糖尿病对健康和寿命具有长期且潜在的严重影响，并给全球医疗保健、经济和社会带来沉重负担。尽管目前已有多种药物可用于治疗糖尿病，但这些药物无法有效解决最终导致功能性胰腺β细胞缺乏的问题，而β细胞是分泌胰岛素和维持血糖稳态所必需的。来自已故捐献者的人类胰岛细胞移植是治疗需要胰岛素治疗的1型糖尿病的成熟方法，但需求超过供应。

过去十年，在从人类多能干细胞中分化/制备/生成胰岛样细胞方面取得了重大的科学和临床进展，这为解决供应问题提供了潜在的解决方案，并开启了糖尿病细胞治疗的新时代。

干细胞治疗糖尿病的三重突破：科学进展、临床试验与监管框架共筑新途径

近期，国际权威期刊杂志《Nature》子刊“nature medicine”发表了一篇“Stem cell therapies for diabetes”的文献综述[1]，在这篇前沿综述中，我们简要总结了有助于提高产量和功能的β细胞分化方案背后的科学原理。

接下来，我们将讨论近期和正在进行的干细胞治疗糖尿病临床试验的见解，并重点介绍提高hPS细胞衍生胰岛/β细胞治疗产品疗效、安全性和可扩展性的新兴策略。

最后，我们概述了与生物制造和监管相关的关键挑战，这些挑战需要克服，才能使hPS细胞衍生的细胞疗法成为糖尿病患者的可行治疗选择。

人类体外胰岛/β细胞分化的现状

胰腺发育在关键转录因子的时序表达引导下进行，经历从胚胎干细胞、到定形内胚层、前肠内胚层、胰腺祖细胞、最终分化为内分泌或外分泌细胞的过程。一些关键转录因子，如PDX1、NKX6-1、NEUROG3和NEUROD1会上调，以引导分化过程（图1）。 β细胞分化方案旨在模拟这些对β细胞命运分化至关重要的生化信号通路。

一、分化技术进展：从定向诱导到功能优化

高效定向分化方案成熟：当前方案已能模拟体内胰腺发育的转录因子时序表达（如PDX1、NKX6-1、NEUROG3、NEUROD1），通过2D/3D结合培养系统调控Notch、Wnt、TGF-β等信号通路，实现hiPSCs向胰岛β细胞的分化，胰岛素分泌能力显著提升。例如，邓宏魁团队开发的化学重编程技术（CiPS细胞）结合优化方案，分化效率及细胞功能接近成人胰岛水平。

功能成熟的突破性策略

代谢调控：邓宏魁/杜媛媛团队发现HDAC抑制剂TH34通过重塑神经酰胺代谢稳态，显著提升β细胞葡萄糖响应性、胰岛素颗粒成熟度及线粒体功能，移植后更快逆转糖尿病小鼠高血糖。

微环境模拟：金国祥/周中军团队利用富含Collagen VI的细胞外基质支架模拟胰岛基底膜，增强类器官存活率、激素分泌能力及移植后血糖调控效果。

基因编辑增强耐逆性：李维达团队基于SLC30A8基因突变（天然护盾靶点），结合AI筛选开发“耐逆通用”胰岛类器官，可抵抗高糖/高脂应激，在食蟹猕猴模型中实现长期血糖稳定。

单细胞技术驱动精准调控：单细胞多组学分析（scRNA-seq、ATAC-seq）揭示了分化过程中的基因动态表达与表观遗传调控网络，例如BRD4信号通路被证实为维持β细胞分化状态的关键靶点，其缺失导致去分化和胰岛素合成减少。

二、功能成熟与微环境构建的核心挑战

成熟标志物缺失与分泌缺陷：早期分化方案产生的β样细胞常缺乏成熟标志物（如MAFA、UCN3）及双相胰岛素分泌能力，主因是体外环境难以模拟胰腺发育的生物力学线索（如基质刚度、流体剪切力）和细胞间相互作用。例如，高糖培养会下调PC1/3等前胰岛素加工酶，导致未成熟颗粒堆积，与临床T2D病理特征相似。

胰岛微环境复杂性

多细胞互作：功能性胰岛依赖α、β、δ细胞形成的旁分泌环路（如Ucn3-CRHR2信号调控生长抑素分泌），但单一β细胞分化无法复现这一网络。

外分泌-内分泌交互：朱云霞团队发现β细胞源性miR-503-322通过干细胞外泌体靶向腺泡细胞MKNK1，诱发胰腺炎，提示衰老或糖尿病微环境可能损害再生胰岛功能。

移植存活与免疫排斥：干细胞衍生胰岛移植后易受代谢压力（糖/脂毒性）和宿主免疫攻击，需联合封装技术（如海藻酸盐纤维）或基因编辑（如免疫豁免型通用细胞）提升存活率。

干细胞疗法治疗糖尿病正在一步一步迈向临床应用

随着细胞替代疗法方案的不断突破，人源多能干细胞（hPS）衍生的胰岛/β细胞研究在糖尿病治疗领域持续升温。

目前，有限数量的临床试验和研究者发起的试验正在评估hPS细胞衍生的PP和胰岛/β细胞移植对T1D甚至2型糖尿病 ( T2D) 患者的安全性、剂量和有效性。

每个试验的方法都不同。在这里，我们概述了从最近的临床试验结果中吸取的经验教训，以期使hPS细胞衍生的胰岛/β细胞疗法更有效（图2）。我们还讨论了对于确保这些疗法的安全性和可扩展性仍然至关重要的突出挑战（图3）。

干细胞治疗糖尿病的临床试验对疗效的启示

ViaCyte的祖细胞移植策略：ViaCyte是第一家将人胚胎干细胞（hES）衍生的胰芽祖细胞（PPs）推进到临床试验的公司。这些细胞通过大封装装置递送，其中VC-01产品提供免疫保护，VC-02则允许封装内PPs直接血管化。

在2021年的临床试验显示，移植到1型糖尿病患者体内的PPs可在体内继续分化为表达β细胞关键标志物MAFA的β样细胞，并产生餐后C肽分泌反应。然而，不同患者移植物中C肽水平及β样细胞组成差异显著，此外，即使在植入24个月后，此外没有一名患者能够脱离胰岛素。由于PPs向胰岛样细胞成熟依赖于个体内生长因子和信号通路，最终功能性β样细胞的产量存在高度个体化差异，阻碍了治疗剂量的标准化计算。

Vertex成熟细胞移植的优势：相比之下，Vertex Pharmaceuticals则采取了不同的策略，在针对 T1D患者的1/2期临床试验中，他们移植了完全分化的hES细胞衍生的胰岛样细胞 (VX-880)。

2024年最新数据显示：12例接受足量VX-880的患者糖化血红蛋白均降至<7%，3个月后无严重低血糖事件；10例患者中7例在6个月后停用胰岛素。相较于ViaCyte的PPs需26周才出现餐后反应，Vertex成熟细胞移植后4-13周即可改善血糖达标时间。这表明终末分化的β样细胞在可控环境中生成并验证关键质量属性（CQAs）后移植，更易实现剂量标准化并提升疗效。

移植部位优化探索：当前临床试验常用皮下和肝门静脉作为hPS衍生胰岛/β细胞移植位点：

• 皮下空间便于封装装置放置和取出，但易纤维化阻碍血管化；
• 肝门静脉微创技术成熟，但易引发血液介导的瞬时炎症反应导致移植物急性丢失。

新近研究发现腹直肌前鞘下间隙或为理想替代位点：猕猴实验中，该部位相比皮下或肌肉移植显著促进血管生成，提升hiPS衍生胰岛样细胞存活率，为优化移植效果提供新方向。

核心结论：ViaCyte方案证明PPs体内分化可行性但疗效不稳定；Vertex成熟细胞移植展现显著代谢改善；移植部位优化（如腹直肌前鞘下）有望解决血管化与存活瓶颈。

腹直肌前鞘下移植的突破性进展：基于这些结果，2024年，中国天津第一中心医院王栋团队针对难治性1型糖尿病患者，创新性地将自体hiPS细胞衍生的胰岛样细胞移植至腹直肌前鞘下间隙。该部位便于通过超声与磁共振进行无创实时监测，为早期发现潜在并发症（如畸胎瘤）提供了便利。

该试验评估了在腹部前直肌鞘下自体移植化学诱导的多能干细胞来源的胰岛 (CiPSC 胰岛) 治疗1型糖尿病的可行性。患者在移植后75天开始实现持续的胰岛素依赖。患者的血糖达到目标范围时间从基线值的43.18%增加到移植后第4个月的96.21%，同时糖化血红蛋白 (长期全身血糖水平处于非糖尿病水平的指标) 下降。

此后，患者的血糖控制稳定，血糖达到目标范围时间>98%，糖化血红蛋白约为5%。1年后，临床数据符合所有研究终点，未发现移植相关异常。该患者结果令人鼓舞，提示有必要开展进一步的临床研究，评估CiPSC-胰岛移植在1型糖尿病中的应用（图2）。

门静脉移植对2型糖尿病的可行性验证：同年，中国另一团队（吴等, 2024）通过经皮肝门静脉输注，向1例2型糖尿病患者移植120万自体hiPS细胞衍生的胰岛样细胞。

移植56周后，患者彻底停用外源胰岛素及口服降糖药，血糖达标时间超99%。该结果首次证明hPS衍生胰岛移植对T2D的代谢修复潜力，但免疫耐受机制（如是否需持续免疫抑制）仍是未解难题如下所有述。

核心结论：腹直肌前鞘移植实现T1D快速逆转，门静脉输注拓展T2D治疗新路径，两者共同推动个体化细胞疗法临床转化。

突破免疫屏障：糖尿病细胞替代疗法的免疫抑制依赖与破局之路

自体与同种异体疗法的免疫困境：尽管临床试验显示hPS细胞衍生胰岛移植可改善糖尿病代谢指标（如C肽分泌、胰岛素减量），但早期方案多依赖同种异体细胞，需患者长期接受免疫抑制治疗。近期中国两项自体细胞研究（Wang与Wu团队）虽避免异体排斥风险，但因受试者曾接受肝肾移植已预用免疫抑制剂，无法验证自体细胞的天然免疫耐受性。

因此，自体疗法能否真正实现“免疫抑制”仍需独立临床评估。这突显了在未接受免疫抑制的T1D患者中开展严格设计的自体细胞移植试验的必要性。

HLA匹配库的可行性挑战与局限：HLA单倍型匹配是规避免疫排斥的另一策略（图3）：通过建立覆盖关键HLA位点（如HLA-A/B/DR）的hiPS细胞库，仅需10-100个HLA纯合系即可匹配50%人群。尽管hiPS建系时间已缩短至10-18天，严格的临床级鉴定仍导致过程昂贵漫长，使得规模化生产HLA匹配细胞比完全个性化自体疗法更具商业可行性。需注意：此类策略对2型糖尿病可能降低移植失败风险，但对1型糖尿病患者，即便联合免疫抑制，自身免疫攻击仍是持续威胁。

HLA谱研究的价值与复杂性：回顾性研究旨在解析特定HLA抗原谱对预防1型糖尿病（T1D）患者胰岛移植后自身免疫复发的作用，为优化人多能干细胞（hPS）衍生β细胞系的选择提供依据。

研究发现，供受体间HLA-DR位点匹配（需排除致病的HLA-DR3/DR4等位基因）可显著提升移植胰岛存活率；而矛盾的是，供体HLA-DQ8等位基因（传统认为增加T1D风险）反而可能发挥保护作用。

然而，此类分析受限于数据稀缺性及混杂因素（如多次胰岛输注、差异化的免疫抑制方案），且已知MHC区域基因（如HLA-DR/DQ）仅能部分解释T1D遗传易感性，提示存在其他未识别基因可能介导移植后复发。这些复杂的遗传互作和未知因素增加了基于HLA谱精确预测移植后自身免疫复发风险、从而优化干细胞库构建的难度。

免疫隔离装置的挑战与进展：为规避HLA匹配难题，免疫隔离封装装置（如ViaCyte的PEC-Encap）通过微孔膜阻隔免疫细胞渗透，允许物质交换以维持细胞活力。

然而，临床应用中因纤维化包裹导致移植物失活，疗效未达预期。Vertex开发的封装装置VX-264虽启动无免疫抑制临床试验，却因胰岛素分泌不足而中止。早期研究虽发现hES衍生的胰芽祖细胞（PP）低表达HLA-I类分子，可能降低免疫原性，但在非保护性装置（如VC-02）中仍需强效免疫抑制，与成人胰岛移植方案相当，凸显该策略仍需技术突破。

低免疫原性细胞系的创新方向

基因编辑技术正推动“免疫逃逸型”β细胞的开发：

• CRISPR Therapeutics的CTX210细胞系通过多重基因编辑（如敲除HLA-I/II类分子、过表达CD47）在I/II期临床试验（NCT05210530）中测试，初步显示可逃避免疫攻击；
• Sana Biotechnology的原代胰岛编辑方案（HLA缺陷+CD47过表达）在糖尿病灵长类模型中成功逆转高血糖，且无需免疫抑制，计划进入I/II期试验。

这些进展有望替代传统HLA匹配策略，为T1D患者提供更普适的细胞替代疗法。

总结：HLA谱研究揭示复杂遗传互作，但临床转化受限；封装装置面临纤维化瓶颈；而基因编辑的低免疫原性细胞系（如CRISPR和Sana方案）正引领免免疫抑制疗法的创新，成为最具前景的解决方案。

hPS细胞衍生β细胞替代产品的可扩展性

剂量需求与生产规模挑战：治疗糖尿病患者需要大量hPS细胞衍生的胰岛/β样细胞。虽然人胰岛移植有效剂量约为每公斤体重7,000个胰岛当量（IEQ），但hPS细胞来源的细胞功能较弱，可能需要更高剂量（目前临床试验使用100-140万IEQ/人）。要将这种疗法推广给数百万患者，必须实现细胞产品的大规模生产，无论是按需制造还是冷冻保存备用。

规模化生产策略：现大规模生产的关键在于采用可扩展的培养技术。其中，3D悬浮培养系统实现大规模生产的关键在于采用可扩展的培养技术。3D悬浮培养系统（如滚瓶、转瓶、搅拌或垂直轮式生物反应器）比传统平面培养更适合高效扩增hPS细胞（每代可扩增20-50倍）并引导其分化。

优化聚集大小（<300微米）对细胞活力和功能至关重要。已有研究证明在3D系统中能生产出功能性的β细胞，但单批次产量（例如0.3升生物反应器产数万至十万IEQ）仍需多个生物反应器才能满足单患者需求。

冷冻保存的瓶颈与尝试：冷冻保存是“现成”疗法的重要路径，但面临挑战。传统方法需将细胞团解离成单细胞冷冻，导致解冻后活力下降、需额外恢复期和再聚集过程，效率低下。改进方法（如冷冻3D前体细胞团块）虽减少了解离步骤，但仍存在解冻后细胞死亡过多和恢复期长的问题。玻璃化冷冻（快速冷冻避免冰晶）在小型研究中展现出高活力（>90%）和功能性，但放大生产（如大量冷冻网片的处理、无菌性保障）存在显著困难。

当前可行路径与未来方向：鉴于现有冷冻保存技术在保持细胞团块活力和可扩展性方面存在明显局限，通过优化生物反应器工艺进行按需制造hPS细胞衍生的β细胞，目前看来是满足巨大临床需求更可行的规模化途径。同时，开发更高效、能保持细胞簇完整性和功能的新型冷冻保存方法（如可放大的玻璃化技术）仍是未来重要的研发方向。

安全与合规之路：糖尿病干细胞β细胞治疗的监管考量与质量保障

监管机构正在采取措施，改善创新细胞治疗产品的早期获取，这些产品可能会为患有β细胞缺陷的糖尿病患者带来变革。为确保安全性和一致性，所有临床级人类干细胞衍生产品的生产都要遵守针对细胞医药产品的一系列区域特定立法和指南，包括与良好生产规范 (GMP) 和质量管理体系相关的立法和指南（表1）。

除了特定司法管辖区的规定外，药品检验合作计划 (PIC/S)、人用药品技术要求国际协调会 (ICH) 和世界卫生组织 (WHO) 等国际组织还汇编了细胞和基因治疗产品的协调和指导文件。不同国家监管机构 (NRA) 针对细胞治疗产品编写的指南汇编已在其他地方概述。在这里，我们重点介绍了与生成用于临床应用的hPS细胞衍生的胰岛/β细胞相关的关键监管考虑因素。

原材料的测试和鉴定：确保细胞产品质量始于严格的供体筛选，需检测多种潜在传播的感染因子（如HBV, HCV, HIV, HTLV, 梅毒等），检测方法需符合国际标准并考虑地域流行情况。此外，用于治疗的hPS细胞系本身需进行常规无菌检测，并在用于分化前额外完成遗传稳定性、身份和效力鉴定。通常需建立经全面检测合格的“主细胞库”及后续用于生产的“工作细胞库”。生产过程中使用的关键辅助材料（如酶、培养基成分）虽不进入最终产品，但因其对细胞有持久影响，也需依据基于风险的策略进行鉴定，目前相关法规尚不完善。

因此，开发人员应依靠基于风险的策略来决定辅助材料的鉴定标准。在表2中，我们总结了一种基于美国药典公布的风险等级的辅助材料鉴定方法。

生产过程中的GMP考虑因素：hPS细胞衍生β细胞产品的生产必须遵循严格的现行药品生产质量管理规范(cGMP)。这要求在高级别洁净环境（如ISO-5/A级，通常借助隔离器或屏障系统）下操作，并进行全面的环境与过程监控，其标准远超传统胰岛移植操作，可能导致监管解读差异。

鉴于当前生产过程高度依赖人力、耗时且昂贵，实现工业规模生产的关键在于流程自动化（可借鉴CAR-T领域的半自动或全自动设备平台），以提高效率、一致性和客观性。同时，除起始细胞系鉴定外，对生产所用辅助材料的监管考量（基于风险评估）也是GMP遵从的重要方面。

质量控制和放行标准：纯度、安全性、鉴别和剂量测试是关键质量属性 (CQA)，应在首次人体试验前进行评估。这些CQA与最终细胞产品的活力和效价一样，是关键的质量参数，需要在每批hPS细胞衍生的胰岛/β 细胞的生产过程中和最终产品上进行测试。

核心质量属性与放行测试框架：hPS细胞衍生β细胞产品的放行必须严格评估关键质量属性（CQA）其中包括：

• 安全性（无菌性、内毒素≤5 EU/kg/h、无病毒/支原体等污染物）、
• 鉴别（起始细胞系身份确认如微卫星/PCR，终产品β细胞标志物流式验证）、
• 纯度（无残留污染物，特别是严格检测未分化hPS细胞以防畸胎瘤，需用高灵敏度方法如ddPCR/流式细胞术）、
• 剂量（基于细胞活力和数量，参考胰岛移植>7,000 IEQ/kg的经验，并结合终产品中β细胞比例计算实际移植量）、
• 效力（>60%细胞表达关键β细胞转录因子，并通过葡萄糖刺激胰岛素分泌试验验证功能，体现双阶段分泌动力学）以及稳定性。

这些测试需贯穿生产并在终产品快速完成。

关键风险点与测试策略：安全性方面，除常规无菌/内毒素检测外，消除未分化hPS细胞污染以规避畸胎瘤风险并确保产品纯度是重中之重，要求检测方法具备极低检测限（如0.0005%）。

剂量确定需结合高细胞活力（参考CAR-T标准，通常≥70-80%）和准确计数，并根据终产品中功能性β细胞（如NKX6-1+INS+）比例计算有效IEQ。效力评估采取渐进式策略，结合身份标记表达（流式）和关键功能性测试（葡萄糖刺激胰岛素分泌），以证明产品具备类似人胰岛的响应机制和治疗潜力。

结论

科学进展与治疗前景：人多能干细胞（hPS）衍生胰岛/β细胞的分化方案取得显著进步，早期临床试验也展现出积极结果，这标志着该领域已成为再生医学和细胞治疗中极具希望的前沿。

利用这些能响应葡萄糖并分泌胰岛素的外源性hPS衍生细胞治疗胰岛素依赖型患者，有望极大提升其生活质量，并在未来几十年深刻变革细胞治疗领域。干细胞科学的持续发展将进一步提升这些细胞的效率和功能，未来临床试验也将应用这些科学突破，重点解决宿主免疫排斥、细胞长期功能维持以及规模化生产等关键挑战。

成功的关键与未来展望：推动该领域发展的核心在于干细胞科学家与糖尿病专家、内分泌学家、移植外科医生、临床医生、监管机构及患者群体之间的紧密协作.

在患者群体的大力支持以及产业界和医疗/政府机构的共同参与下，系统性障碍终将被克服。综上所述，科学探索、临床试验推进和监管路径构建三方面的协同进步，共同为糖尿病细胞疗法的未来描绘出极其乐观和光明的前景。

参考资料：[1]:https://www.nature.com/articles/s41591-025-03767-8

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