间充质干细胞治疗糖尿病的潜力

干细胞生物学的进步见证了一个令人兴奋的新研究领域的兴起，即再生医学。再生医学是转化研究的多学科分支，旨在修复受损组织以恢复正常的细胞功能。

迄今为止，临床试验中最常研究的细胞群包括间充质干细胞/基质细胞 (MSC)。

间充质干细胞的治疗潜力基于它们易于分离、分化成多种细胞类型的能力、低免疫原性，以及最重要的是它们释放的生物因子可减轻受损组织。

间充质干细胞是起源于中胚层的多能细胞，其特征是：

• a) 粘附塑料并自我更新，
• b) 表达特异性表面抗原标记（CD73、CD90、CD105），
• c) 至少具有分化成骨细胞、脂肪细胞或软骨细胞。

间充质干细胞在体内广泛分布，因此可以从多种来源分离，包括骨髓、心脏、体液、皮肤和围产期组织。间充质干细胞通过释放已知可再生受损细胞和组织的免疫调节和营养因子来对微环境变化（pH值、氧气、压力）做出反应。神经退行性和心血管疾病的实验结果支持了基于细胞的研究的快速发展。迄今为止，中国有365项临床试验正在测试间充质干细胞作为一系列医学病症的治疗剂的效用。

间充质干细胞治疗糖尿病的潜力

这篇综述将总结间充质干细胞在治疗糖尿病组织修复中的作用，提供改善间充质干细胞功能的新兴策略，并描述这些过程如何转化为糖尿病的临床治疗。

间充质干细胞的来源

2012年，山中伸弥因发现成熟细胞可以重编程为多能细胞而成为诺贝尔生理学或医学奖的获得者之一。这种非凡的技术是一种优秀且易于获得的自体干细胞来源，可克服细胞/组织排斥问题。骨髓和脂肪组织是间充质干细胞的另一个来源，但它们的缺点是需要侵入性仪器来收集组织。

一种以非侵入性、道德上合理的方式回收间充质干细胞的新兴方法，传统上被认为是医疗废物，包括胎盘和/或脐带。此外，与其他MSC组织来源相比，来自这些新生组织的细胞被假定具有更高的增殖和分化能力，以及更高的表达旁分泌因子的能力。

从人脐带中分离出间充质干细胞

研究表明，可以从脐带血和沃顿氏胶（脐带基质）中分离、扩增和冷冻保存MSC。然而，从沃顿氏果冻 (WJ) 中分离MSC的优势包括：更高的产量、更同质的干细胞群、成功分离MSC的可能性增加以及更好的分化为胰岛素生成细胞的能力。已经描述了几种用于分离WJ-MSC的技术，但是两种最常见的方法包括脐带组织的酶消化或外植体培养方法（图1)。

间充质干细胞治疗糖尿病的三大作用机制

间充质干细胞刺激组织修复

众所周知，MSCs的有益结果是通过生物因子的旁分泌释放而不是将细胞植入受体组织中产生的。出于本次审查的目的，检查MSCs再生特性的研究将归纳为以下主要主题：血管发育、抗炎和抗纤维化（图3）。

VEGF-血管内皮生长因子；ANG-血管生成素；EPO-促红细胞生成素；HIF-缺氧诱导因子，TNF-肿瘤坏死因子，FAK-粘着斑激酶

血管发育：血管生成，即新血管的形成，是组织伤口愈合的重要过程，许多药物都将其作为治疗心肌缺血、缺血性中风和糖尿病性视网膜病变等疾病的目标。

心脏和脑缺血的临床前研究支持MSCs通过修复和刺激血管生长改善结构和功能结果的概念。MSCs的血管生成特性是通过释放缺氧诱导因子、血管内皮生长因子、血管生成素和促红细胞生成素来介导的。糖尿病周围血管疾病、皮肤伤口修复和骨坏死的研究支持了MSCs给药后修复血管损伤的能力。

免疫调节：尽管炎症是身体对有害刺激的自然反应，但过度或长时间的炎症应激可能对细胞和组织有害。例如，慢性炎症现已成为代谢综合征发病的重要因素。因此，研究人员已开始探索炎症与MSC治疗之间的相互作用。特别是，MSC调节关键的炎症细胞类型，包括T细胞、自然杀伤细胞、B细胞和树突状细胞。MSC与这些先天性和适应性免疫细胞的相互作用导致炎症标志物下调以及保护性细胞因子。

抗纤维化：多个小组已经记录了MSC的抗纤维化作用。在对 Sprague Dawley大鼠的辐射诱导肺纤维化的研究中，Dong等人表明在全身MSC滴注后促纤维化转化生长因子-β和肿瘤坏死因子-α减少。

总而言之，越来越多的文献证明了间充质干细胞可能在内分泌失调中提供的潜在益处。

增强间充质干细胞存活和功能的策略

为了对受损细胞提供再生作用，移植的间充质干细胞必须首先在处理组织的恶劣环境中存活下来。在这个利基市场中，间充质干细胞必须克服各种压力因素，包括缺氧、炎症、高酸度和能量储备减少。延长间充质干细胞存活时间足以提供丰富的恢复因子来源的策略包括：

• i) 预处理细胞（缺氧、机械刺激），
• ii) 对MSCs进行基因改造（病毒转染以启动子为目标的小发夹RNA以过度表达/沉默特定蛋白质），
• iii）用生物材料（支架、水凝胶）输送MSC。这篇简明的评论将展示两个战略性的例子。

缺氧预处理

心肌梗死的临床前研究表明，心内注射缺氧处理的干细胞可维持周围心肌细胞的活力，保留心脏功能，并且细胞向受伤心脏的植入率更高。

血管内皮生长因子（遗传）过度表达

在大鼠心肌梗死模型中，通过转染病毒载体过度表达血管内皮生长因子 (VEGF)，保护MSC免受细胞死亡、刺激血管生长、改善心脏功能并缩小梗塞面积。

间充质干细胞治疗糖尿病的临床试验

间充质干细胞的多功能特性已经引起了他们作为糖尿病疗法的临床兴趣。迄今为止，已有40多项临床试验注册使用间充质干细胞作为糖尿病治疗剂。这些研究的范围从糖尿病相关的血管并发症到伤口愈合，甚至包括用于治疗新发诊断的间充质干细胞疗法。

截至2022年11月25日，60项间充质干细胞治疗糖尿病研究已在clinicaltrials.gov上注册。在这里，我们将总结临床调查的结果，这些调查涉及使用间充质干细胞的疗法治疗新发糖尿病和慢性糖尿病。

干细胞治疗糖尿病相关案例

2015年，来自瑞典的研究人员 (NCT01068951) 报告了第一项旨在评估自体MSC治疗新诊断1型糖尿病患者的安全性和有效性的研究。从患者的髂嵴骨髓中采集干细胞，中位全身单次剂量为2.75 ×106个细胞/kg。他们得出结论，10名患者中的任何一名患者使用MSCs均未导致不良事件，并且在一年的随访中提供了有希望的C肽浓度。该I期试验未显示对照组和MSC组在血红蛋白A1c (HbA1c) 或胰岛素剂量方面存在任何功能差异。

在中国对患有长期2型糖尿病的患者进行胎盘来源的MSCs的初步研究表明，移植是安全、容易且可能有效的。该调查包括10名病程≥3年、胰岛素依赖（≥0.7U/kg/天）至少一年且血糖控制不佳的2型糖尿病患者。受试者平均收到1.35×10⁶/kg胎盘干细胞在三个不同的场合，静脉输注之间间隔一个月。治疗六个月后，所有患者的胰岛素用量和HbA1c测量均显示出改善趋势。此外，间充质干细胞治疗后C肽和胰岛素释放也更高。

此外，这项研究包括一组更接近实际临床情况的个体，因为他们还患有其他合并症，包括心脏病、肾脏疾病和血管并发症。

最近，研究人员已经开发出分泌胰岛素的间充质干细胞，并将它们与造血干细胞一起输送给I型糖尿病患者。与同种异体移植相比，通过胰腺内途径进行的自体移植往往在15-24个月时具有改善的C肽和餐后血糖。两项研究都将干细胞管理视为具有潜在益处的安全程序；然而，需要进行更大规模的研究来证实他们的发现。

表格1总结了一系列利用间充质干细胞治疗糖尿病的临床试验。

作者、年份、MSC 样本量、国家/地区	客观的	纳入标准	MSC来源	MSC剂量和递送	结果
蔡等人。(2016) n  = 21中国1年研究	研究联合UC-MS 和自体骨髓单核细胞移植（无需免疫治疗）对确诊T1D患者的代谢控制和安全性的潜在益处	– 18–40岁 – 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 – 每日胰岛素需要量<100IU	来自单月新生儿的脐带沃顿氏胶来源的MSC +来自髂嵴的自体骨髓单核细胞	UC-MSC (1 × 106 /kg) BM-MNC (107 × 106 /kg) 胰内	MSC队列中 1名患者没有出现短暂腹痛的严重不良事件； 穿刺部位出血1例 MSC组自报低血糖事件较少MSC组 C肽AUC提高 106%，对照组降低 8% MSC组血清胰岛素 AUC提高49%，对照组降低6% HbA1c、FBG、胰岛素剂量水平在 3、6、9 和12个月时下降，而对照组则保持稳定
胡等人。(2016) n  = 31中国3年研究	探索T2DM患者输注WJ-MSCs的长期安全性和有效性，随访期36个月	– 18-60岁患有T2DM – 男女 – 根据ADA进行糖尿病诊断	来自单月新生儿的脐带沃顿氏胶源性MSC –	两次静脉输注间隔1个月,每次输注剂量：1×106/kg	未发现严重不良反应，包括：发热、寒战、肝毒性、过敏、感染、出血、蛋白尿、心肌梗塞或血栓栓塞事件 没有患者出现严重低血糖 MSC组观察到C肽和胰岛素剂量的改善 轻度HbA1c和空腹血糖的益处
斯凯勒等人。(2015) n  = 45 美国 12 周研究	评估成人同种异体骨髓源性间充质前体细胞在单独使用二甲双胍或与另一种口服抗糖尿病药物联合治疗未充分控制的T2D中的安全性、耐受性和可行性	– 患有T2D的年龄 <80岁 – HbA1≥7.0% 至 <10.5% –单独使用二甲双胍或与另一种口服抗糖尿病药物（噻唑烷二酮除外）联合使用至少3个月 – 接受手术绝育或有生育能力的女性在整个研究期间同意使用避孕措施的人符合资格	骨髓来源的间充质前体细胞	0.3×106 /kg ( n=15) 1×106/kg ( n=15) 2×106/kg ( n =15) 静脉注射	MSC组和安慰剂组之间治疗中出现的不良事件相当 MSC组中有1名受试者出现严重腹痛 12周研究期间没有严重不良事件 MSC组没有中断或严重低血糖事件 实验组对MSC没有免疫反应
( Carlsson et al. 2015) n=9瑞典 1 年研究	评估自体间充质干细胞治疗近期诊断为1型糖尿病的患者的安全性和有效性	–18-40岁患有T1D – 在入组前3周内诊断且刺激C肽水平 >0.1nmol/L	髂嵴自体骨髓单核细胞	中位数2.75×106cells/kg静脉注射	MSC组耐受移植，无副作用 任何研究中均未诊断出肿瘤或慢性感染MSC组中 所有研究患者均未出现任何高血糖酮症酸中毒 C肽值AUC值（膳食耐受测试后）保留/增加
( Dave et al. 2015) n=10印度3年研究	描述体外MSC分化的胰岛素分泌细胞与造血干细胞共输注治疗IDDM的经验	–8–45岁患有IDDM –任何性别 –诊断至少6个月，血清C肽水平较低 (<0.5ng/mL)	自体脂肪组织MSC分化为胰岛素分泌细胞+自体骨髓来源的HSC	自体：2.7×104/kg胰岛素分泌MSC 同种异体：脂肪MSC-2.1×104/kg胰岛素分泌 MSC 注入门静脉循环、胸腺和皮下组织	干细胞输注没有出现不良影响 所有患者的C肽、Hb1Ac、血糖状况和外源性胰岛素需求均得到改善 患者恢复正常生活方式和不受限制的饮食
（Thakkar等人， 2015）n=20（10个自体；10个同种异体）印度2年研究	评估自体干细胞移植与异体干细胞移植的安全性和有效性	–8–45岁患有T1DM – 诊断>12个月前 – 存在谷氨酸脱羧酶 (GAD) 抗体 – 血清C肽低	自体组：腹部脂肪 MSC和骨髓HSC 同种异体组：非糖尿病腹部脂肪MSC 和骨髓 HSC	自体：2.7×104/kg胰岛素分泌MSC 同种异体：脂肪MSCs-2.1×104/kg胰岛素分泌 MSC注入门脉循环、胸腺和腹部皮下组织	无不良影响、发病率或死亡率 平均胰岛素需求量、血清C肽、平均HbA1c持续改善
( Hu et al. 2013 ) n=15中国2年研究	评估WJ-MSC对新发T1DM的长期效果	– 根据ADA≤25岁的男女T1DM患者 ≤6个月且空腹C肽≥0.3ng/mL	新生儿脐带沃顿氏胶源性间充质干细胞	2.6×107个细胞 静脉注射	未出现明显不良反应 对照组与实验组空腹血糖无差异 9个月后MSC组HbA1c、胰岛素用量、C肽均有改善
瓦尼卡等人。(2010) n=11印度1年研究	通过联合移植分泌胰岛素的脂肪间充质干细胞和骨髓造血干细胞进行胰岛素替代治疗的现状	– 5–45 岁患有 IDDM 至少 6 个月 – 任何性别 – 血清 C 肽水平低 (<0.5 ng/mL)	分别来自脂肪组织和骨髓的 MSC 和 HSC	平均移植细胞总量为96 mL，培养骨髓有核细胞计数：平均值为28×10 3/μL，MSC-1.2×103/μL	没有与干细胞输注或诱导治疗相关的不良/不良副作用 任何患者均未出现 DKA
刘等人。(2014) n=22中国1年研究	探讨WJ-MSC移植治疗T2DM患者的疗效和安全性，并在治疗后随访12个月	– 根据ADA标准，18-70岁患有T2DM – 任何性别，未怀孕或哺乳 – 最近接受抗糖尿病治疗，包括药物和/或注射胰岛素至少3 个月，血糖控制不佳 – 谷氨酸脱羧酶抗体呈阴性 –空腹血糖水平≥7.0 mmol/L且HbA1c ≥7% – 有机充足：心、肝、肾和肺	来自足月新生儿的脐带沃顿氏胶衍生的 MSC	第一次移植：静脉内 第二次移植：胰腺 内 每次输注剂量：1×106cells/kg	3 名患者术后出现发热 1 名患者出现皮下血肿 1 名患者出现恶心、呕吐和头痛 HbA1c、胰岛素剂量和空腹C肽轻度改善 6个月时全身炎症标志物减少
( Jiang et al. 2011 ) n=10中国	评估胎盘来源的 MSC在T2DM中的安全性和临床可行性	–30-85岁患有 T2DM – 糖尿病病程≥3年 – 需要胰岛素以 ≥0.7U/kg/天的剂量至少持续1年以实现最佳血糖控制	胎盘来源的间充质干细胞	平均总量1.35×106/kg 静脉输注3次，间隔1个月	细胞移植后未观察到全身症状 治疗后 6个月时平均胰岛素剂量、C肽和HbA1c有所改善

哪些糖尿病患者将从间充质干细胞治疗中受益

鉴于此前荟萃分析结果，I型和II型糖尿病患者可以从间充质干细胞治疗中获益。此外，作者还讨论了处于糖尿病早期阶段的患者可能是干细胞治疗的最佳人选。尽管本综述纳入了22项研究，但只有6项研究（共112名患者）使用了间充质干细胞，其中只有2项研究侧重于早发性诊断（共49名患者）。

尽管如此，这四项针对慢性I/II型糖尿病患者（平均病程8年）的研究在糖尿病测量方面有所改善，这有力地证明了进一步研究以明确描述可能受益于间充质干细胞治疗糖尿病人群是合理的。

临床应用前对间充质干细胞的产品的监管

迄今为止，尚无用于分离、表征、扩增、效力测试或MSC病原体筛选的标准化方法。美国食品和药物管理局 (FDA) 对基于细胞的产品的监管侧重于三个主要主题：

• i) 预防通过受污染的组织传播传染病，
• ii) 正确处理和加工组织，以及
• iii) 临床安全性和证明细胞的有效性，尤其是在大量操作之后。FDA还要求组织加工设施注册、列出其产品并提供准确的产品标签。

间充质干细胞同种异体移植给药的优点

间充质干细胞同种异体给药的优点包括：

• (i) 广泛的可用性，
• (ii) 低成本，
• (iii) 和质量控制。

未来目标

在临床医学广泛使用间充质干细胞（或其衍生物）之前，许多未解决的问题仍然存在：

• 我们如何确保按照标准措施始终如一地生产和控制间充质干细胞？
• 获得临床疗效的最佳来源、途径、剂量和给药次数是多少？
• 基于细胞的疗法（干细胞、条件培养基、外泌体等）的长期后果是什么？
• 哪些策略和组织来源产生最好的结果？
• 我们如何优化对临床应用具有成本效益的可扩展间充质干细胞系列？
• 是否应调节/改变间充质干细胞/基于细胞的产品以诱导胰岛素分泌潜力？

结论

鉴于间充质干细胞具有减轻纤维化、调节炎症和促进血管生长的能力，间充质干细胞为内分泌失调患者提供了一种有前途的治疗策略。来自各种组织和器官的MSC的无限可用性及其有益特性加强了这些细胞类型在再生研究中的广泛使用。

尽管我们对介导间充质干细胞功能的因素的理解有所提高，但仍有许多问题尚不清楚。例如，更新的证据表明预处理/基因改变MSCs可能会影响它们的功能，从而转化为改善的临床效果。尽管仍然缺乏检验MSC人类应用的大型研究，但以内分泌为重点的初步研究表明了范式转变的潜力。

参考资料：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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