干細胞生物學的進步見證了一個令人興奮的新研究領域的興起，即再生醫學。再生醫學是轉化研究的多學科分支，旨在修復受損組織以恢復正常的細胞功能。
迄今為止，臨床試驗中最常研究的細胞群包括間充質干細胞/基質細胞 (MSC)。
間充質干細胞的治療潛力基于它們易于分離、分化成多種細胞類型的能力、低免疫原性，以及最重要的是它們釋放的生物因子可減輕受損組織。
間充質干細胞是起源于中胚層的多能細胞，其特征是：
- a) 粘附塑料并自我更新，
- b) 表達特異性表面抗原標記（CD73、CD90、CD105），
- c) 至少具有分化成骨細胞、脂肪細胞或軟骨細胞。
間充質干細胞在體內廣泛分布，因此可以從多種來源分離，包括骨髓、心臟、體液、皮膚和圍產期組織。間充質干細胞通過釋放已知可再生受損細胞和組織的免疫調節和營養因子來對微環境變化（pH值、氧氣、壓力）做出反應。神經退行性和心血管疾病的實驗結果支持了基于細胞的研究的快速發展。迄今為止，中國有365項臨床試驗正在測試間充質干細胞作為一系列醫學病癥的治療劑的效用。
間充質干細胞治療糖尿病的潛力
這篇綜述將總結間充質干細胞在治療糖尿病組織修復中的作用，提供改善間充質干細胞功能的新興策略，并描述這些過程如何轉化為糖尿病的臨床治療。
間充質干細胞的來源
2012年，山中伸彌因發現成熟細胞可以重編程為多能細胞而成為諾貝爾生理學或醫學獎的獲得者之一。這種非凡的技術是一種優秀且易于獲得的自體干細胞來源，可克服細胞/組織排斥問題。骨髓和脂肪組織是間充質干細胞的另一個來源，但它們的缺點是需要侵入性儀器來收集組織。
一種以非侵入性、道德上合理的方式回收間充質干細胞的新興方法，傳統上被認為是醫療廢物，包括胎盤和/或臍帶。此外，與其他MSC組織來源相比，來自這些新生組織的細胞被假定具有更高的增殖和分化能力，以及更高的表達旁分泌因子的能力。
從人臍帶中分離出間充質干細胞
研究表明，可以從臍帶血和沃頓氏膠（臍帶基質）中分離、擴增和冷凍保存MSC。然而，從沃頓氏果凍 (WJ) 中分離MSC的優勢包括：更高的產量、更同質的干細胞群、成功分離MSC的可能性增加以及更好的分化為胰島素生成細胞的能力。已經描述了幾種用于分離WJ-MSC的技術，但是兩種最常見的方法包括臍帶組織的酶消化或外植體培養方法（圖1)。
間充質干細胞治療糖尿病的三大作用機制
間充質干細胞刺激組織修復
眾所周知，MSCs的有益結果是通過生物因子的旁分泌釋放而不是將細胞植入受體組織中產生的。出于本次審查的目的，檢查MSCs再生特性的研究將歸納為以下主要主題：血管發育、抗炎和抗纖維化（圖3）。
VEGF-血管內皮生長因子；ANG-血管生成素；EPO-促紅細胞生成素；HIF-缺氧誘導因子，TNF-腫瘤壞死因子，FAK-粘著斑激酶
血管發育：血管生成，即新血管的形成，是組織傷口愈合的重要過程，許多藥物都將其作為治療心肌缺血、缺血性中風和糖尿病性視網膜病變等疾病的目標。
心臟和腦缺血的臨床前研究支持MSCs通過修復和刺激血管生長改善結構和功能結果的概念。MSCs的血管生成特性是通過釋放缺氧誘導因子、血管內皮生長因子、血管生成素和促紅細胞生成素來介導的。糖尿病周圍血管疾病、皮膚傷口修復和骨壞死的研究支持了MSCs給藥后修復血管損傷的能力。
免疫調節：盡管炎癥是身體對有害刺激的自然反應，但過度或長時間的炎癥應激可能對細胞和組織有害。例如，慢性炎癥現已成為代謝綜合征發病的重要因素。因此，研究人員已開始探索炎癥與MSC治療之間的相互作用。特別是，MSC調節關鍵的炎癥細胞類型，包括T細胞、自然殺傷細胞、B細胞和樹突狀細胞。MSC與這些先天性和適應性免疫細胞的相互作用導致炎癥標志物下調以及保護性細胞因子。
抗纖維化：多個小組已經記錄了MSC的抗纖維化作用。在對 Sprague Dawley大鼠的輻射誘導肺纖維化的研究中，Dong等人表明在全身MSC滴注后促纖維化轉化生長因子-β和腫瘤壞死因子-α減少。
總而言之，越來越多的文獻證明了間充質干細胞可能在內分泌失調中提供的潛在益處。
增強間充質干細胞存活和功能的策略
為了對受損細胞提供再生作用，移植的間充質干細胞必須首先在處理組織的惡劣環境中存活下來。在這個利基市場中，間充質干細胞必須克服各種壓力因素，包括缺氧、炎癥、高酸度和能量儲備減少。延長間充質干細胞存活時間足以提供豐富的恢復因子來源的策略包括：
- i) 預處理細胞（缺氧、機械刺激），
- ii) 對MSCs進行基因改造（病毒轉染以啟動子為目標的小發夾RNA以過度表達/沉默特定蛋白質），
- iii）用生物材料（支架、水凝膠）輸送MSC。這篇簡明的評論將展示兩個戰略性的例子。
缺氧預處理
心肌梗死的臨床前研究表明，心內注射缺氧處理的干細胞可維持周圍心肌細胞的活力，保留心臟功能，并且細胞向受傷心臟的植入率更高。
血管內皮生長因子（遺傳）過度表達
在大鼠心肌梗死模型中，通過轉染病毒載體過度表達血管內皮生長因子 (VEGF)，保護MSC免受細胞死亡、刺激血管生長、改善心臟功能并縮小梗塞面積。
間充質干細胞治療糖尿病的臨床試驗
間充質干細胞的多功能特性已經引起了他們作為糖尿病療法的臨床興趣。迄今為止，已有40多項臨床試驗注冊使用間充質干細胞作為糖尿病治療劑。這些研究的范圍從糖尿病相關的血管并發癥到傷口愈合，甚至包括用于治療新發診斷的間充質干細胞療法。
截至2022年11月25日，60項間充質干細胞治療糖尿病研究已在clinicaltrials.gov上注冊。在這里，我們將總結臨床調查的結果，這些調查涉及使用間充質干細胞的療法治療新發糖尿病和慢性糖尿病。
干細胞治療糖尿病相關案例
2015年，來自瑞典的研究人員 (NCT01068951) 報告了第一項旨在評估自體MSC治療新診斷1型糖尿病患者的安全性和有效性的研究。從患者的髂嵴骨髓中采集干細胞，中位全身單次劑量為2.75 ×106個細胞/kg。他們得出結論，10名患者中的任何一名患者使用MSCs均未導致不良事件，并且在一年的隨訪中提供了有希望的C肽濃度。該I期試驗未顯示對照組和MSC組在血紅蛋白A1c (HbA1c) 或胰島素劑量方面存在任何功能差異。
在中國對患有長期2型糖尿病的患者進行胎盤來源的MSCs的初步研究表明，移植是安全、容易且可能有效的。該調查包括10名病程≥3年、胰島素依賴（≥0.7U/kg/天）至少一年且血糖控制不佳的2型糖尿病患者。受試者平均收到1.35×106/kg胎盤干細胞在三個不同的場合，靜脈輸注之間間隔一個月。治療六個月后，所有患者的胰島素用量和HbA1c測量均顯示出改善趨勢。此外，間充質干細胞治療后C肽和胰島素釋放也更高。
此外，這項研究包括一組更接近實際臨床情況的個體，因為他們還患有其他合并癥，包括心臟病、腎臟疾病和血管并發癥。
最近，研究人員已經開發出分泌胰島素的間充質干細胞，并將它們與造血干細胞一起輸送給I型糖尿病患者。與同種異體移植相比，通過胰腺內途徑進行的自體移植往往在15-24個月時具有改善的C肽和餐后血糖。兩項研究都將干細胞管理視為具有潛在益處的安全程序；然而，需要進行更大規模的研究來證實他們的發現。
表格1總結了一系列利用間充質干細胞治療糖尿病的臨床試驗。
| 作者、年份、MSC 樣本量、國家/地區 | 客觀的 | 納入標準 | MSC來源 | MSC劑量和遞送 | 結果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 蔡等人。(2016) n ?= 21中國1年研究 | 研究聯合UC-MS 和自體骨髓單核細胞移植（無需免疫治療）對確診T1D患者的代謝控制和安全性的潛在益處 | – 18–40歲 – 男女 – T1D病史≥2年且≤16年 – HbA1c≥7.5%且≤10.5% – 空腹血清C肽 <0.1pmol/mL – 每日胰島素需要量<100IU | 來自單月新生兒的臍帶沃頓氏膠來源的MSC +來自髂嵴的自體骨髓單核細胞 | UC-MSC (1 × 106 /kg) BM-MNC (107 × 106 /kg) 胰內 | MSC隊列中 1名患者沒有出現短暫腹痛的嚴重不良事件； 穿刺部位出血1例 MSC組自報低血糖事件較少MSC組 C肽AUC提高 106%，對照組降低 8% MSC組血清胰島素 AUC提高49%，對照組降低6% HbA1c、FBG、胰島素劑量水平在 3、6、9 和12個月時下降，而對照組則保持穩定 |
| 胡等人。(2016) n ?= 31中國3年研究 | 探索T2DM患者輸注WJ-MSCs的長期安全性和有效性，隨訪期36個月 | – 18-60歲患有T2DM – 男女 – 根據ADA進行糖尿病診斷 | 來自單月新生兒的臍帶沃頓氏膠源性MSC – | 兩次靜脈輸注間隔1個月,每次輸注劑量：1×106/kg | 未發現嚴重不良反應，包括：發熱、寒戰、肝毒性、過敏、感染、出血、蛋白尿、心肌梗塞或血栓栓塞事件 沒有患者出現嚴重低血糖 MSC組觀察到C肽和胰島素劑量的改善 輕度HbA1c和空腹血糖的益處 |
| 斯凱勒等人。(2015) n ?= 45 美國 12 周研究 | 評估成人同種異體骨髓源性間充質前體細胞在單獨使用二甲雙胍或與另一種口服抗糖尿病藥物聯合治療未充分控制的T2D中的安全性、耐受性和可行性 | – 患有T2D的年齡 <80歲 – HbA1≥7.0% 至 <10.5% –單獨使用二甲雙胍或與另一種口服抗糖尿病藥物（噻唑烷二酮除外）聯合使用至少3個月 – 接受手術絕育或有生育能力的女性在整個研究期間同意使用避孕措施的人符合資格 | 骨髓來源的間充質前體細胞 | 0.3×106 /kg ( n=15) 1×106/kg ( n=15) 2×106/kg ( n =15) 靜脈注射 | MSC組和安慰劑組之間治療中出現的不良事件相當 MSC組中有1名受試者出現嚴重腹痛 12周研究期間沒有嚴重不良事件 MSC組沒有中斷或嚴重低血糖事件 實驗組對MSC沒有免疫反應 |
| ( Carlsson et al. 2015) n=9瑞典 1 年研究 | 評估自體間充質干細胞治療近期診斷為1型糖尿病的患者的安全性和有效性 | –18-40歲患有T1D – 在入組前3周內診斷且刺激C肽水平 >0.1nmol/L | 髂嵴自體骨髓單核細胞 | 中位數2.75×106cells/kg靜脈注射 | MSC組耐受移植，無副作用 任何研究中均未診斷出腫瘤或慢性感染MSC組中 所有研究患者均未出現任何高血糖酮癥酸中毒 C肽值AUC值（膳食耐受測試后）保留/增加 |
| ( Dave et al. 2015) n=10印度3年研究 | 描述體外MSC分化的胰島素分泌細胞與造血干細胞共輸注治療IDDM的經驗 | –8–45歲患有IDDM –任何性別 –診斷至少6個月，血清C肽水平較低 (<0.5ng/mL) | 自體脂肪組織MSC分化為胰島素分泌細胞+自體骨髓來源的HSC | 自體：2.7×104/kg胰島素分泌MSC 同種異體：脂肪MSC-2.1×104/kg胰島素分泌 MSC 注入門靜脈循環、胸腺和皮下組織 | 干細胞輸注沒有出現不良影響 所有患者的C肽、Hb1Ac、血糖狀況和外源性胰島素需求均得到改善 患者恢復正常生活方式和不受限制的飲食 |
| （Thakkar等人， 2015）n=20（10個自體；10個同種異體）印度2年研究 | 評估自體干細胞移植與異體干細胞移植的安全性和有效性 | –8–45歲患有T1DM – 診斷>12個月前 – 存在谷氨酸脫羧酶 (GAD) 抗體 – 血清C肽低 | 自體組：腹部脂肪 MSC和骨髓HSC 同種異體組：非糖尿病腹部脂肪MSC 和骨髓 HSC | 自體：2.7×104/kg胰島素分泌MSC 同種異體：脂肪MSCs-2.1×104/kg胰島素分泌 MSC注入門脈循環、胸腺和腹部皮下組織 | 無不良影響、發病率或死亡率 平均胰島素需求量、血清C肽、平均HbA1c持續改善 |
| ( Hu et al. 2013 ) n=15中國2年研究 | 評估WJ-MSC對新發T1DM的長期效果 | – 根據ADA≤25歲的男女T1DM患者 ≤6個月且空腹C肽≥0.3ng/mL | 新生兒臍帶沃頓氏膠源性間充質干細胞 | 2.6×107個細胞 靜脈注射 | 未出現明顯不良反應 對照組與實驗組空腹血糖無差異 9個月后MSC組HbA1c、胰島素用量、C肽均有改善 |
| 瓦尼卡等人。(2010) n=11印度1年研究 | 通過聯合移植分泌胰島素的脂肪間充質干細胞和骨髓造血干細胞進行胰島素替代治療的現狀 | – 5–45 歲患有 IDDM 至少 6 個月 – 任何性別 – 血清 C 肽水平低 (<0.5 ng/mL) | 分別來自脂肪組織和骨髓的 MSC 和 HSC | 平均移植細胞總量為96 mL，培養骨髓有核細胞計數：平均值為28×10 3/μL，MSC-1.2×103/μL | 沒有與干細胞輸注或誘導治療相關的不良/不良副作用 任何患者均未出現 DKA |
| 劉等人。(2014) n=22中國1年研究 | 探討WJ-MSC移植治療T2DM患者的療效和安全性，并在治療后隨訪12個月 | – 根據ADA標準，18-70歲患有T2DM – 任何性別，未懷孕或哺乳 – 最近接受抗糖尿病治療，包括藥物和/或注射胰島素至少3 個月，血糖控制不佳 – 谷氨酸脫羧酶抗體呈陰性 –空腹血糖水平≥7.0 mmol/L且HbA1c ≥7% – 有機充足：心、肝、腎和肺 | 來自足月新生兒的臍帶沃頓氏膠衍生的 MSC | 第一次移植：靜脈內 第二次移植：胰腺 內 每次輸注劑量：1×106cells/kg | 3 名患者術后出現發熱 1 名患者出現皮下血腫 1 名患者出現惡心、嘔吐和頭痛 HbA1c、胰島素劑量和空腹C肽輕度改善 6個月時全身炎癥標志物減少 |
| ( Jiang et al. 2011 ) n=10中國 | 評估胎盤來源的 MSC在T2DM中的安全性和臨床可行性 | –30-85歲患有 T2DM – 糖尿病病程≥3年 – 需要胰島素以 ≥0.7U/kg/天的劑量至少持續1年以實現最佳血糖控制 | 胎盤來源的間充質干細胞 | 平均總量1.35×106/kg 靜脈輸注3次，間隔1個月 | 細胞移植后未觀察到全身癥狀 治療后 6個月時平均胰島素劑量、C肽和HbA1c有所改善 |
哪些糖尿病患者將從間充質干細胞治療中受益
鑒于此前薈萃分析結果，I型和II型糖尿病患者可以從間充質干細胞治療中獲益。此外，作者還討論了處于糖尿病早期階段的患者可能是干細胞治療的最佳人選。盡管本綜述納入了22項研究，但只有6項研究（共112名患者）使用了間充質干細胞，其中只有2項研究側重于早發性診斷（共49名患者）。
盡管如此，這四項針對慢性I/II型糖尿病患者（平均病程8年）的研究在糖尿病測量方面有所改善，這有力地證明了進一步研究以明確描述可能受益于間充質干細胞治療糖尿病人群是合理的。
臨床應用前對間充質干細胞的產品的監管
迄今為止，尚無用于分離、表征、擴增、效力測試或MSC病原體篩選的標準化方法。美國食品和藥物管理局 (FDA) 對基于細胞的產品的監管側重于三個主要主題：
- i) 預防通過受污染的組織傳播傳染病，
- ii) 正確處理和加工組織，以及
- iii) 臨床安全性和證明細胞的有效性，尤其是在大量操作之后。FDA還要求組織加工設施注冊、列出其產品并提供準確的產品標簽。
間充質干細胞同種異體移植給藥的優點
間充質干細胞同種異體給藥的優點包括：
- (i) 廣泛的可用性，
- (ii) 低成本，
- (iii) 和質量控制。
未來目標
在臨床醫學廣泛使用間充質干細胞（或其衍生物）之前，許多未解決的問題仍然存在：
- 我們如何確保按照標準措施始終如一地生產和控制間充質干細胞？
- 獲得臨床療效的最佳來源、途徑、劑量和給藥次數是多少？
- 基于細胞的療法（干細胞、條件培養基、外泌體等）的長期后果是什么？
- 哪些策略和組織來源產生最好的結果？
- 我們如何優化對臨床應用具有成本效益的可擴展間充質干細胞系列？
- 是否應調節/改變間充質干細胞/基于細胞的產品以誘導胰島素分泌潛力？
結論
鑒于間充質干細胞具有減輕纖維化、調節炎癥和促進血管生長的能力，間充質干細胞為內分泌失調患者提供了一種有前途的治療策略。來自各種組織和器官的MSC的無限可用性及其有益特性加強了這些細胞類型在再生研究中的廣泛使用。
盡管我們對介導間充質干細胞功能的因素的理解有所提高，但仍有許多問題尚不清楚。例如，更新的證據表明預處理/基因改變MSCs可能會影響它們的功能，從而轉化為改善的臨床效果。盡管仍然缺乏檢驗MSC人類應用的大型研究，但以內分泌為重點的初步研究表明了范式轉變的潛力。
參考資料：Moreira A, Kahlenberg S, Hornsby P. Therapeutic potential of mesenchymal stem cells for diabetes. J Mol Endocrinol. 2017 Oct;59(3):R109-R120. doi: 10.1530/JME-17-0117. Epub 2017 Jul 24. PMID: 28739632; PMCID: PMC5570611.
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