第36章 基于干细胞的疗法：让糖尿病 100% 治愈成为可能
基于干细胞的疗法：让糖尿病 100%治愈成为可能
原创 Eppendorf Eppendorf生物工艺
无需管住嘴，不用迈开腿，一周一针，躺着就能瘦。“减肥神药”司美格鲁肽在 2023年一炮走红，成了风靡全球的现象级“减肥药”，这简直是个“令人疯狂”的诱惑。但其实，司美格鲁肽真正的适应症是成人 2型糖尿病，其在治疗糖尿病除了刺激神经、调节胰岛素分泌外，还具有延缓胃部食物排空的副作用，抑制食欲从而降低摄入量，使体重减轻。值得一提的是，目前，中国暂未批准其用于减肥。
我们今天要聊的，不是减肥，而是糖尿病。
糖尿病是一种慢性代谢性疾病，病因主要是由于患者体内胰岛素分泌不足或胰岛素抵抗导致机体出现高血糖症状。糖尿病主要分为 1型糖尿病（T1DM）和 2型糖尿病（T2DM），迄今为止，全球近 9%的人口患有糖尿病，预计到 2045年患者人数将增至约 7亿【1，2】。糖尿病高血糖可引发多种急性或慢性并发症，糖尿病及其并发症对人类健康构成重大威胁，影响患者的生活质量和预期寿命。
无论是针对 T1DM还是 T2DM患者，当下主要的治疗方法都需要病患每天摄入外源性胰岛素，外源性胰岛素使用不当导致的无症状低血糖可能会造成患者死亡或昏迷【3】。当前针对糖尿病的传统治疗药物存在较大局限性，仅能暂时改变血糖水平而无法从根本上治愈糖尿病。司美格鲁肽也一样，它是一种 GLP-1类似物，以葡萄糖浓度依赖机制调控胰岛素和胰高血糖素的分泌水平，进而调控病患体内的血糖水平。还有一种方法，胰岛组织移植或胰腺移植，但由于供体短缺和免疫排斥风险的限制，这些疗法的应用受到极大的局限。
可喜的是，科学家研究发现，基于干细胞的疗法可能可以从根本上治愈糖尿病，例如由干细胞衍生的胰岛细胞移植或胰岛类器官移植、间充质干细胞治疗糖尿病等，这为该疾病提供了新思路和发展方向。基于干细胞的疗法在糖尿病治疗领域具有巨大的潜力和前景，但机遇与挑战并存，在克服各项临床开发的复杂挑战中，生物医学技术、再生医学及基因编辑技术均在飞速进步。
01
干细胞生成胰岛细胞
干细胞因其自我更新和分化成多种类型细胞的能力，被成为“再生细胞”，其被认为在恢复患者内源性胰岛素分泌方面具有巨大潜力。研究人员已经成功诱导干细胞分化为具有类似胰岛β细胞功能的胰岛素生产细胞，这些细胞能够根据血糖水平变化进行实时快速响应并分泌适量的胰岛素。目前，此疗法已经进入临床试验阶段，在I/II期试验中取得了令人鼓舞的结果。
02
干细胞生成胰岛类器官
从人干细胞高效分化为胰腺内分泌细胞的技术已较为成熟，这些分化而来的细胞能够在适宜的三维条件下自发形成直径约 50至 150微米的内分泌细胞簇（ECCs）。相较于单个内分泌细胞，ECCs表现出增强的目的基因表达和响应葡萄糖刺激的胰岛素分泌反应，并且在移植到糖尿病动物体内后能够迅速恢复血糖水平至正常范围，延长生存期。然而，胰岛类器官临床应用开发目前仍处于早期阶段，相比于人类原生胰岛组织器官，其存在两大局限性：内分泌细胞功能成熟度相对不高和血管系统缺乏。鉴于原生胰岛组织器官具有高度血管化的特性，胰岛类器官的临床高效应用关键在于实现高效的网络化血管系统，因为丰富的血液微循环系统有助于维持其内分泌细胞的功能与成熟。为了克服这一挑战，科学家们正通过深入研究胰岛器官生理学、干细胞生物学和组织工程技术，致力于生成具有功能性血管网络且内分泌功能成熟的胰岛类器官。【5，6】
03.间充质干细胞治疗糖尿病
间充质干细胞因其来源丰富、伦理争议低、感染风险低、增殖和分化能力强、免疫原性极低等特性使其在糖尿病治疗中具有独特的优势。研究表明，间充质干细胞是治疗糖尿病的一种创新且有效的策略，其可能的作用机制包括：（1）输注入机体后，可定向归巢至受损胰腺并通过局部营养供应和旁分泌因子释放起作用；（2）帮助逆转β细胞去分化状态，从而减轻β细胞功能障碍并保护胰岛β细胞；（3）促进胰岛β细胞再生；（4）分泌抗炎细胞因子并调节巨噬细胞表型，从而减少胰岛β细胞炎症；（5）在体内分化为胰岛素生成细胞【7】。
虽然干细胞来源的胰岛素分泌细胞显示出治疗糖尿病的巨大前景，但这一领域仍然面临伦理争议、潜在形成肿瘤的风险以及如何提高移植后细胞的生存期、稳定性和安全性等问题。因此，继续开发更为安全有效的策略，如利用类器官技术构建三维立体的胰岛结构，并结合先进的免疫耐受手段，有望推动干细胞疗法在糖尿病治疗上取得更实质性的临床突破。
1.3D细胞培养技术
如文章前面部分所述，相较于分散的胰岛细胞，三维立体胰岛类器官在糖尿病治疗方面具有诸多优势。3D细胞培养是构建三维立体胰岛类器官结构的必备技术，利用多能干细胞、成体干细胞借助仪器设备与试剂，通过定向诱导与 3D培养可形成三维立体的胰岛类器官。其中，生物反应器是 3D细胞培养系统中非常关键的仪器设备，目前，针对不同的细胞培养需求，人们已经成功开发了多种生物反应器，其特点各异，以不同的方式为细胞培养提供最适环境，如中空纤维生物反应器、搅拌式生物反应器、旋转式生物反应器、波浪式生物反应器等，其中，搅拌式生物反应器是一种很有前景的细胞 3D培养系统，因为系统允许高效地建立和维护细胞聚集生长，过程监控，以及放大到更大的体积。此外，搅拌式生物反应器可以在灌流模式下进行操作（例如：Eppendorf DASbox迷你平行生物反应器控制系统【8】），这使得 3D细胞培养模式比传统
2基因编辑技术
临床试验显示，当体外经干细胞分化扩增而得的胰岛细胞被植入人体后，往往会引发免疫排斥反应，导致宿主免疫系统错误地攻击这些外来细胞，从而大幅降低疗法的有效持久性。为解决这一问题，传统胰岛细胞移植通常需要结合使用免疫抑制剂，例如 Vertex Pharmaceuticals公司研发的基于同种异体干细胞衍生的胰岛细胞疗法，就必须配合免疫抑制治疗以保护移植细胞免遭免疫排斥。然而，因编辑技术公司 CRISPR Therapeutics的 VCTX210项目通过运用 CRISPR基因编辑技术突破了这一局限。科研人员利用 CRISPR基因编辑手段精确去除干细胞中那些可能导致 T细胞识别并攻击移植细胞的相关基因，以此达到免疫逃逸的效果，确保移植细胞能够在患者体内安全存活且有效发挥作用，因此在接受 VCTX210细胞产品移植治疗的患者身上，无需额外应用免疫抑制剂【9】。此外，有研究表明，通过基因编辑技术插入免疫调控因子基因如 PD-L1，也有助于减轻异种移植物面临的免疫排斥问题，延长干细胞药物的疗效【10】。
3
细胞封装技术
细胞封装技术对于解决干细胞疗法免疫排斥和实现移植物长期存活问题提供了一种新的手段。研究人员将干细胞衍生的成熟β细胞封装在生物材料中（例如海藻酸盐衍生物），可以在无免疫抑制的情况下将其植入糖尿病动物模型体内，保持细胞活性和功能，促进葡萄糖稳态恢复，并显著提高移植物存活率和疗效。【11】
总之，基于干细胞的疗法有望成为有效治疗糖尿病的理想方法，目前，基于干细胞的糖尿病疗法仍处于较早期的临床应用开发与探索阶段，需要进一步研究来提高此类疗法治疗糖尿病的疗效和安全性。随着技术和理论的逐渐成熟，基于干细胞技术的糖尿病治疗将迎来更大的突破，必将为糖尿病患者的治疗提供更多有价值选择。