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作者：张明梅作者单位：湖州师范学院医学院（浙江）
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【摘要】 随着细胞移植、免疫学、 组织工程、分子生物学等相关学科的日益发展，胰岛干细胞研究为胰岛提供了来源，文中将就研究的现状、面临的问题及其可能解决途径等进行综述，认为胰岛干细胞移植是未来糖尿病治疗的趋势。 9 X9 H3 _. f9 V# Q; {
【关键词】胰岛移植 干细胞 糖尿病
- A/ s, I0 G' t% c$ U 目前，几乎所有Ⅰ型糖尿病和部分Ⅱ型糖尿病患者都需要应用外源性胰岛素注射来控制血糖，患者不但遭受胰岛素注射所带来的不便和痛苦，而且又不能完全控制血糖稳定并避免远期并发症的发生［1］，因此，重建内源性胰岛分泌系统是多年来人们关注的热点。全胰腺移植始于20世纪60年代初期，据国际胰腺移植登记处统计资料显示，到2001年底全球实施了近17895例手术，虽然患者移植后1年生存率和移植功能存活率逐渐提高，但胰腺单独移植存活率低，只有与肾脏或其他脏器联合移植才能获得较高的成活率。尽管胰腺移植是一种有效的治疗方法，但要求条件高，手术创伤大、并发症多，还受到供体短缺、免疫排斥等限制［2］，故难以作为常规治疗糖尿病的手段。胰岛和干细胞的深入性研究，为糖尿病治疗提出新的材料来源。本文就胰岛干细胞的候选细胞、胰岛干细胞分子标志、胰腺干细胞临床应用前景 、问题及展望进行综述。3 d6 G% z8 u0 y2 c- ^/ ?4 i
/ l4 ]4 ^9 K$ Y$ M 1胰岛干细胞研究
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. ?' [1 c$ b' k. `- d) M 干细胞是体内存在的一类特殊细胞，其最显著的生物学特征是既有自我更新和不断增殖的能力，又有多向分化的潜能，在糖尿病治疗方面的应用具有革命性的意义。
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1.1胰岛干细胞的候选细胞目前，得到可分泌胰岛素的细胞途径有：胚胎干细胞和成体干细胞［3］，其中成体干细胞包括胰腺导管上皮细胞、巢蛋白(nestin)阳性胰岛前体细胞、肝脏干细胞、骨髓间充质细胞［4-8］，还有其他组织干细胞的转分化或基因工程技术产物。最具有意义的发现是从胰腺导管上皮组织中分离培养出胰岛干细胞，并能在体外分化成产生胰岛素的β细胞。Ramiy等［9］从尚未发病的不肥胖的糖尿病(NOD)鼠的胰腺导管上皮细胞诱导分化得到“产生胰岛的干细胞”(IPSC)，体外培养了3年，这些细胞可以分泌小剂量的胰岛素及其他胰腺内分泌素，这些分化来的胰岛细胞能降低NOD鼠的血糖。Bonner-Weir等及Cornelius等［10-11］研究人员分别从成年小鼠和人的胰导管成功分离培养了胰腺干细胞，用免疫组化的方法证明了这些细胞含有胰岛细胞及其他同源细胞群，并且有血糖刺激的胰岛素分泌和自我增殖分化为胰岛样组织的能力。Zulewski等［5］发现，人和大鼠胰岛中均存在Nestin染色阳性的细胞，这些细胞具有干细胞的特性，在体外培养中能分化成胰腺外分泌细胞、导管细胞和内分泌细胞以及肝细胞。# g; l# m5 d5 E3 w
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成体干细胞还可以通过转分化得到胰岛素分泌细胞，目前研究最多的是骨髓来源的干细胞(MSC)。Ianus等［7］认为骨髓中存在有能够分化为胰腺β细胞的干细胞。Chen等［8］在体外通过不同条件培养基对MSC进行定向诱导分化，可以稳定诱导部分MSC形成胰岛样细胞团，在这些细胞团块中有胰岛素mRNA和蛋白的表达。将诱导后的细胞皮下注射给糖尿病大鼠后能够明显降低大鼠的血糖。这些体内外实验的结果表明，MSC能够分化为胰岛样细胞而且具有一定的β细胞功能，能够降低血糖。 ?5 X: ? ]4 X) G! c1 O
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另外，基因工程的联合应用也已得到胰岛素分泌细胞。Roche等［12］发现，用人胰岛素原基因转染的小鼠胚胎干细胞可以定向分化为胰岛素分泌细胞，提示胚胎干细胞可定向分化为胰腺内分泌细胞。( [& z5 t1 _0 I. k5 ?
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1.2胰岛干细胞分子标志通过识别胰腺干细胞表面特异的分子标志，不仅可以从众多其他细胞中鉴定、分离及纯化出胰腺干细胞；同时还将对研究胰腺干细胞膜内外信号传导机制、信号因子与膜受体之间的相互作用、胰腺干细胞发育机制及诱导过程等，均有重要意义。目前，研究较多的胰腺干细胞分子标志有以下几种：1)胰十二指肠同源异型盒基因(pdx-1)：对于出现在肠内胚层背侧及腹侧的胰腺萌芽的生长分化起重要作用，其纯合子缺失会导致胰腺无法形成［13］。2)细胞角质蛋白19(CK-19)：Gmyr等［14］发现成人CK-19阳性细胞能在体外再表达胰岛素促进因子1，表明CK-19可能为胰腺前体细胞的分子标志之一。3)巢蛋白：它可能起着促进胰腺内分泌干细胞分化的作用［14］。4)其他的分子标志：Ngn3［15］、kit基因［16］、凋亡抑制因子、波形蛋白、R-半乳糖昔酶、GLuT-2等。! I) P9 F) z4 b* c
: F% [ ?( d, }4 }$ h 1.3胰腺干细胞临床应用前景何时能将同种供者的干细胞起源的胰岛用于治疗糖尿病?应当说，目前已具备了一定的条件，但真正地将此技术用于临床治疗糖尿病，仍要克服不少障碍：: d3 Z0 u5 ]8 }
' Y' ~8 h6 {% v* W 1.3.1如何提高干细胞的诱导效率根据目前所得的众多实验结果，经诱导分化所得到的胰岛样细胞，其胰岛素分泌量远小于正常胰岛细胞的胰岛素分泌量。为了提高干细胞的诱导效率应注意以下几个方面：1）在增殖和分化之间取得平衡；2）探索更合适的微环境；3）致力于胰岛生物学的研究。
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1.3.2ES细胞和成体干细胞(ASC)孰优孰劣ES 细胞能在实验室中大量生产，在未分化的状态下可增殖许多代；而且具有向三个胚层分化的能力；易于进行遗传学操作。但是，也正由于ES细胞有自发向三个胚层分化的能力，所以当ES 细胞移植入体内后，则有可能形成肿瘤，也可能进行不正确或不适当的分化。而体外诱导则会混入许多其他类型的细胞，还需要建立一个安全、有效的筛选系统。比如，利用正常胰岛β细胞富含锌的特性，使用特异锌荧光探针Newport Green，可更容易、更快、更特异地与锌结合，并对胰岛素分泌细胞无毒性，不仅可用于鉴定，也可用于胰岛素分泌细胞的收集、纯化［17］。% @+ {) N! T n2 C3 s8 ?
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而多数ASC在体外培养时未能长时间保持未分化状态，其分化潜能也相对局限，不如ES细胞，而且，现在还有部分研究者认为成体胰腺的β细胞的再生并不是由干细胞分化而来的。Dor等［18］利用基因技术将标志性基因转入成年小鼠的β细胞内，并对其进行追踪，他们认为新生β细胞大部分都是由已有的β细胞自我复制而来，并不是干细胞或胰腺导管细胞分化的结果。但是，从理论上来说，人体所有细胞都具有同样的基因组，细胞不同仅仅是由于基因表达不同而已；如果条件改变的话，基因表达也会发生改变，当改变达到一定程度，就有可能产生新的细胞生物学特性，转化为其他细胞类型。生物的进化以及人体发育也正说明了这一点，而且现在也有不少研究结果说明了ASC的可塑性。在糖尿病细胞治疗中，这两种来源的干细胞孰优孰劣尚在争论当中，但我们认为ASC更优于ES细胞。首先，ASC的应用避开了伦理问题；其次，目前尚未有证据显示单一ASC移植入体内后会产生肿瘤；再次，自体移植可以避免同种异体移植之间的免疫排斥。比如骨髓的干细胞，它们在糖尿病的干细胞治疗中具有以下优势：1)具有多向分化潜能；2)易于基因修饰，作为细胞载体；3)体外易增殖；4)采集方法简单，只需采用骨髓穿刺即可。但是我们尚需要解决以下的问题：1)进一步研究ASC 的鉴定分离方法，纯化为单一的ASC；2)采用更合理的体外培养扩增方法，使其长时间体外培养仍能保持未分化状态，实现体外大量扩增；3)摸清体外诱导分化条件。+ _5 ^2 }, A4 U9 h3 [
% T+ |0 M }# Q* U 1.3.3免疫排斥Ⅰ型糖尿病患者的自身免疫系统会攻击β细胞，可能连自体干细胞分化得到的胰岛细胞也不例外。如何预防免疫排斥是必须要解决的问题。近年来，有人提出发展“生物相容性免疫保护微囊技术”，将胰岛细胞用一种选择透过性材料包裹，允许胰岛素等小分子自由通过，而免疫系统的细胞则不可以与囊内的胰岛细胞接触，避免了免疫损害。$ d p: K. @2 N) E( ~+ V0 J4 V0 t
0 x2 p, { w: z; Y2 J( z3 r' k 1.3.4选择合适的移植方式、时间、部位、数量是确保移植成功的关键之一，找到最佳的搭配组合可提高治疗效果。7 f+ t0 e! R8 m( o
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综上所述，如果可以通过干细胞移植达到缓解甚至治愈糖尿病的目的，其前景和意义将是巨大的。但同时在此领域仍存在很多问题有待深入研究。一旦解决了胰岛干细胞分化率低和免疫排斥的问题，干细胞移植最终将成为治愈糖尿病的理想方法，使所有需要胰岛素治疗的糖尿病患者都从中受益。- w: b! f- o% _. G8 }' N* e4 G5 e
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发表于 2009-3-3 12:24
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