糖尿病是一种绝对或相对胰岛素缺乏导致的以慢性高血糖为特征的代谢性疾病,其中2型糖尿病(T2DM)占比90%~95%。
目前治疗药物包括磺脲类、双胍类、α葡萄糖苷酶抑制剂、DPP-Ⅳ抑制剂、SGLT-2抑制剂、GLP-1受体激动剂、胰岛素等药物,但这些传统的治疗方法存在各自的局限性,而且只能暂时控制血糖,不能从根本上治愈T2DM。
间充质干细胞(MSCs)治疗糖尿病是一种基于细胞的治疗方法,其自身的可再生、分化潜能以及免疫抑制特性,已在T2DM中显示出较好的治疗效果,为治疗糖尿病提供了新的思路及可能的发展方向。
MSCs治疗T2MD的可能机制包括:
①逆转β细胞去分化,从而减轻β细胞功能障碍、保护内源性胰岛β细胞;
②干细胞移植后归巢到受损胰腺并分化为胰岛β细胞;
③向炎症微环境迁移,产生抗炎细胞因子,减轻炎症反应,减少脂肪组织和肝脏中的脂肪含量,增加胰岛β细胞数量;
④通过内皮细胞的分化潜能及旁分泌作用促进胰岛细胞再生;
⑤改善胰岛素抵抗;
⑥分泌多种细胞因子,进一步诱导胰岛α细胞转变为β细胞,减少胰高血糖素分泌增加胰岛素分泌以降低血糖。
MSCs治疗糖尿病并发症的可能机制:
1、MSCs治疗糖尿病肾病(DN)的可能机制
DN是糖尿病主要的微血管并发症之一,也是终末期慢性肾病的重要死因之一。虽然可通过严格控制血糖、血压可一定程度上延缓DN的发生发展,但无法完全阻止疾病的进展。
目前认为,MSCs对肾脏保护作用的可能机制包括:
①MSCs治疗肾脏病是通过促进肾小球结构再生、减轻肾小球损伤、修复肾脏损伤细胞、减少白蛋白尿、清除细胞*性分子等保护肾脏;
②MSCs可明显改善肾脏纤维化延缓肾损伤;
③通过调节炎症和免疫反应、旁分泌多种细胞因子而延缓肾脏损害;
④MSCs可以下调血管内皮生长因子A(VEGFA)来保护高糖诱导的MP5细胞免受损伤;
⑤MSCs治疗DN可能亦与维持M1/M2巨噬细胞平衡、抑制炎症、外泌体诱导的自噬保护作用相关。
2、MSCs治疗糖尿病视网膜病变(DR)的可能机制
DR是一种因高血糖及随之发生的代谢异常引起的微血管病变,严重者会导致失明。目前的治疗包括改善代谢异常、维持血流动力学稳定、后期激光光凝、眼内抗血管内皮生长因子等治疗,但疗效有限,而且多数是针对疾病晚期的相关干预措施。
目前认为,MSCs对视网膜保护作用可能机制包括:
①MSCs通过特定条件下微环境诱导生成视网膜神经样细胞以替代凋亡细胞,同时MSCs通过旁分泌作用产生神经保护因子,达到视网膜神经保护作用;
②干细胞是一种能将自身正常线粒体转移至周围受损线粒体的细胞,可影响受损靶细胞的增殖、分化及衰老,进而对视网膜起到保护作用;
③有尚未完全阐明的免疫调节作用,包括MSCs介导的生长因子、趋化因子等活性物质的分泌、细胞—细胞直接接触、抑制T细胞增殖作用、抑制CD4+T细胞分化为促炎性细胞系,改善破坏性炎症反应;
④MSCs能分化为内皮样细胞、分泌血管生成相关因子调节视网膜病变的血管形成起到保护视网膜血管的作用;
⑤MSCs分化成胰岛素分泌细胞降低血糖、抑制炎症反应、免疫调节作用;
⑥MSCs来源的外泌体具有延迟炎症反应和血管形成、修复和保护视网膜作用。
3、MSCs治疗糖尿病足(DF)的可能机制
DF是糖尿病危害最大、花费最高的慢性并发症之一,严重者需截肢。目前治疗措施主要是控制血糖、局部清创换药、抗炎、改善供血、营养神经、负压吸引、高压氧治疗、严重者行下肢血流重建,但对于严重患者治疗效果有限。
大量动物实验及临床研究表明,MSCs是治疗DF的新方法,其可能机制包括:
①MSCs抑制促炎型T细胞并分泌白细胞介素1α或1β、肿瘤坏死因子α等细胞因子抑制T细胞激活、分泌免疫球蛋白在伤口处对抗炎症、减少促炎型M1型巨噬细胞增加抗炎型M2型巨噬细胞、减少活性氧簇等途径发挥免疫调节作用;
②归巢效应直接分化伤口组织促进伤口愈合;
③MSCs通过自分泌及旁分泌血管内皮生长因子(VEGF)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)、表皮细胞生长因子(EGF)等直接或间接促进血管新生,恢复血供、刺激肉芽组织增生;
④MSCs分化为内皮细胞及角化细胞促进上皮细胞再生,通过趋化因子受体及蛋白激酶信号通路迁移到伤口修复损伤组织;
⑤MSCs分泌一种良好的运输载体—外泌体,在组织修复过程中发挥重要作用。
4、MSCs治疗神经源性膀胱的可能机制
糖尿病神经源性膀胱是因糖尿病后神经功能障碍导致的膀胱功能异常,膀胱功能涉及传入神经、传出神经、自主神经之间复杂的神经控制。糖尿病神经源性膀胱是一种进展性疾病,治疗主要取决于其临床症状及尿流动力学改变情况。目前治疗措施包括减轻尿路症状、改善尿失禁、间歇性导尿排空膀胱、保护肾功能、膀胱壁注射A型肉**素、膀胱植入起搏器等,但均不能解决根本问题。
近年研究发现,采用MSCs治疗糖尿病神经源性膀胱可干预其病理生理自然发病过程,进而缓解、逆转病情,部分膀胱功能得到恢复,相关可能机制包括:
①MSCs改善胰岛β细胞,控制血糖、保护神经细胞功能;
②MSCs具有分化为尿道上皮细胞、平滑肌细胞、神经纤维的潜力,进而可修复膀胱和尿道的功能;
③MSCs合成分泌表皮生长因子(EGF)、多种神经营养因子,抑制炎性免疫应答;
④MSCs稳定表达神经生长因子,改善膀胱的微环境及膀胱功能;
⑤MSCs能增加膀胱中弹性蛋白的含量,可进一步改善排尿功能。
总结:
糖尿病及相关并发症危害巨大,目前传统治疗效果有限,且价格昂贵。近年伴随干细胞的深入研究,利用干细胞治疗恢复胰岛功能为糖尿病患者带来新的希望。其中MSCs具备强力自我增殖、分化潜能、免疫调节等特点,且易于在体外分离和扩增,培育周期较短,免疫原性低,免疫排斥少,作为成体干细胞规避了伦理问题,使其成为细胞治疗的理想选择,但目前用于T2DM及并发症研究大部分仍处于临床前研究阶段,需要进一步探究干细胞治疗的最佳细胞传递途径、给药剂量、给药间隔、给药频率、应用年龄节点等最合适方案。