胰岛β细胞再生/替代治疗的现状与展望

　　近年来，糖尿病的发病率迅猛增加，已成为危害人类健康的主要杀手。糖尿病主要的病理生理学特征是胰岛β细胞数量减少和功能障碍，因此，β细胞再生是糖尿病治疗领域的前沿和焦点，其研究进展或将为糖尿病防治带来革命性的突破。本文对此进行简要介绍。

　　一、β细胞生长发育

　　胰腺由内、外分泌部组成。外分泌部包括腺泡细胞和导管细胞，内分泌部则主要由胰岛和外分泌部中的内分泌细胞构成。胰岛细胞包括5种类型：a、β、d、PP和e细胞，其中β细胞占70-80%。胰岛的基本结构是以β细胞为核心，a和d细胞围绕其周围构成非连续性框架。新生儿阶段，每天约有18-20%的β细胞复制增值，但成年后，β细胞复制比例不足1%。

　　二、β细胞再生

　　既往认为，成熟β细胞是不能分化的终末期细胞，最近的研究则发现，成熟β细胞有着强大的自我更新能力。截至目前，β细胞再生理论包括：成熟β细胞增生、新生(胰岛祖细胞分化为β细胞)和细胞分化(胰腺内非β细胞转化为β细胞)。

　　1.增生

　　增生是指成熟β细胞通过分裂而获得的数量增多。代谢需求的增加如肥胖、妊娠，以及胰腺损伤，均可使成熟β细胞拥有显著的增生能力。肝细胞生长因子、内皮生长因子(EGF)、细胞素等循环因子，亦能刺激β细胞增生和分泌胰岛素。此外，GLP-1及其类似物，可诱导糖尿病及肥胖患者β细胞增殖和改善糖耐量异常。当EGF与GLP-1联用时，胃泌素则具有促β细胞增生作用。除了生长因子和激素，小分子化合物亦可诱导β细胞增生。

　　2.新生

　　新生在β细胞再生中的作用尚存争议。Teta等采用谱系示踪技术发现，胰岛祖细胞不能促进β细胞团体积的增大，即使在急性胰腺损伤的状态下，β细胞团扩张系其内部成熟β细胞增生所致。

　　但多项研究得到了相反的结果。Xu等发现，当胰腺腺泡细胞和β细胞同时被Pdx1启动子所表达的白喉毒素灭活，或在导管结扎/胰腺部分切除状态下，导管细胞可衍化出约60%的新生腺泡细胞和β细胞。在小鼠，胰岛新生相关蛋白肽能诱导β细胞新生并逆转链脲霉素(STZ)诱导的糖尿病。此外，一项胰腺尸检研究发现，妊娠期β细胞体积相对增大、小岛比例增加、导管内具有胰岛素分泌能力的细胞增多，提示妊娠期存在β细胞新生。

　　3.细胞分化

　　细胞分化系指某一谱系的已分化细胞转化为另一谱系细胞的过程。研究发现，胰腺严重损伤时a细胞可转化为β细胞。Thorel等通过选择性表达大鼠胰岛素启动子下游的白喉毒素受体，发现随着99%β细胞的消融，a细胞进入“双激素”(同时表达胰岛素和胰高血糖素)状态并进一步发展为单一胰岛素分泌细胞，表明β细胞再生可源于非β细胞，同时提示a细胞在β细胞团的损伤修复中发挥重要作用。此外，还有学者制备出了具有β细胞遗传表型的基因重组a细胞。a细胞特异性Men1敲除小鼠，其a细胞可转化为β细胞。转基因表达Pdx1的Ngn3阳性a细胞，以及表达Pax4的a细胞，亦可启动a细胞向β细胞的转化过程，并能逆转化学药物构建的糖尿病。以小分子药物(如GW8510)诱导a细胞转化为β细胞的尝试亦获得了成功。

　　腺泡细胞亦有可能转化为β样细胞。例如，以表皮生长因子和白血病抑制因子干预可使原代培养腺泡细胞获得内分泌活性。同时表达生长发育过程中所需的三个关键转录因子，Pdx1、Ngn3和MafA，可诱导腺泡细胞向β细胞的转化并缓解STZ大鼠的高血糖。然而，细胞分化在临床应用中的价值仍需进一步论证。

　　三、β细胞替代治疗

　　由于供体来源和免疫排斥两方面的原因，人类胰岛移植难以大规模推广，寻找新的潜在的β细胞来源成为人们努力的目标。利用多能胚胎干细胞(ESCs)、成熟非胰腺细胞和诱导性多能干细胞(iPSCs)进行体外分化和β细胞扩增，以获得大量可用于移植的β细胞成为一个引人注目的临床治疗策略和研究热点。

　　1.由ESCs分化产生β细胞

　　2001年，Lumelsky等首先报道由小鼠ESCs获得了β细胞，其关键步骤包括将胚样小体(EBs)沿无血清培养基(SFM)表面平铺生长，补充尼克酰胺和B27培养基以利于β细胞生成。Assady等发现，在贴壁生长和EBs存在两个条件下，体外培养的人ESCs能自发分化并形成类β细胞，但因胰岛素分泌能力较弱，该细胞尚不能称为严格意义上的β细胞。2006年，D￠Amour等开发了一种生产β细胞的新技术。他们使用内分泌前体细胞，而不是EBs，诱导人ESCs经过定型内胚层、内脏内胚层、胰腺前体细胞和胰腺内分泌细胞等阶段，模拟胰腺生成。目前大多数ESCs分化为β细胞的技术流程均涉及生长发育信号通路，如Wnt/转化生长因子β等。新近，Pagliuca等通过联合调控人ESCs多个信号通路，以三维细胞培养系统实现了大规模功能性β细胞生产。

　　2.以iPSCs分化形成β细胞

　　iPSCs是指以诱导手段强迫转录因子异位表达，使高度分化的体细胞重编程为一种新型多能干细胞。研究表明，通过逆转录病毒将Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4导入无SFM培养生长的人皮肤成纤维细胞，所获取的iPSCs，可诱导分化为类β细胞。Thatava等在无饲养层细胞条件下以胰腺内胚层诱导剂indolactamV联合GLP-1诱导人iPSCs分化为内分泌细胞。Alipio等通过iPSCs移植逆转了糖尿病大鼠的病情。Maehr等进一步以Oct4、Sox2和Klf4三种转录因子，建立了1型糖尿病患者特异性的iPSCs，尽管分化效率不尽人意，但这使iPSCs治疗人类糖尿病成为可能。

　　3.以非胰腺细胞分化形成β细胞

　　胰岛内分泌细胞亦可来自组织特异性成体干细胞的横向分化。间充质干细胞是一种具有高度增殖和多向分化潜能的多能干细胞。以β-巯基乙醇、尼克酰胺和GLP-1联合干预人脂肪组织可诱导其分化为具有典型内分泌细胞形态并有多种胰岛生长发育基因/转录因子表达的胰岛细胞。Gabr等使2型糖尿病患者骨髓干细胞在不依赖基因调控的情况下分化为胰岛素分泌细胞，移植入糖尿病大鼠可纠正其高血糖状态。其它类型成体干细胞向功能性胰岛细胞体外诱导分化的报道亦很多，但有些在体外培养条件下制备的细胞缺乏胰岛细胞正常生长发育所需的必要信号，并导致获得的细胞存在部分功能缺失。

　　四、展望

　　修复患者的胰岛β细胞数量和功能是糖尿病治疗的根本途径，其中β细胞再生是极具潜在应用价值的研究方向。由于干细胞来源和体外诱导分化方案等亟待解决的技术难题，使其迈向临床仍面临巨大挑战。胰岛细胞体内再生理论上是更为理想的治疗策略，但因胰岛细胞再生的内在规律和调节机制尚未完全阐明，其临床应用前景同样需要进一步观察和考证。相信随着干细胞生物学的发展，胰岛细胞再生和替代治疗终将应用于临床，从而为糖尿病患者带来全新的治疗手段甚至治愈的希望。