近期，國際期刊雜志“Stem Cell Research & Therapy”發(fā)表了一篇“干細(xì)胞療法治療1型糖尿病的現(xiàn)狀：評論與前瞻性思考”的文獻綜述。在這篇文章中，批判性評價僅限于關(guān)鍵實驗結(jié)果和相關(guān)臨床試驗。目的是找出在干細(xì)胞治療糖尿病變得可靠和可重復(fù)之前必須克服的局限性。作為細(xì)胞療法的替代方案，干細(xì)胞衍生細(xì)胞外囊泡(EVs)的使用被視為未來的一種可能性。
干細(xì)胞治療1型糖尿病的現(xiàn)狀：未來我們期盼什么？
什么是1型糖尿病
糖尿病（DM）是一種代謝性疾病，是一個主要的健康問題。1型糖尿病（T1DM）患者體內(nèi)胰島素分泌不足，而2型糖尿病（T2D）患者則無法利用胰島素。與1980年的1.08億人相比，2014年全球有超過4億人患有糖尿病。如果這一趨勢持續(xù)下去，預(yù)計到2045年，這一數(shù)字將增至6億多。其中，T1DM約占10%。
1型糖尿病的發(fā)病機制涉及自身免疫介導(dǎo)的對胰島中產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞的破壞。支持T1DM發(fā)病的自身免疫基礎(chǔ)的證據(jù)包括胰島周圍和胰島內(nèi)出現(xiàn)淋巴細(xì)胞浸潤，以及出現(xiàn)針對多種胰島自身抗原的自身抗體。隨著β細(xì)胞數(shù)量的減少，胰島素分泌也隨之減少，直到可用的胰島素不足以維持正常的血糖水平。外源性胰島素是治療T1DM患者的主要方法。雖然胰島素治療可以維持適當(dāng)?shù)难强刂疲谠S多患者中卻無法預(yù)防微血管并發(fā)癥。
此外，胰島素輸送不準(zhǔn)確會導(dǎo)致血糖控制不佳和/或低血糖。胰島移植可以有效治療T1DM患者。盡管效果良好，但胰島移植的主要問題是需要免疫抑制和供體稀缺。另外，干細(xì)胞衍生的胰島素分泌細(xì)胞可以提供無限的供應(yīng)。
為此，胚胎細(xì)胞、新生兒細(xì)胞、誘導(dǎo)多能細(xì)胞和間質(zhì)/基質(zhì)細(xì)胞治療1型糖尿病的臨床應(yīng)用已有報道，并成為多篇系統(tǒng)綜述的主題。
多能干細(xì)胞與1型糖尿病
人類多能干細(xì)胞（hPSCs）包括胚胎干細(xì)胞（hESCs）和人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）。胚胎干細(xì)胞（hESCs）來源于胚胎內(nèi)部細(xì)胞團，而人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）則是通過體細(xì)胞重編程產(chǎn)生的。然而，與hESCs相比，使用hiPSCs需要考慮的倫理問題更少。此外，hiPSCs還提供了使用自體細(xì)胞的機會，因此可以避免異源免疫反應(yīng)。一些研究報道了hESCs和hiPSCs之間的一些差異。這些差異包括基因表達譜、DNA甲基化等表觀遺傳修飾和遺傳穩(wěn)定性。
人類多能干細(xì)胞分化產(chǎn)品的臨床移植
hESC衍生的IPC移植面臨兩大挑戰(zhàn)：免疫原性和致畸性。因此，這些細(xì)胞的移植需要將它們封裝在免疫隔離裝置內(nèi)和/或使用免疫抑制劑。為此，ViaCyte開發(fā)了一種免疫保護裝置。該裝置裝載有源自hESC的PEC。數(shù)據(jù)表明，皮下移植這種組合[VC-01TM]可以控制嚙齒類動物化學(xué)誘導(dǎo)的糖尿病。
完全分化的IPC由Vertex Pharmaceutical Incorporated（美國馬薩諸塞州波士頓）從同種異體多能干細(xì)胞開發(fā)而來。在I/II期開放標(biāo)簽臨床試驗（NCT04786262）中，納入了兩名低血糖意識受損的1型糖尿病患者。IPC被移植到門戶系統(tǒng)中。還必須給予免疫抑制劑。
Vertex公布了第一名患者的早期令人印象深刻的數(shù)據(jù)。第270天，患者實現(xiàn)胰島素獨立，HbA1c水平為5.2%。第二位患者的結(jié)果則沒有那么好。到第150天，外源胰島素需求僅減少了30%，HbA1c變?yōu)?.1%。不過，結(jié)果尚未公布。目前，Vertex計劃再招募17名患者。這種治療的缺點是必須進行免疫抑制。實際上，頻繁施用胰島素與使用免疫抑制劑之間存在權(quán)衡。
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間充質(zhì)干細(xì)胞治療1型糖尿病
間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過多種機制發(fā)揮其治療作用。它們可以定位損傷部位并支持胰島的修復(fù)。間充質(zhì)干細(xì)胞還增強胰島移植物血管化。通過其免疫調(diào)節(jié)功能，它們可以為早發(fā)T1DM提供治療手段。受這些有前景的特性的推動，多項臨床試驗對MSC治療DM的用途進行了評估。
- 胡等人將29名患者隨機分組如下：15名接受沃頓膠衍生間充質(zhì)干細(xì)胞靜脈注射，14名接受常規(guī)治療并作為對照。作者報告稱，接受間充質(zhì)干細(xì)胞治療的患者的平均C肽水平有所增加，胰島素需求量有所下降。
- Carlsson及其同事在10名患者中使用了自體骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞。研究人員報告稱，在1年的隨訪中，混合膳食耐受性測試中的C肽反應(yīng)有所增加。
- 在Araujo及其同事的一項試驗中，13名患者被隨機分配如下：8名接受同種異體AT衍生的MSC和維生素D，5名作為對照。干預(yù)三個月后，MSC治療組的胰島素需求量和HbA1c水平較低。
- 伊扎迪等人用自體骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞治療了11名患者。他們報告說，早期診斷的T1DM中的間充質(zhì)干細(xì)胞治療改善了HbA1c和C肽水平。還觀察到促炎細(xì)胞因子向抗炎細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)變。
- 卡爾森等人使用臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療10名早發(fā)性T1DM患者。他們報告說，治療組的胰島素需求量沒有變化，而對照組的胰島素需求量中位數(shù)增加了10單位/天。他和同事最近報告了對隨機對照試驗進行徹底系統(tǒng)回顧和薈萃分析的結(jié)果，這些試驗測試了MSC在糖尿病患者中的臨床療效和安全性。
這些作者確定了176篇全文論文。然而，169項研究被排除在外，因為它們涉及非人類實驗或沒有隨機化和對照。據(jù)報道，間充質(zhì)干細(xì)胞輸注改善了HbA1c水平，但空腹血糖或C肽水平?jīng)]有顯著差異。盡管這些研究證明全身性間充質(zhì)干細(xì)胞給藥對于治療早發(fā)性1型糖尿病具有潛在益處，但仍存在大量不確定性，無法得出最終結(jié)論。間充質(zhì)干細(xì)胞來源不均勻，細(xì)胞劑量可變且患者數(shù)量有限。鑒于這些局限性，需要進行大量高質(zhì)量、大規(guī)模隨機研究才能提供明確的結(jié)論。
為了利用其免疫調(diào)節(jié)功能，最近的一些報告將間充質(zhì)干細(xì)胞與胰島聯(lián)合移植。王等人。從三名計劃接受胰島自體移植的慢性胰腺炎患者身上采集骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞。通過門靜脈將胰島與間充質(zhì)干細(xì)胞共同移植。作者報告說該過程是安全的。與對照組相比，患者的12個月空腹血糖水平較低，生活質(zhì)量較好。
干細(xì)胞療法治療1型糖尿病的挑戰(zhàn)和局限性
多能干細(xì)胞衍生的IPC面臨兩個重要問題：異體免疫反應(yīng)及其腫瘤發(fā)生的可能性。
將其封裝在免疫隔離裝置中或使用免疫抑制是必要的。封裝有其固有的缺點。需要進一步改進現(xiàn)有的封裝系統(tǒng)。必須避免細(xì)胞缺氧，并確保有足夠的血管。還必須盡量減少異物組織反應(yīng)引起的囊周纖維化。如果這些問題得不到解決，在封裝裝置內(nèi)進行細(xì)胞移植將很難取得令人滿意和有意義的結(jié)果。終生需要使用免疫抑制劑會產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用。此外，一些已使用的免疫抑制劑會導(dǎo)致糖尿病。表1概述了干細(xì)胞衍生的IPC。
| 起源細(xì)胞 | 分化實驗方案 | 分化所需時間（天） | 差異化產(chǎn)品 | 臨床試驗 | 移植部位 | 封裝 | 免疫抑制 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 胚胎干細(xì)胞 | [ 11 , 12 ] | 14 | 胰腺祖細(xì)胞 | 是 [ 19 ] NTC：02239354 | 皮下 | 是（VC-01） | 不 |
| 多能干細(xì)胞 | [ 13 , 15 , 16 , 17 ] | 14 | 胰腺祖細(xì)胞 | 是 [ 21 , 22 ] | 皮下 | 是（VC-02） | 是的 |
| 多能干細(xì)胞 | [ 8 , 98 ] | 30–36 | 胰島素產(chǎn)生細(xì)胞 (VX-880) | 是的* | 門戶內(nèi) | 不 | 是的 |
| 間充質(zhì)基質(zhì)/干細(xì)胞 | [ 61 , 63 , 64 , 65 , 66 ] | 10–21 | 產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞 | 不僅僅在嚙齒動物中進行實驗 [ 61 , 65 ] | 腎被膜下 | 不 | 不 |
最后，無論干細(xì)胞來源的IPC的來源如何，都必須解決其他問題。必須量化實現(xiàn)胰島素獨立所需的細(xì)胞數(shù)量，并且還應(yīng)確定它們的功能壽命。
前景：間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體？
細(xì)胞外囊泡（EVs）是細(xì)胞（包括間充質(zhì)干細(xì)胞）自然釋放的膜囊泡。它們被包裹在脂質(zhì)雙分子層中，由于不含功能性細(xì)胞核，因此無法復(fù)制。大小在30-100nm范圍內(nèi)的EV被稱為外泌體（exosomes），該術(shù)語由Trams等人提出。外泌體是唯一一類已知由內(nèi)泌體通過內(nèi)泌體膜內(nèi)陷形成多泡體（MVBs）而衍生的EVs。外泌體通過多囊體與質(zhì)膜的融合釋放出來。
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眾所周知，外泌體是細(xì)胞物質(zhì)從分泌細(xì)胞到受體細(xì)胞的單向輸送器，可調(diào)節(jié)受體細(xì)胞的功能。這可以通過接觸信號、外泌體在靠近信號源的地方釋放或內(nèi)分泌信號來實現(xiàn)，外泌體隨后通過血液進行系統(tǒng)運輸，向遠端發(fā)揮作用。因此，間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體已作為一種無細(xì)胞療法用于治療各種病癥。
間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體與糖尿病
作為細(xì)胞療法的替代方案，MSC衍生的外泌體在治療DM中的潛在作用已在多項實驗研究中得到探索。
He等人從人臍帶干細(xì)胞中制備外泌體。他們通過使用高脂肪飲食并隨后給予鏈脲佐菌素（STZ）在大鼠中建立了T2DM模型。通過尾靜脈靜脈注射外泌體，劑量為10mg/kg，溶于200μlPBS，每3天一次，持續(xù)2個月。施用外泌體或植入人MSC后血糖水平顯著降低。腹膜內(nèi)葡萄糖耐量試驗（IPGTT）和腹膜內(nèi)胰島素耐量試驗（ITT）顯示，外泌體給藥改善了葡萄糖代謝并增加了胰島素敏感性。此外，外泌體處理后自噬相關(guān)蛋白增加。作者認(rèn)為外泌體通過促進自噬改善葡萄糖和脂質(zhì)代謝。
EV作為細(xì)胞療法的替代品
關(guān)于利用EVs診斷和治療糖尿病或其并發(fā)癥的臨床前研究已成為多篇綜述的主題。
2014年，ClinicalTrials.gov僅發(fā)布了一項臨床試驗（NCT0213833）。自那以后，沒有公布或報告任何結(jié)果。
與此同時，干細(xì)胞療法的經(jīng)驗很普遍，并在不斷優(yōu)化。然而，使用外泌體可避免細(xì)胞療法的幾個相關(guān)問題，特別是壞死和免疫排斥反應(yīng)。由于外泌體沒有細(xì)胞核，因此不會致畸。外泌體可以儲存，并可作為現(xiàn)成的治療工具及時提供。外泌體通過靜脈注射給藥，無需侵入性程序即可重復(fù)使用。此外，外泌體具有自主靶向能力，可被設(shè)計為特定分子的載體。然而，由于缺乏制備或表征EVs的標(biāo)準(zhǔn)化方法，EVs的治療應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性。此外，作為外泌體生產(chǎn)來源的間充質(zhì)干細(xì)胞是異質(zhì)性的。
因此，制備的樣本可能包含多種EV亞型的混合物。Witwer等人強調(diào)，有必要將國際細(xì)胞治療學(xué)會提出的鑒定間充質(zhì)干細(xì)胞的最低標(biāo)準(zhǔn)和國際細(xì)胞外囊泡學(xué)會的建議（2018年更新）結(jié)合起來。通過這種方式，可以確定制備和表征EVs的框架。由于間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的EVs尚未實現(xiàn)全球標(biāo)準(zhǔn)化，因此應(yīng)使用可重復(fù)的檢測方法，通過物理、生化和功能屬性來定義最終產(chǎn)品。
總結(jié)
過去十年，干細(xì)胞治療糖尿病取得了重大進展。然而，在可靠地利用細(xì)胞療法治療糖尿病之前，仍有一些障礙和挑戰(zhàn)需要克服。
我們的目標(biāo)是在沒有封裝、免疫抑制或基因操作的情況下成功進行細(xì)胞移植。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，使用間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的IPC帶來了一線希望。與ESCs和iPSCs相比，間充質(zhì)干細(xì)胞的致畸風(fēng)險微乎其微。實驗證據(jù)表明，異基因移植這些細(xì)胞不會引起免疫反應(yīng)，這可能是基于未分化群體的免疫調(diào)節(jié)功能。間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的IPC可進一步增強免疫調(diào)節(jié)功能，以克服T1DM患者的自身免疫反應(yīng)。間充質(zhì)干細(xì)胞臨床應(yīng)用的缺點是其異質(zhì)性，這取決于其獲取來源以及供體之間的差異。
目前正在嘗試將其標(biāo)準(zhǔn)化。皮下組織是細(xì)胞移植的最佳部位。但必須解決血管通透性差的問題。目前，我們的實驗室正在測試間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的IPC皮下移植模型。細(xì)胞被移植到纖維蛋白基質(zhì)中。此外，我們還同時移植了一個小型支架用于藥物輸送（圖1）。
細(xì)胞被移植到生物基質(zhì)內(nèi)。共同移植一個小支架用于藥物輸送。氧氣滿足即時需求，VEGF誘導(dǎo)早期血管形成，煙酰胺保持胰島活力，Exendin促進體內(nèi)進一步分化
外泌體是一種令人興奮的治療選擇。我們認(rèn)為，與源自未分化MSC的外泌體相比，源自IPC的受過改造的外泌體可能提供更好的治療效果。我們的實驗室正在進行探索這一概念的實驗（圖2）。
外泌體從幼稚MSC（未受改造的外泌體）或分化的IPC（受教育的外泌體）的條件培養(yǎng)基中回收，并靜脈注射到STZ糖尿病小鼠中。結(jié)果與腎被膜下細(xì)胞移植進行比較
最后，必須強調(diào)的是，只有當(dāng)功能結(jié)果優(yōu)于新發(fā)現(xiàn)的藥物或不斷改進的閉環(huán)胰島素泵時，細(xì)胞或外泌體療法對胰島素依賴型糖尿病患者才有意義且具有臨床合理性。
參考資料：Ghoneim, M.A., Gabr, M.M., El-Halawani, S.M. et al. Current status of stem cell therapy for type 1 diabetes: a critique and a prospective consideration. Stem Cell Res Ther 15, 23 (2024). https://doi.org/10.1186/s13287-024-03636-0
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