具備強力自我增殖、分化潛能、免疫調節等特點，且易于在體外分離和擴增，培育周期較短，免疫原性低，免疫排斥少，作為成體干細胞規避了倫理問題，使其成為細胞治療的理想選擇，但目前用于T2DM 及并發癥研究大部分仍處于臨床前研究階段。同時MSCs 治療存在的遺傳不穩定性、致腫瘤可能性等潛在風險限制了其在再生醫學中的應用，下一步需要建立MSCs 標準化生產流程，需要進一步探究干細胞治療的最佳細胞傳遞途徑、給藥劑量、給藥間隔、給藥頻率、應用年齡節點等最適方案，或者需要對不同的物種行平行重復試驗發現新的免疫調節方法，或者對MSCs 預處理以促進巨噬細胞極化、促進自噬改善代謝，或者針對不同來源干細胞優缺點分階段使用發揮優勢、縮小劣勢［25］，或多次足量序貫輸注抑制胰島β 細胞凋亡［26］，或聯合降糖藥物［27］保持血糖穩態情況下更好地發揮干細胞的再生修復作用，或利用交感神經介質去甲腎上腺素逆轉高糖情況下誘導的MSCs 凋亡［28］，或進一步發掘像MSCs 衍生的外泌體及與之聯合［29］等新的治療方法。