原标题：干货丨干细胞疗法医治糖尿病的开展与应战
一个世纪曾经，1型糖尿病意味着死刑。现在，它仅仅日常病。闻名世界期刊《Cell Stem Cell》刊登了一篇总述，这篇总述论述了干细胞医治糖尿病的要害技能和核心问题。文章从怎么生成功用完好的胰岛，胰岛细胞移植中存在的免疫问题，再到干细胞微囊化的未来方向与战略。是一篇值得学习的好文章。
近一个世纪以来，重组胰岛素组成和给药办法的前进从根本上降低了糖尿病相关疾病的发病率和死亡率。尽管如此，全世界仍有4亿的患者因糖尿病并发症而遭受着丧命的影响，如糖尿病肾病、眼病和神经体系疾病。严厉的饮食操控，能够减缓或防备I、II型糖尿病并发症的开展。惋惜的是，这种严厉的饮食操控也会引起低脂血症，因而办法的施行也受患者情况的约束。经过实体胰腺器官移植或胰岛移植的办法来代替β细胞，都能够到达不运用胰岛素而使病况取得杰出操控的意图。因为胰岛安排的来历有限，因而，用干细胞出产出足够的排泄胰岛素的细胞资源，将能够彻底满意β细胞替换、到达胰岛素非依靠的广泛需求。
干细胞技能的开展，安排工程的前进再 加上生物资料的开展，使得其离临床转化越来越近，成为最有潜力的糖尿病代替医治战略。但是，干细胞医治糖尿病要害技能和核心问题仍有待深入研讨和战胜。
01、怎么生成功用完好的胰岛
近十余年，用人源干细胞出产功用性β细胞取得了显着的开展。根本战略是重演了胚胎时期多能干细胞分解的首要途径： 构成清晰的内胚层，然后胰腺内胚层，再到内排泄前体细胞（祖细胞）并终究构成胰岛细胞。 最近的研讨要点在出产对葡萄糖影响发生呼应并排泄胰岛素的单个细胞上。几个研讨室的精力会集在出产功用完好的β细胞和胰岛细胞，并且很快可当作胰岛素排泄细胞的资源来代替人的胰岛。
（图-1 胰腺由外排泄和内排泄区域组成。后者由称为朗格汉斯岛(Inset)的小球样微型器官组成。每个胰岛都含有排泄胰岛素的β细胞，以及其他排泄激素的内排泄细胞(α、δ、epsilon和PP细胞)。所谓的“中心”细胞是β细胞的一个亚群，它和谐胰岛细胞在葡萄糖影响后协同开释胰岛素。内排泄细胞不是孤立存在的，而是存在于各种细胞组成的小生境中：包含基质细胞、神经细胞、内皮细胞和血管周细胞。）
尽管从人源胚胎干细胞制备胰岛素排泄细胞取得了显着的开展，但完美地仿制内源β胰岛细胞一切特色并完结其一切功用的细胞构成进程依然有待说明。考虑到机体内的β胰岛细胞不是独立存在的，而是处于扑朔迷离的3D胰腺环境中，因而制备“完好”的胰岛细胞应当有助于胰腺功用重建。事实上， β细胞功用的保持高度依靠于胰岛杂乱的细胞结构，而别离态的胰岛细胞与完好结构中的胰岛细胞的行为不同。 比方，因为根底胰岛素排泄量和葡萄糖影响下最大胰岛素排泄量下降，别离态的β细胞跟完好结构状况中的细胞比较，其葡萄糖影响下的胰岛素排泄功用低下。加之其它机制，像细胞-细胞信号沟通的和谐、细胞间隙连接蛋白Connexin-36等均在保持胰岛素水平动摇中与β细胞联合和胰岛同步进程发挥及其重要的作用。
考虑出产最抱负作用的医治糖尿病治的人胚胎干细胞，所以制备细胞时有必要考虑怎么重建胰岛细胞与细胞的触摸和胰岛与微环境沟通的结构。
β细胞别的一个主导性功用是与胰岛小生境中其它细胞的信息沟通，包含多种非内排泄型细胞，如内皮细胞、周细胞、神经细胞和间充质细胞。 特别是，胰腺中胰岛的血管高度发达，或许每一个β细胞都与内皮细胞发生一个或多个触摸，并在触摸处构成特别的超微结构。在胰腺发育进程中，内皮细胞开始被内排泄细胞排泄的VEGF-A招募到敏捷成长的胰岛。然后是内皮细胞组成和排泄胰岛膜基质，并作为β细胞成长、存活和功用的要害调理因子。Otonkoski团队研讨标明，人胰岛中环绕内皮细胞和β细胞呈现二个基膜。鉴于在自然环境中β细胞与支撑细胞之间的特别关系，在体外重塑内源性β细胞小生境中某些元素或许促进hESC衍生β细胞的存活和功用。
胰岛血管小生境不只包含内皮细胞，还包含壁细胞，称为周细胞。周细胞包裹在内皮细胞管周围，以供给结构支撑和发生老练功用的血管并调理内皮细胞的增殖、存活和功用。 周细胞在正常胰岛功用中的作用还不彻底清楚，而遗传敲除研讨则标明，成年鼠胰岛中周细胞的缺失会导致胰岛素表达和葡萄糖铲除的妨碍。
鉴于胰岛细胞结构对内排泄功用的重要性，能够规划培育体系来再现发育进程中胰岛杂乱三维结构的诸要素。各种办法被用于体外发生工程胰岛，或所谓的‘假胰岛’。多项研讨报告标明，无论是在体外仍是在体内，移植了假胰岛的再聚体之后，功用都得到了改进。也有依据标明，与仅由β细胞组成的假胰岛比较，β细胞与内皮祖细胞重新集合在一同后，GSIS（葡萄糖影响的胰岛素排泄）得到了改进。
（图-2 用人多能干细胞(hPSCs)出产β样细胞涉及到促进多能干细胞经过一系列中心祖细胞的阶段。在完结定向分解后，能够被解离β样细胞簇并重新集合成确认巨细和组成的胰岛样细胞团。与其他类型内排泄细胞(它们本身或许来自hPSCs)的再集合或许改进葡萄糖自我平衡功用，或许是经过某些hPSC衍生的β细胞向中心细胞的分解。最终，内排泄细胞能够随小生境细胞一同重新集合，更严密地再现对β细胞功用至关重要的部分微环境的相互作用。）
总归，确认最适合人体胰岛功用的细胞组成和结构布局，仍需求做更多的作业。或许的应战包含确认怎么取得所需的人胰岛小生境中的种子细胞，特别是考虑到某些细胞类型缺少真实详细的符号，并且来历有限。一种挑选是 从hESCs或诱导多能干细胞(iPSCs)中发生这些细胞。 另一个应战是，现在创立人工胰岛的技能依靠于内排泄细胞和非内排泄细胞之间的自安排特性。或许有一天，胰岛安排的3D打印或许成为或许，然后能够完结所期望的结构。
02、胰岛细胞医治中存在的免疫问题
最近运用β细胞代替医治T1D的成功，再加上hESC-或iPSC衍生β细胞的出产，为有用医治该疾病供给了路线图。但是， 免疫体系问题依然是广泛选用细胞代替疗法医治T1D和部分T2D患者的首要妨碍。 现在的免疫按捺剂是有用的，但需求毕生医治，并且在许多情况下会发生副作用和毒性，因而大都选用这种医治战略时仍限于十分严峻的病例。
1）首先是同种免疫排挤的问题
在T1D患者中，移植的异基因β细胞面对同种免疫介导的排挤反响，假如不被按捺，能够在几天内铲除移植的细胞。 T细胞是同种免疫的重要的要素，其激活是因为T细胞受体(TCR)辨认首要安排相容性复合物(MHCs)结合的抗原肽所造成的。 MHC蛋白的高度多态性(在人类中称为人类白细胞抗原HLAs)是异基因免疫进犯的首要靶点，非必须安排相容性抗原，如女人受体中呈现的男性抗原或线粒体抗原，尽管速度较慢，也能引起排挤反响。
尽管免疫按捺维护移植物免受排挤，但广泛的免疫按捺损害了患者的免疫体系，使他们简单受到感染和恶性肿瘤的侵袭。 一种抱负的战略是练习免疫体系承受移植的细胞，避免缓慢全身免疫按捺。 许多临床前动物模型现已完结了对移植安排的免疫耐受，现在，正在为人类开发潜在的耐受性疗法。
在曩昔的20年中，人们一直在共同努力研讨诱导移植耐受性的战略， 其间战略之一便是：构建供者-受体造血嵌合体。 供体免疫细胞的存在，将培育受体免疫细胞承受供体来历的细胞作为本身细胞，然后避免移植排挤。这种办法的一个应战是混合嵌合状况的不安稳性，导致宿主或供体免疫体系失衡而被一方主导并接收。当供体细胞占优势时，移植物抗宿主病的危险就很高；当受体细胞占上风时，对供体的耐受性往往会损失。 另一种战略是： 用过继细胞疗法促进Tregs功用。 过继性Treg医治的一个应战是，很多的可对供体反响的效应T细胞能够压倒Treg介导的按捺。用Tregs操控排挤反响，需求削减受体体内针对供体发生反响的T细胞。不断有新的临床前结果标明，Treg细胞医治能够安稳造血嵌合体，因而，这两种疗法有或许协同作用，以完结更牢靠和耐久的耐受性。
2）其次是本身免疫的问题
在T1D患者中，胰岛本身抗原特异性T细胞也能够进犯和损坏移植的β细胞，然后促进移植的β细胞被排挤。 操控T1D患者本身免疫复发而排挤移植β细胞的战略，能够采纳在研讨操控T1D患者本身免疫中运用的办法。
现已做了广泛的研讨作业使得T1D患者康复自我免疫耐受。风趣的是，许多一般用来防备移植排挤的免疫按捺药物并不能有用地诱导糖尿病的缓解。但是，大大都常用于防备同种免疫介导的移植排挤的免疫按捺药物，都可导致短期糖尿病缓解，但没有长时刻作用。在免疫按捺的胰腺和肾移植受者中，传统药物用于按捺本身免疫反响，也观察到进犯胰岛细胞的本身免疫复发。T细胞和B细胞靶向医治，如抗CD3，Abatacept (类似于上述的CTLA-4Ig分子)和抗CD-20，可使一些新的T1D患者的β细胞功用暂时中止下降。抗胸腺细胞球蛋白是一种在器官移植中常用于诱导T细胞衰竭的药物，在高剂量时不能避免β细胞丢掉，低剂量与G-CSF联合运用时具有短期效益。相反，另一种T细胞靶向剂LFA-3Ig(Alefacept)能安稳新发疾病患者的β细胞质量。抗CD3、Abatacept和alefacept的共同之处在于，它们对效应T细胞具有相对的挑选性，一起保存乃至增强Tregs。因而，它们的医治作用或许是因为能够在阻挠效应T细胞的一起促进Treg的功用。这些在操控胰岛本身免疫进犯作用的提示，为规划更有用的联合疗法，以诱导长时刻耐受性供给了辅导。
（表-1 用于同种免疫和自体免疫反响的免疫调理药物）
除了上述广泛的免疫调理战略外，也有研讨继续努力地开展胰岛抗原特异性医治办法。临床前的数据标明，用胰岛首要抗原制备的肽疫苗或纳米微粒能够靶向于特定的效应细胞来诱导免疫耐受，但这些战略在患者中的有用性仍有待临床试验证明。尽管这些研讨中有许多现已在少量患者集体中显现了一些作用，并且有几个项目正在进行新抗原医治的测验，但确认准确的抗原、时刻和给药办法是至关重要的，以期最大极限和有用地测验作用。抗原特异性免疫医治面对的应战是免疫体系所针对的胰岛抗原的数量；仅免除针对一种或一群胰岛抗原特异性T细胞的杀伤功用不足以改动疾病的进程。此外，在不同的患者、不同的疾病阶段，胰岛抗原的特异性或许是不同的，因而很难知道哪些特异胰岛抗原才是方针。诱导首要抗原特异的免疫调控的办法或许更有用，更简单应用于不同的患者集体。
总的来说，近年来干细胞移植医治成为临床研讨的热门，为糖尿病的临床医治供给了新的期望！
参考资料：
Stem Cell Therapies for Treating Diabetes：Progress and Remaining Challenges
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