1、干细胞治疗糖尿病现状与展望干细胞治疗糖尿病现状与展望国家人类基因组转化医学中心国家人类基因组转化医学中心 亓爱杰亓爱杰1.糖尿病分型、发病机制及治疗现状糖尿病分型、发病机制及治疗现状干细胞独特的生物学特性及分类干细胞独特的生物学特性及分类3. 3.干细胞在糖尿病治疗领域的应用干细胞在糖尿病治疗领域的应用4. 4.存在的问题及展望存在的问题及展望1 1型糖尿病发病机制型糖尿病发病机制遗传遗传环境环境胰岛素缺乏胰岛素缺乏1 1型糖尿病型糖尿病自身免疫性抗体产生自身免疫性抗体产生 细胞破坏细胞破坏廖二元等.内分泌学,2004,1436-14381 1型糖尿病的特征型糖尿病的特征遗传遗传（ 细胞缺陷）
2、细胞缺陷）2 2型糖尿病发病机制型糖尿病发病机制环境因素环境因素（肥胖、生活方式等（肥胖、生活方式等）2 2型糖尿病型糖尿病胰岛素抵抗胰岛素抵抗胰岛素分泌不足胰岛素分泌不足胰岛素相对缺乏胰岛素相对缺乏廖二元等.内分泌学,2004,1438-14462 2型糖尿病的特征型糖尿病的特征环境因素环境因素病毒感染病毒感染自身免疫自身免疫遗传因素遗传因素环境因素环境因素肥胖肥胖营养卫生营养卫生体力活动体力活动糖尿病起病糖尿病起病 高血糖及相高血糖及相关临床表现关临床表现 并发症及并发症及相关表现相关表现视网膜病变视网膜病变肾病变肾病变动脉粥样硬化动脉粥样硬化神经病变神经病变失明失明肾功能衰竭肾功能衰竭心
3、肌梗死心肌梗死卒中卒中截肢截肢（死亡）（死亡）致残致残刘新民主编.实用内分泌学（第3版）.人民军医出版社.P1221，图31-11 1型糖尿病型糖尿病2 2型糖尿病型糖尿病（晚期）（晚期）糖尿病前期糖尿病前期 糖尿病期糖尿病期 糖尿病并发症期糖尿病并发症期 糖尿病致死糖尿病致死 或致残期或致残期1. 1.皮下注射胰岛素皮下注射胰岛素 1 1 型及部分型及部分2 2 型型 疗效果不理想，难以阻止并发症发生及发展疗效果不理想，难以阻止并发症发生及发展2. 2.植入胰岛植入胰岛 细胞或其替代物细胞或其替代物 已丧失胰岛细胞功能已丧失胰岛细胞功能 * *供体细胞来源不足供体细胞来源不足 * *免疫排斥
4、反应免疫排斥反应（移植后患者终身服用免疫抑制剂，体内功能性胰岛细胞可能移植后患者终身服用免疫抑制剂，体内功能性胰岛细胞可能受到胰岛自身免疫反应的攻击，伴促炎性细胞因子的出现、胰岛受到胰岛自身免疫反应的攻击，伴促炎性细胞因子的出现、胰岛细胞凋亡率增加）细胞凋亡率增加） * *移植后患者五年内的病情缓解率小于移植后患者五年内的病情缓解率小于10%10%3 3. .干细胞干细胞 胰岛胰岛 细胞替代物细胞替代物 具有极强的自我更新能力和多向分化潜能的细胞具有极强的自我更新能力和多向分化潜能的细胞治疗现状治疗现状干细胞干细胞ScienceScience 、TimeTime于于19991999年、年、20
5、002000年、年、20072007年，年，20082008年多次将干细胞技年多次将干细胞技术评为世界十大科学成就之一。术评为世界十大科学成就之一。胚胎干细胞胚胎干细胞iPSiPS干细胞干细胞成体干细胞成体干细胞自我复制自我复制多向分化多向分化2 2、替代和修复死亡或损伤的细胞、替代和修复死亡或损伤的细胞1 1、干细胞通过血液循环植入，、干细胞通过血液循环植入， 或直接植入受损的组织或直接植入受损的组织3、激发自身体内干细胞来修复、激发自身体内干细胞来修复ISSCRISSCR关于干细胞技术定义关于干细胞技术定义成体干细胞骨髓来源前体祖细胞间充质干细胞造血干细胞内皮祖细胞脂肪来源间充质干细胞其它
6、来源心肌干细胞神经干细胞脐血造血干细胞脐带间充质干细胞外周血干细胞胚胎干细胞iPS iPS (1)(1)胚胎干细胞胚胎干细胞干细胞根据起源分类干细胞根据起源分类(2)(2)成体干细胞成体干细胞具有全能性，能分化为体内所具有全能性，能分化为体内所有的组织和器官，如血液细胞、有的组织和器官，如血液细胞、神经细胞、心肌细胞等神经细胞、心肌细胞等分化潜能较弱，通常认为新分化潜能较弱，通常认为新生的干细胞一旦被确定为某生的干细胞一旦被确定为某种细胞类型，就会受到某些种细胞类型，就会受到某些特定编码序列的调控，只能特定编码序列的调控，只能分化成特定的组织细胞。包分化成特定的组织细胞。包括胰腺干细胞、造血干
7、细胞括胰腺干细胞、造血干细胞和其他种子细胞。和其他种子细胞。干细胞的功能性分类干细胞的功能性分类骨髓间充质细胞骨髓间充质细胞神经细胞神经细胞肌肉肌肉脂肪细胞脂肪细胞上皮上皮细胞细胞骨髓骨髓间充间充质干质干细胞细胞心肌心肌细胞细胞1 1、全能干细胞、全能干细胞2 2、万能干细胞、万能干细胞3 3、多功能干细胞、多功能干细胞4 4、单功能干细胞、单功能干细胞干细胞移植的生物学特性干细胞移植的生物学特性（1 1）趋化性）趋化性（2 2）归巢性）归巢性（3 3）迁移性）迁移性（4 4）分化性）分化性（5 5）远合性）远合性 （6 6）抗原性）抗原性干细胞移植治疗疾病的原理干细胞移植治疗疾病的原理1 1
8、、替代和修复死亡和受损伤的细胞、替代和修复死亡和受损伤的细胞2 2、激活休眠和处于抑制状态的细胞、激活休眠和处于抑制状态的细胞3 3、旁分泌作用（分泌神经营养因子、抗凋亡因子等）、旁分泌作用（分泌神经营养因子、抗凋亡因子等）4 4、免疫调控机制、免疫调控机制5 5、促进细胞间电能力、电传导恢复（如间充质干细胞分、促进细胞间电能力、电传导恢复（如间充质干细胞分泌连接蛋白帮助细胞间连接、促进离子通道的开放等）泌连接蛋白帮助细胞间连接、促进离子通道的开放等）* *来源充足来源充足* *低毒性低毒性( (或无毒性或无毒性) ) * *一次给药，长期有效一次给药，长期有效* *自身干细胞移植还可避免产生
9、免疫排斥反应和相自身干细胞移植还可避免产生免疫排斥反应和相关的伦理学争论等。关的伦理学争论等。最好的免疫治疗和基因治疗栽体，是各类最好的免疫治疗和基因治疗栽体，是各类疾病细胞治疗和基因治疗的首选靶细胞疾病细胞治疗和基因治疗的首选靶细胞干干 细细 胞胞 技技 术术 的的 优优 势势具有亚全能分化潜能，在特具有亚全能分化潜能，在特定的体内外环境下，能够诱定的体内外环境下，能够诱导分化成为多种组织细胞。导分化成为多种组织细胞。间充质干细胞间充质干细胞MSC具有巨大的体外扩增潜能，易于分离培养，获取方便；在适当的体外微环境的诱导下，具有多向分化潜能。一定数量的MSC通过血管途径迁移到胰腺组织中，并在胰
10、腺组织特定的微环境诱导下分化增殖为胰岛样细胞，替代损伤的胰岛细胞分泌胰岛素；同时MSC 还具有强大的细胞因子分泌和免疫调节功能，使损伤或部分损伤的胰岛细胞修复。 具有很强的自我更新能力和分化潜能，具有很强的自我更新能力和分化潜能，能诱导分化为含有能诱导分化为含有 、 和和 胰岛细胞胰岛细胞, , 将其移入糖尿病模型鼠后将其移入糖尿病模型鼠后, ,能够逆转糖能够逆转糖尿病病情，从而为治疗尿病病情，从而为治疗型糖尿病提型糖尿病提供了新的胰岛资源。供了新的胰岛资源。W eir 等分离人胰管细胞培养，成功分离出了胰腺干细胞，并将等分离人胰管细胞培养，成功分离出了胰腺干细胞，并将其分化为既含胰管细胞又含
11、胰岛细胞的细胞群，后者能分泌胰其分化为既含胰管细胞又含胰岛细胞的细胞群，后者能分泌胰岛素，其分泌量随着浓度的增高而增多，用免疫组化等方法证岛素，其分泌量随着浓度的增高而增多，用免疫组化等方法证明了这些细胞群含有胰岛的所有细胞类型。明了这些细胞群含有胰岛的所有细胞类型。美国科学家从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛管中分离出美国科学家从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛管中分离出胰岛干胰岛干细胞细胞，并在体外诱导分化成能产生胰岛素的细胞。移植实验表，并在体外诱导分化成能产生胰岛素的细胞。移植实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对照组小鼠则明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对照组小鼠则死于糖尿
12、病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。死于糖尿病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。S hah S hah 等将胰岛素原基因通过腺病毒转染造血干细胞等将胰岛素原基因通过腺病毒转染造血干细胞, , 并并将这些干细胞静脉注射到糖尿病大鼠中将这些干细胞静脉注射到糖尿病大鼠中, , 使其血糖水平恢使其血糖水平恢复正常，并在多脏器组织中有前胰岛素原基因表达，说复正常，并在多脏器组织中有前胰岛素原基因表达，说明注射前胰岛素原基因转染的造血干细胞可以短期使糖明注射前胰岛素原基因转染的造血干细胞可以短期使糖尿病病情好转。尿病病情好转。 K ang K ang 等将转基因小鼠骨髓移植入糖尿病鼠体内，通过骨等
13、将转基因小鼠骨髓移植入糖尿病鼠体内，通过骨髓扩增，有效阻止了糖尿病复发，并从同种基因供体鼠来髓扩增，有效阻止了糖尿病复发，并从同种基因供体鼠来源的胰岛和造血细胞注入糖尿病鼠，一半的糖尿病鼠好转，源的胰岛和造血细胞注入糖尿病鼠，一半的糖尿病鼠好转，因此同种骨髓移植可以治疗自身糖尿病因此同种骨髓移植可以治疗自身糖尿病, , 而这些骨髓产生细而这些骨髓产生细胞能够分化为胰岛功能细胞。胞能够分化为胰岛功能细胞。nBlyszczuk Blyszczuk 等证实神经干细胞和骨髓干细胞通过化学诱导和转等证实神经干细胞和骨髓干细胞通过化学诱导和转基因的方法形成分泌胰岛素的基因的方法形成分泌胰岛素的 细胞。细胞
14、。nB urns B urns 等从胎鼠脑中分离神经干细胞，体外扩增并诱导分化等从胎鼠脑中分离神经干细胞，体外扩增并诱导分化表达前胰岛素原表达前胰岛素原m R N A , m R N A , 显示了典型的胰腺显示了典型的胰腺 细胞的功能应细胞的功能应答及新陈代谢中葡萄糖依赖性的增加，说明神经干细胞有分答及新陈代谢中葡萄糖依赖性的增加，说明神经干细胞有分化成化成 细胞来治疗糖尿病的潜能。细胞来治疗糖尿病的潜能。nC henC hen也证实骨髓基质干细胞诱导分化的胰岛样功能细胞能够也证实骨髓基质干细胞诱导分化的胰岛样功能细胞能够作为一种新的干细胞治疗方法在临床上治疗糖尿病。作为一种新的干细胞治疗方
15、法在临床上治疗糖尿病。nLu Lu 等将人胰岛素基因通过逆转录病毒转染人骨髓间充质干细等将人胰岛素基因通过逆转录病毒转染人骨髓间充质干细胞，结果显示这些体外培养的细胞能够稳定的分泌胰岛素，胞，结果显示这些体外培养的细胞能够稳定的分泌胰岛素，并且持续并且持续3 3 周以上。周以上。理想的理想的细胞替代物必需具有以下特点细胞替代物必需具有以下特点: 1. 1. 表达葡萄糖激酶和葡萄糖转运子表达葡萄糖激酶和葡萄糖转运子2 ; 2 ; 2. 2. 低表达高亲和力的己糖激酶；低表达高亲和力的己糖激酶； 3. 3. 表达激素原转换酶表达激素原转换酶PC2 PC2 、PC3 ,PC3 ,能将胰岛能将胰岛素原
16、有效地加素原有效地加 工成胰岛素工成胰岛素; ; 4. 4. 能将胰岛素释放入细胞外的分泌系统；能将胰岛素释放入细胞外的分泌系统；综上所述综上所述,由干细胞诱导分化的由干细胞诱导分化的细胞是糖尿病细胞是糖尿病细胞治疗的最佳种子细胞。细胞治疗的最佳种子细胞。 干细胞独特的生物学特性、极强的自我更新能干细胞独特的生物学特性、极强的自我更新能力及多向分化潜能无疑是获得大量胰岛力及多向分化潜能无疑是获得大量胰岛 细胞细胞的最佳种子细胞。的最佳种子细胞。可极大地解决胰岛细胞来可极大地解决胰岛细胞来源不足的问题。源不足的问题。近几年，胰岛细胞移植治疗糖尿病，使一些人能脱离胰近几年，胰岛细胞移植治疗糖尿病，
17、使一些人能脱离胰岛素治疗，血糖控制时间达岛素治疗，血糖控制时间达1 年以上。遗憾的是年以上。遗憾的是，胰岛，胰岛细胞移植仍面临两大难题：供者来源不足细胞移植仍面临两大难题：供者来源不足、严重的免疫、严重的免疫排斥反应等。排斥反应等。 干细胞是基因治疗的最理想靶细胞。对于糖干细胞是基因治疗的最理想靶细胞。对于糖尿病患者来说尿病患者来说，仅输入足够数量的胰岛细胞并不能仅输入足够数量的胰岛细胞并不能达到治疗效果。来源于自体干细胞的胰岛细胞在植达到治疗效果。来源于自体干细胞的胰岛细胞在植入入1 1 型糖尿病患者体内后型糖尿病患者体内后，仍会受到免疫攻击仍会受到免疫攻击，而而如果采用同种异体的细胞进行移
18、植也同样会遭受免如果采用同种异体的细胞进行移植也同样会遭受免疫排斥反应。对干细胞进行基因修饰疫排斥反应。对干细胞进行基因修饰, ,可避免免疫排可避免免疫排斥反应的攻击斥反应的攻击。 干细胞的另一优势在于其分化的胰岛细胞可干细胞的另一优势在于其分化的胰岛细胞可以发挥对血糖的生理性调节作用。通过对非以发挥对血糖的生理性调节作用。通过对非 细胞细胞( (如肝细胞、垂体细胞、成纤维细胞等如肝细胞、垂体细胞、成纤维细胞等) ) 进行基因进行基因修饰，虽然可以使它们分泌胰岛素修饰，虽然可以使它们分泌胰岛素, ,但这些细胞并但这些细胞并不能精确的模拟不能精确的模拟 细胞发挥生理性的调节作用。细胞发挥生理性的
19、调节作用。 用于临床的干细胞来源用于临床的干细胞来源l自体外周血自体外周血l自体骨髓自体骨髓l胎儿附属物（脐血、脐带、羊膜等）胎儿附属物（脐血、脐带、羊膜等）Whartons 胶胶* *在细胞增殖方面优于在细胞增殖方面优于 * 巴西圣保罗大学治疗15例1型糖尿病患者，结果14例停用胰岛素，虽然其中2例在1年后恢复胰岛素治疗，但胰岛素用量仍显著降低。但这也是目前已知的、全球最大的、随访时间最长的关于干细胞治疗糖尿病的研究数据。 * 2009年4月14日美国医学会杂志（JAMA）发表了一项巴西最新研究结果，新诊断1型糖尿病患者（23例）接受平均29.8周的造血干细胞移植（HSCT）治疗后，C肽水平
20、显著升高，大多数患者成功摆脱了对胰岛素的依赖n2008-20112008-2011年共进行年共进行120120例糖尿病患者的临床研究，移植前例糖尿病患者的临床研究，移植前与移植后皮下胰岛素与移植后皮下胰岛素( (诺和灵、诺和灵诺和灵、诺和灵) )注射总量平均注射总量平均为为5656, ,n85%85%患者于移植后第患者于移植后第1414日开始减量日开始减量, ,移植后第移植后第3030天胰岛素天胰岛素3030。n1818例病人停用胰岛素，时间超过例病人停用胰岛素，时间超过2424个月。个月。沈山梅李莉蓉周士海冯文焕许景艳欧阳建朱大龙.自体造血干细胞移植治疗1型糖尿病附一例报告. 中国糖尿病杂志2008年第16卷第9期 干细胞定向分化为胰岛干细胞定向分化为胰岛 细胞的研究虽然处于刚起细胞的研究虽然处于刚起步阶段，但已显示出重要研究价值。它作为治疗糖尿步阶段，但已显示出重要研究价值。它作为治疗糖尿病的最佳种子细胞不但能避免糖尿病严重的并发症，病的最佳种子细胞不但能避免糖尿病严重的并发症，还为糖尿病患者点燃了治愈的希望还为糖尿病患者点燃了治愈的希望, ,虽然目前存在一些虽然目前存在一些问题问题, ,但随着干细胞生物学的发展但随着干细胞生物学的发展, , 相信将来肯定能克相信将来肯定能克服以上困难服以上困难, ,用细胞治疗攻克糖尿病。用细胞治疗攻克糖尿病。
