脂肪间充质干细胞疗法作为治疗糖尿病的新选择

概述：全球范围内糖尿病患病率的上升，使得针对糖尿病症状及其慢性并发症的新治疗策略的需求不断增加。

在糖尿病的各种治疗方案中，脂肪间充质干细胞 (ADMSCs) 疗法最受关注。ADMSCs的治疗效果主要基于其旁分泌释放的免疫调节、抗炎和营养因子。糖尿病动物模型以及人体临床试验表明，ADMSCs可以有效促进内源性β细胞再生、保留残留β细胞质量、减少胰岛移植排斥、调节免疫系统，并最终改善胰岛素敏感性或改善外周组织中的胰岛素抵抗。然而，间充质干细胞的移植存在一定的风险；因此，最近人们将大量注意力放在了ADMSCs衍生物（如外泌体或条件培养基）作为治疗糖尿病的治疗剂上。与ADMSCs相比，无细胞疗法具有更好的治疗潜力。

本叙述性综述总结了脂肪间充质干细胞在治疗1型糖尿病和2型糖尿病方面的最新成果和分子机制，并展示了其可行性、益处。

什么是糖尿病

糖尿病 (DM) 是一种危及生命的疾病，其患病率在全球范围内以惊人的速度上升。根据国际糖尿病联合会的数据，约有5.37亿成年人患有糖尿病，预计到2030年发病率将上升到6.43亿。这种多病因疾病在2019年被认为是第九大死亡原因。

糖尿病主要有两种类型：1型糖尿病 (T1DM) 和2型糖尿病 (T2DM)。

虽然这两种类型的病理生理机制不同，但它们的临床特征都是高血糖。2型糖尿病占所有病例的大多数，是由遗传和非遗传因素（例如高热量摄入、肥胖、中心性肥胖、久坐的生活方式和年龄）共同引起的，这些因素导致外周胰岛素抵抗 (IR) 和胰腺β细胞代偿性胰岛素分泌过多。

2型糖尿病的传统治疗通常从改变生活方式和使用降糖药开始，但大约14%至25%的患者最终需要注射外源性胰岛素来控制血糖水平。而1型糖尿病 (以前称为胰岛素依赖型、青少年型或儿童期发病型) 是由胰腺胰岛中分泌胰岛素的β细胞的进行性自身免疫性破坏引起的，导致部分或绝对的胰岛素缺乏。对于胰腺功能不全患者来说，维持正常的血糖和糖化血红蛋白 (HbA1C) 水平通常是一项挑战，导致患者终生依赖胰岛素​​治疗。虽然1921年发现的胰岛素最初被认为是一种治疗该疾病的方法，但外源性胰岛素疗法不能准确模拟内源性胰岛素分泌并正确控制代谢改变，进一步导致多系统慢性并发症的发展。

鉴于此，已批准了替代策略来更好地控制血糖并尽量减少糖尿病并发症，包括细胞抑制药物、单克隆抗体和胰腺/胰岛移植。现有的治疗方法主要用于治疗1型糖尿病，在2型糖尿病患者中的应用有限。因此，已经设计了替代策略来治愈糖尿病并维持治疗效果。

近年来，使用间充质干细胞 (MSC) 的细胞疗法引起了人们的极大兴趣；尤其是脂肪来源的间充质干细胞 (ADMSC) 被考虑用于治疗糖尿病。

什么是间充质干细胞-脂肪间充质干细胞有什么特征？

间充质干细胞或间充质基质细胞是成纤维细胞样成体干细胞，具有自我更新和分化成多个谱系的能力，即中胚层谱系（脂肪细胞、软骨细胞、骨细胞、成纤维细胞和肌细胞）、外胚层谱系（神经元）和内胚层谱系（肝细胞）。

1966年，Friedenstein 及其同事首次发现小鼠骨髓中前体细胞的多能行为。虽然干细胞主要存在于骨髓中，但它们可以来源于其他不同的组织和器官，如白色脂肪组织、血液、牙齿组织、肝脏、胰腺、脾脏、胸腺、骨骼肌、皮肤、胎盘、羊水或华通氏胶。为了使MSC标准化，国际细胞治疗协会于 2006 年提出了以下最低标准：

(1) MSC在体外培养时必须能够粘附于塑料表面；

(2) MSC必须表达表面标志CD73、CD90和CD105，并且不表达CD45、CD34、CD14、CD11b、CD79α、CD19或HLA-DR表面分子；

(3) MSC必须具有三系分化潜能（能够分化为脂肪细胞、软骨细胞和骨细胞）。

ADMSC具有MSC的典型特征，并被广泛研究用于治疗多种疾病，如缺血性中风、多发性硬化症、心肌缺血、冠状动脉硬化、肢体缺血、肥胖症、脂肪肝疾病（非酒精性脂肪性肝炎、肝纤维化、肝硬化）、肌营养不良症、骨关节炎、克罗恩病、癌症、急性肾损伤、慢性皮肤伤口和神经胶质瘤。此外，ADMSC可能代表一种新的糖尿病治疗策略，因为它们能够替换受损的β细胞并使血糖水平正常化。

多年来，ADMSC的临床应用不断增长，主要是因为它们数量丰富，而且克服了道德和法律问题，因为患者可以用自己的细胞 (自体) 或其他供体的细胞 (同种异体) 进行治疗，而细胞排斥的风险极小。尽管自体 ADMSC疗法是许多疾病最具吸引力的治疗选择，但其有益效果可能会因细胞周围的微环境而改变。持续的高血糖环境会损害ADMSC的分化潜力和增殖率，以及其整体功能。尽管如此，多能干细胞的移植仍存在一定的风险，这就是为什么最近人们对ADMSC衍生物（如外泌体或培养基 (CM)）给予了极大关注。

脂肪间充质干细胞和胰腺β细胞功能

干细胞具有分化为特化细胞、调节免疫系统和恢复β细胞功能的潜力，使其成为糖尿病患者一种有吸引力的治疗选择。ADMSC通过分化为胰岛素分泌细胞 (IPC) 和旁分泌信号传导来缓解高血糖，从而促进内源性β细胞再生、保存残留β细胞质量并减少胰岛移植排斥（图1）。

此外，ADMSC还具有分化为血管内皮细胞的能力，从而改善胰腺的血液供应。在ADMSC分泌组中已鉴定出多种旁分泌因子，包括生长因子，即粒细胞集落刺激因子、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、神经生长因子、角质形成细胞生长因子、血管内皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子或胰岛素样生长因子1，抗凋亡、抗氧化和抗炎信号分子。旁分泌机制在免疫调节中也发挥着重要作用。

研究表明，ADMSC可以抑制自身反应T细胞扩增、树突状细胞发育和β细胞增殖。它们与这些先天性和适应性免疫细胞的相互作用导致促炎细胞因子即白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子α、白细胞介素-6 (IL-6)] 下调，抗炎细胞因子如白细胞介素-10、前列腺素E2或吲哚胺2,3-双加氧酶上调。ADMSC对胰腺β细胞功能的影响目前是大量临床前和临床试验 (I/II 期) 的主题，其中许多已进入III期。

接下来，我们将概述目前从动物模型到临床试验对基于ADMSC的糖尿病疗法的理解。

基于脂肪间充质干细胞治疗1型糖尿病的作用机制

总体而言，ADMSCs在治疗1型糖尿病中的治疗效果可分为4个方面：

（1）ADMSCs分化IPCs的疗效；

（2）残留β细胞的保存；

（3）共移植胰岛移植物植入；

（4）支持预培养胰岛移植物的功能。

脂肪间充质干细胞治疗2型糖尿病的作用机制

近年来，ADMSC已成为治疗2型糖尿病的一种潜在安全有效的方法。ADMSC改善高血糖的可能机制包括胰岛β细胞再生、调节肝脏代谢以提高葡萄糖利用率、减少炎症和改善外周组织IR。尽管如此，胰岛功能的改善被认为是成体干细胞改善高血糖的主要机制。ADMSC具有分化为IPC的潜力，从而产生足够数量的胰岛来产生胰岛素。

此外，研究发现，胰腺和十二指肠同源框-1的过度表达成功诱导人类ADMSC分化为胰岛素分泌细胞聚集体，这在体内降低了血糖水平，但并未恢复正常血糖。总体而言，ADMSC衍生的IPC具有恢复正常血糖的能力。

脂肪间充质干细胞治疗糖尿病中的临床应用

动物研究的良好结果鼓励科学家在临床试验中使用MSC。尽管MSC在再生医学中具有有益的潜力，但临床研究也关注了MSC疗法对不同疾病的不同人群的安全性和有效性。应用MSC后最常见的不良事件包括短暂性发烧、便秘、头痛、疲劳和心律失常。由于捐赠者的年龄、种族、性别和潜在疾病等若干因素会显著影响MSC的特性，因此它们也会影响副作用的发生。最近，使用MSC衍生物（如外泌体或MSC衍生的CM）显示出安全性和令人满意的治疗效果，最重要的是没有恶性肿瘤或不良分化等细胞特异性不良反应的风险；因此它可能是未来研究的候选对象。

目前，有多项临床试验正在研究ADMSCs疗法治疗糖尿病的安全性和有效性 ( www.ClinicalTrials.gov )。这些研究的范围从长期糖尿病并发症（主要是糖尿病肾病）到新诊断的糖尿病。

由于糖尿病是一种多因素和多阶段疾病，因此结合不同的治疗策略似乎可以获得更好的治疗效果。

2018年，在前瞻性开放试验研究中，近期患1型糖尿病的患者 (n=6) 接受了异源ADMSCs (1×10⁶细胞/kg) 的单次输注，同时每日补充胆钙化醇 (2.000 UI/天)。经过6个月的随访，观察到血清C肽水平升高，而胰岛素需求量减少。

2020年，同一研究小组进行了一项前瞻性、II期、开放试验、试点研究。在本研究中，近期发病的T1DM患者（确诊T1DM时间不到4个月）接受了单剂量同种异体ADMSC和每日维生素D（2.000 UI/天）补充，持续3个月（www.ClinicalTrials.gov：标识符：NCT03920397）。联合治疗三个月后，患者的胰岛素需求量降低（0.22± 0.17vs0.61±0.26IU/kg），HbA1c水平降低（6.47%±0.86%vs7.48%±0.52%）。观察到的副作用包括头痛、轻微局部反应、心动过速、腹部绞痛、血栓性静脉炎和轻微飞蚊症。

2015年，Thakkar等人评估了自体和同种异体脂肪来源的胰岛素分泌间充质基质细胞 (IS-AD-MSC) 与骨髓来源的造血干细胞 (BM-HSC) 共移植治疗1型糖尿病患者的安全性和有效性。

IS-AD-MSC与BM-HSC一起被植入门脉/甲状腺循环。这两种基于干细胞的疗法均显著降低血糖和糖化血红蛋白水平，并在2年的随访中持续改善C肽水平并减少胰岛素需求。值得注意的是，与同种异体输注相比，自体IS-AD-MSC/BM-HSC共移植可更好地长期控制高血糖。

同样，另一项前瞻性、非随机、开放标签临床试验也研究了自体IS-AD-MSCs与造血干细胞共移植对糖尿病患者的治疗效果。经过平均7个月的随访，患者血清C肽水平升高，胰​​岛素依赖性和糖化血红蛋白水平下降。总之，ADMSCs有潜力分化为胰腺谱系并支持驻留β细胞的功能，因此可能是糖尿病患者的理想替代疗法。

新华网北京电（记者侠克）2023年6月7日，由上海交通大学医学院附属瑞金医院申报的人GLP-1 、FGF21双因子高表达自体脂肪间充质干细胞输入治疗2型糖尿病临床研究备案获批。

这是2020年由上海交通大学医学院附属瑞金医院、中国人民解放军空军军医大学附属西京医院、北京吉源生物科技有限公司联合申报获批的国家重点研发计划。

这是我国首个基因修饰干细胞获准进入临床备案，标志着我国推动生物医药科技创新，在基因科技与干细胞结合治疗疾病领域取得重大突破。

结论

越来越多的临床前和临床研究表明，ADMSC可能是一种新的糖尿病再生疗法。ADMSC发挥其有益作用的机制包括旁分泌多种细胞因子、血管生成或免疫调节因子，这些因子促进细胞迁移到损伤部位、免疫调节和直接再生受损组织。在糖尿病环境中，ADMSC疗法显著改善了HbA1c和C肽水平，并减少了对外源性胰岛素的需求。

此外，ADMSC能够分化成各种细胞类型，例如IPC、肌成纤维细胞、心肌细胞、周细胞和内皮细胞，使其成为治疗糖尿病的有希望的治疗候选药物。此外，移植ADMSC衍生物（例如外源性囊泡或CM）并最终改造干细胞可能会进一步增强其临床益处。

目前正在努力将体外和动物模型的知识转移到患者的床边。尽管临床前研究和I/II期临床试验表明ADMSCs细胞疗法可以改善临床结果，但仍需要进一步进行III期临床试验，以在临床使用前获得更可靠、更有效的益处。

参考资料：Agnieszka Mikłosz, Adrian Chabowski, Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells Therapy as a new Treatment Option for Diabetes Mellitus, The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, Volume 108, Issue 8, August 2023, Pages 1889–1897, https://doi.org/10.1210/clinem/dgad142

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