糖尿病與間充質幹細胞不得不說的故事

作為活的細胞，間充質幹細胞（MSC）必定會與機體內的微環境進行信息交流後做出應答，包括MSC本身的改變和MSC對微環境的改變。常見的疾病狀態下的微環境為缺血缺氧和炎症。但是糖尿病患者的機體微環境遠複雜於缺血缺氧和炎症，故在此單獨闡述。

引言

機體內的MSC廣泛存在於基質中和血管周，甚至曾認為MSC屬於周細胞（pericyte）[1, 2]。大量的研究顯示MSC分泌多種營養性因子或生長因子，通過旁分泌作用促進多種細胞的存活[3-7]。MSC還能減少炎症和減少組織細胞的凋亡[8]，促進內源性組織器官的干祖細胞的增殖[9, 10]，從而達到修復組織器官的效果。那麼機體自身MSC是否受到損傷，很大程度上決定機體自我修復功能是否健全。

第一部分：

糖尿病整體環境損傷MSC

糖尿病的病理生理很複雜，血糖控制不好，容易累及多器官病變。糖尿病患者最基本的病理改變在於晚期糖基化終末產物（AGEs）的積累增多所致。AGEs形成後，通過介導胞內線粒體呼吸鏈蛋白的糖基化，產生過多的活性氧簇（ROS），氧自由基損傷胞內的內質網，同時損傷細胞膜，從而引起慢性炎症反應[11-14]。長期的慢性炎症損傷患者自體MSC，使得自體MSC的增殖能力下降，難於獲得足夠的MSC細胞數來回輸治療[15]，而且患者自體MSC的生長因子和細胞因子分泌數量和種類減少，導致自體MSC抗纖維化、消炎能力和促進血管新生能力受到損傷[15-17]。

AGEs能刺激ROS的長生增多，而ROS對健康MSC亦有直接的損傷，包括損傷MSC的增殖能力、遷移和粘附、細胞因子分泌譜改變、誘導凋亡等[13, 14, 18]，因此，減少幹細胞胞內氧自由基的堆積，有利於保持幹細胞的健康狀態。有意思的是，雖然AGE損傷骨髓MSC的乾性，如果骨髓MSC高表達Nanog和Oct4，那麼I型糖尿病骨髓MSC的抗凋亡能力得到一定的提高，而且阻斷AGE受體介導的信號通路在一定程度上保護了骨髓MSC[19]。

炎症因子TNF-α不僅能通過激活下游的NFκB通路損傷健康骨髓MSC，而且亦能增加糖尿病患者骨髓MSC的凋亡，導致糖尿病患者骨髓MSC的數量減少，阻斷TNF-α的活性有利於恢復糖尿病患者骨髓MSC的促進組織再生的能力[20]。雖然有研究顯示糖尿病大鼠骨髓MSC依然能分泌趨化因子和促進內皮細胞形成血管結構[21]，但是用糖尿病患者的血清培養健康者骨髓MSC，則出現健康MSC的促血管新生能力顯著下降，同時伴隨著趨化能力的下降[22]，其原因可能在於糖尿病患者血液中富含的氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）能損傷骨髓MSC的胞膜，導致MSC死亡，而且抗氧化劑N-乙醯半胱氨酸並不能抵抗氧化低密度脂蛋白對MSC的損傷[23]。

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糖尿病骨髓微環境亦損傷MSC

長期高血糖可以引起長骨骨小梁結構的重構，導致骨髓腔微環境的改變[24]。骨髓微環境的改變能影響到骨髓腔幹細胞龕（niche）的微環境及幹細胞的功能[25]。糖尿病患者的骨髓微環境重構的原因有[25, 26]：①骨微結構改變：脂肪沉澱增多，骨髓MSC成骨分化功能受損導致成骨祖細胞的減少[27-29]；②微血管障礙：骨髓腔內血管通透性改變，導致幹細胞龕出現血液灌注不足[30, 31]；③骨髓神經病變：糖尿病患者骨髓神經病變導致傷害感受無法正常傳遞到骨髓MSC，使得骨髓MSC未能感受到組織損傷的信號，骨髓MSC處於無應答狀態[32]。也有研究顯示是糖尿病骨髓裡面的M1型巨噬細胞增多，限制了骨髓MSC的趨化遷移能力[33]。

動物實驗發現I型糖尿病骨髓MSC抑制免疫反應的能力下降，提示I型糖尿病骨髓微環境對MSC有損傷[34, 35]。但是I型糖尿病患者骨髓MSC的形態、免疫抑制能力和遷移能力均和健康骨髓MSC沒有明顯的差異[26, 36, 37]。和健康骨髓MSC相比，糖尿病小鼠骨髓MSC高分泌炎症介質：ccl-2, ccl-3, ccl-4, IL-6, IκBα, MCP-1/5, MIP-1α/β, MIP-2, TNF-α[16]。比如MIP-1α/β能吸引M1型巨噬細胞（促進炎症的巨噬細胞）趨化到損傷部位[38]，這種促進炎症的巨噬細胞的聚集進一步加劇了組織的損傷和阻礙了損傷後的自體修復[39]。骨髓微環境損傷MSC的修復功能，而MSC無法正常地發揮組織損傷後的修復作用，進而加劇了糖尿病併發症的發展[24]。

生長因子（IGF-1和bFGF）體外培養糖尿病患者骨髓MSC，通過自分泌或旁分泌機制，能促進損傷的MSC分泌多種生長因子，使得增殖能力得到恢復[40]。富血小板血栓釋放上清（platelet rich clot releasate）同樣起到生長因子的作用，促進損傷的MSC的功能恢復[41]。這說明糖尿病骨髓MSC的功能受損是暫時性的和可逆性的，給與恰當的治療干預，能夠逆轉糖尿病骨髓微環境對MSC的損傷。

胰島β細胞替代技術的發展，給I型糖尿病的治療帶來治癒的曙光。但II型糖尿病病生病理比I型糖尿病複雜，而且併發症和致殘率高於I型糖尿病。除了控制血糖外，可能還需要綜合治療，尤其是積極預防併發症的發生。

參考文獻：（略）

第二部分：MSC治療糖尿病的臨床研究

第一部分已經總概述了糖尿病全身性環境和骨髓微環境對MSC的損害性影響。第二部分重點綜述MSC治療糖尿病的臨床研究的成果，但不涉及MSC治療糖尿病併發症。

2010年著名的新英格蘭醫學雜誌發文介紹了中國糖尿病的流行病學情況，糖尿病患者約9千萬，40歲以上的發病率超過10%，其中90%為2型糖尿病[1]。高發病率和高併發症已經嚴重威脅到糖尿病患者生活質量和身體健康，因此，尋求有效降低和穩定血糖的治療方法，以及預防併發症的發生，意義非凡。幹細胞，尤其是間充質幹細胞的出現，其獨特的功能特性迅速被應用於糖尿病的治療研究。

較早時候的動物實驗證明，經過體外誘導培養，間充質幹細胞（MSC）能分化為分泌胰島素的β細胞樣的細胞，降低糖尿病老鼠的血糖水平[2-4]。隨後進一步發現，MSC輸注後，改善胰島β細胞的微環境，比如抑制局部的免疫反應和改善缺血缺氧，能保護胰島β細胞免受進一步的損傷[5, 6]。因此，在MSC治療糖尿病的臨床研究中，MSC存在兩種狀態：①經過誘導培養，能分泌胰島素，②不經過誘導培養。目前的臨床研究中常用糖化血紅蛋白（HbA1c）和胰島素用量這兩個指標來判斷MSC治療糖尿病的療效[7]。

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1 型糖尿病

1型糖尿病屬於自身免疫性疾病的一種，由自身的T細胞異常激活，不斷攻擊胰島的β細胞，使得β細胞凋亡或壞死，從而引起胰島素不足而出現高血糖[8]。阻斷T細胞對β細胞的破壞和促進β細胞的再生，是治癒1型糖尿病的兩個策略，也是1型糖尿病研究的重點方向和巨大的挑戰。

9例臨床研究評估自體骨髓MSC治療1型糖尿病的療效，年齡18-40歲，初診首治患者，給與自體骨髓(2.1-3.6) x 10*6/kgMSC外周靜脈治療；在10周和1年後的時間點，治療組和對照組患者的糖化血紅蛋白（HbA1c）和C-肽沒有差異[9]。

5例1型糖尿病酮症酸中毒患者接受健康異體骨髓MSC和對症處理，其中MSC靜脈輸入，按體重1 x 10*6/kg；1例患者在3個月內無需依賴胰島素，2例患者在2年內胰島素用量減少；MSC治療有效的患者3年內的糖化血紅蛋白（HbA1c）均能維持較低的水平[10]。

28例單純的1型糖尿病患者納入一個隨機對照雙盲臨床研究，所有的患者均給與常規基礎治療，其中的15例患者給與2次臍帶MSC靜脈輸入治療(1.5-3.2 x 10*7)，中間相隔一個月，整個臨床研究觀察了2年，治療組糖化血紅蛋白（HbA1c）水平低於對照組，而且胰島素的使用量下降約50%[11]。

從上述的三個臨床研究的報道來看，暫時可以得出一些結論：①1型糖尿病患者自體骨髓MSC不適合用來自體治療；②健康患者的MSC輸入治療可以降低胰島素的使用量，說明胰島β細胞的數量或功能得到一定的恢復；③臨床研究例數偏少，各研究對照組病情不一致，治療方案不一致，導致結果可能出現偏差。另有Meta分析顯示臍帶MSC治療1型糖尿病的效果優於骨髓MSC，而且在診斷明確後越早治療效果越好[12]。

2 型糖尿病

動物實驗證明了MSC可以治療II型糖尿病，提高胰島素和C-肽的分泌量，增強胰島素的敏感性，降低血糖水平[13, 14]。和MSC治療其他適應症一樣，多次注射MSC能維持較長的療效時間，療效優於單次注射[14]。

2型糖尿病的發病機制複雜，病情進展到體內胰島素相對不足之時，需要額外注射胰島素治療。目前，MSC治療2型糖尿病的出發點在於，經過MSC治療後，患者是否能擺脫胰島素治療？當然，治癒糖尿病依然是一個未來的終極目標。MSC治療2型糖尿病的總體概括見下表。

大部分臨床研究均顯示，MSC輸入治療後，患者胰島素的使用量下降比較明顯，而且效果能維持數月甚至一年半[15-19]。也有臨床研究顯示MSC並不能明顯地提高2型糖尿病患者胰島素的敏感性，不能減少胰島素的使用量[20, 21]。下面逐一詳細彙報各臨床研究的基本情況。

臨床報道

MSC治療有效的臨床報道

一個安慰劑對照的臨床試驗，同時比較評價骨髓MSC（1 x 10*6/kgMSC）和骨髓單個核（MNC，1 x 10*9/人）治療2型糖尿病的療效；治療組每組均10例患者，胰腺動脈介入方法單次輸注治療；1年後，MSC治療組患者的胰島素使用量減半，但是糖化血紅蛋白（HbA1c）和C-肽沒有明顯變化；MNC治療組患者的胰島素使用量也減半，C-肽明顯提高，但是糖化血紅蛋白（HbA1c）沒有明顯變化[15]。

61例（18-60歲）2型糖尿病患者隨機分為2組，治療組給與臍帶MSC治療，每月一次，連續2次，外周靜脈輸入，細胞數為(5.3-8.9) x10*7，觀察評價時間為3年；MSC治療組患者的胰島素使用量同樣下降約50%，同時糖化血紅蛋白（HbA1c）下降明顯，但是1年半以後胰島素使用量和和糖化血紅蛋白（HbA1c）開始緩慢升高；在3年的時間點，治療組的胰島素使用量依然低於對照組，但是糖化血紅蛋白（HbA1c）已經沒有差異[16]。

6例不伴隨併發症的難治性胰島素依賴性2型糖尿病患者（27-51歲），每2周一次，連續2次，給與(0.79-0.95)x 10*6/kg的臍帶MSC外周靜脈注射；觀察周期為2年，1例患者在3個月、2例患者在6個月擺脫胰島素治療，而且C-肽水平隨著升高；剩下3例患者的胰島素使用量在6個月後開始恢復到治療前的水平，甚至有2例超過之前的用量[17]。

10例胰島素依賴性2型糖尿病患者（48-82歲），均有嚴重的心腎血管疾病併發症接受胎盤來源的MSC治療，每月一次，連續3次，外周靜脈輸入，(1.22–1.51)x 10*6/kg；6個月後，患者體內的胰島素水平升高，提示胰島β細胞的功能得到一定程度的恢復，而且4例患者胰島素的使用量減半，所有患者的糖化血紅蛋白（HbA1c）均顯著下降[18]。

22例不伴隨併發症的2型糖尿病患者（18-70歲），17例同時接受口服降糖葯和胰島素治療，先給與外周靜脈輸入臍帶MSC，5天後給與胰腺動脈介入方式輸入同量的MSC，1 x10*6/kg；一個月後，糖化血紅蛋白（HbA1c）和C-肽輕微改善，此後至1年的時間內胰島素用量逐漸減少至一半；雖然胰島素用量一年內持續下降，但一個月後患者的餐後血糖和糖化血紅蛋白（HbA1c）維持穩定水平，HbA1c並不隨著胰島素用量減少而下降，而且治療前後的空腹血糖沒有變化；意外的是，患者體內的CD3+T淋巴細胞和CD4+T淋巴細胞的數量均下降[19]。

MSC治療無效的臨床報道

一個多中心隨機安慰劑對照臨床試驗，不伴隨併發症的2型糖尿病患者，口服降糖葯不能穩定血糖，而且使用胰島素不超過7天；患者單次靜脈注射異體骨髓MSC，根據MSC的細胞數不同分為3組，每組均為15例患者，0.3 x10*6/kg組、1.0 x10*6/kg組、2.0 x10*6/kg組；12周內，2.0 x10*6/kg組的患者糖化血紅蛋白（HbA1c）下降明顯，但是其他觀察指標沒有明顯的改變[20]。這是一個高質量的臨床研究，但是從結果來看，即使給與高劑量MSC（2.0 x10*6/kg）治療，單次注射不能讓2型糖尿病患者明顯收益。

18例不伴隨併發症的2型糖尿病患者（23-65歲），每2周一次，連續3次，給與(1-3) x10*6/kg的臍帶MSC外周靜脈注射；經過MSC治療後，18例患者被分為有效組（8例）和無效組（10例）；在有效組中，空腹血糖和餐後血糖有明顯改善，但胰島素使用量略為下降，從0.96到0.78 IU/day/kg（P=0.085），糖化血紅蛋白（HbA1c）和C-肽沒有明顯變化，Treg細胞含量顯著升高，但其他淋巴細胞亞群沒有明顯變化[21]。

MSC和其他細胞聯合使用

印度的一個研究小組不區分糖尿病的分型，而是直接將11例胰島素依賴性糖尿病患者納入研究組（沒明確指出是哪型糖尿病，就是這麼瘋狂！）；先在體外誘導異體脂肪來源的MSC分泌胰島素，抽取患者骨髓進行造血幹細胞培養8天後，通過手術方法，在腹部大網膜靜脈注射分泌胰島素的MSC和造血幹細胞（HSC）；同時給與患者200cGY連續5天的放射，以預防細胞輸入引發的排異反應（這臨床治療方案也是前無古人後無來者！）；觀察了12個月後，9例患者的胰島素使用量明顯下降，2例患者沒有明顯變化[22]。該研究小組隨後進行一個對照臨床試驗，相同的治療方案，只是研究比較自體幹細胞和異體幹細胞治療1型糖尿病的療效差異；結果發現自體幹細胞治療的患者C-肽升高明顯，而其他的指標都沒有差異[23]。

中國的一個研究小組亦開展相似但相對比較簡單點的研究方案，即臍帶MSC（1.0 x10*6/kg）聯合自體骨髓單個核（BM-MNC，106.8 x10*6/kg）胰腺動脈介入方法單次輸注治療1型糖尿病；1年後，21例患者的糖化血紅蛋白（HbA1c）和胰島素使用量略為下降，分別為HbA1c從平均8.6%降到7.5%，胰島素的用量從0.9降到0.6 IU/day/kg[24]。

總結

從目前的臨床研究的結果來看，「MSC治療糖尿病」此論斷實屬不妥，因為暫時還沒有嚴格的臨床試驗證明MSC可以代替常規降糖葯和胰島素。但是目前的研究都支持MSC可以應用於糖尿病患者，在一定程度上能保護胰島β細胞的功能，提高機體對胰島素的敏感性。胰島素使用量的減少，將給機體帶來什麼好處？MSC的使用是否能維持血糖的穩定性？MSC的使用能否預防或治療併發症？這些問題源於前期探索性臨床研究，需要在未來的臨床研究中解決。

另外，如果在文獻中並沒提及或證明所用的細胞為間充質幹細胞，比如所用細胞為：骨髓幹細胞（單個核細胞，MNC），則不給與引用和討論，因為骨髓幹細胞包含多種明顯異質的細胞群體，而且所含的MSC數量很少。

參考文獻（略）

本文作者東海先生，首發於《間充質幹細胞》。本文經東海先生授權發布。