间充质干细胞治疗糖尿病周围神经病的研究进展

一、间充质干细胞来源

  MSCs又称为多潜能间质基质细胞,属于成体干细胞,几乎存在于所有活体器官和组织中[1]。MSCs可以从骨髓、脂肪组织、神经组织、羊水、胎盘、月经血、牙髓以及脐带中分离出来[2],其中以骨髓中含量最丰富。但长期的临床应用发现,高血糖的微环境不利于骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)转化,且骨髓中MSCs不易分离纯化,病毒感染率高,易受年龄等因素影响。而UMSCs具有来源广泛、成本较低、取材方便、培养成功率高、增殖能力强和感染率低等优势,并且不受伦理道德的限制,因此越来越成为国内外专家关注的焦点。

 

二、间充质干细胞治疗DPN的基础研究及可能机制

  MSCs能够分化成几种细胞类型,包括心肌细胞、血管内皮细胞、神经元、肝细胞、上皮细胞和脂肪细胞,使它们成为治疗人类疾病的重要方式。这种多能分化特征以及自我更新和免疫调节能力,使MSCs成为治疗DPN的新方法[3]。

 

  1.改善胰岛功能、调节血糖、保护神经细胞:

  血糖过高及波动过大,会造成神经细胞损伤。MSCs对高血糖的基本治疗机制可能涉及改善胰岛素抵抗[4]和胰岛再生,包括直接分化成有功能的胰岛β细胞,产生胰岛素生成细胞等[5,6]。另外,MSCs还可以有效抑制链脲佐菌素诱导的胰岛损伤,增加胰腺细胞中胰岛素蛋白的表达[7]。从而有效地发挥控制血糖,保护神经细胞的作用。

 

  2.免疫调节:

  干细胞具有免疫调节能力,保护胰岛β细胞,控制血糖,防止高糖及血糖波动过大对神经细胞造成损伤。胰腺β细胞功能障碍被认为是2型糖尿病的发病基础,人们普遍认为β细胞功能障碍与胰岛中巨噬细胞的异常积聚密切相关,最近一项研究发现MSCs可以诱导巨噬细胞进入抗炎状态[8]。目前已有研究显示,糖尿病的发生和发展可能与调节性T细胞活性有关,而MSCs可以增加抗炎细胞因子白细胞介素-10分泌,减少干扰素-γ、白细胞介素-12分泌,也可以增加抑制免疫应答的CD4、CD25、FoxP3、调节性T细胞的数量[9],还可以诱导调节性T细胞,抑制胰腺中的B细胞特异性T淋巴细胞增殖,并克服与1型糖尿病相关的自身免疫反应[10]。另外,MSCs还可以抑制中性粒细胞迁移并使产生的活性氧簇减少,减轻组织损伤,同时不降低其吞噬能力[11]。因此,MSCs的治疗效果可能与其有释放免疫调节因子的能力相关[5,12]。

 

  虽然已知MSCs通过与先天性和适应性的免疫细胞相互作用来调节免疫应答,但是控制这些效应的确切机制尚不清楚。越来越多的研究集中于可溶性介质在MSCs依赖性免疫调节中起到关键作用,且有证据表明,MSCs可能不会直接作为免疫调节剂发挥作用,而是通过诱导其免疫生物学的关键变化来阻碍T细胞、B细胞,抗原呈递细胞(APC)和自然杀伤细胞介导的免疫反应,参与免疫稳态的维持[1,2,13]。还有证据指出,MSCs可以诱导具有耐受性的调节性免疫细胞的产生[3]。

 

  3.促进血管、神经的再生作用:

  干细胞还能够分泌多种血管神经生长因子及趋化因子,从而修复受损的神经和血管,诱导血管和神经新生,这也为干细胞治疗DPN提供了可能。MSCs移植早已应用于缺血性疾病领域,例如心肌梗死和肢体缺血[14]。最近有研究发现,BMSCs通过直接改善周围神经血管生成、提高神经营养效应和髓鞘再生来改善DPN[13]。已知BMSCs表达和分泌基质细胞衍生因子1(stromal cell-derived factor-1,SDF-1)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)和对血管生成有重要作用的其他细胞因子。其中SDF-1活性对于内皮细胞存活、血管分支和周细胞募集是必需的[15]。SDF-1可以将趋化因子受体-4阳性祖细胞募集到缺氧组织中并保留血管干细胞,还有助于周细胞和平滑肌细胞募集,从而稳定新形成的血管,并促进其发育成熟,其中FGF系统也在维持血管完整性及其透通性中起关键作用,而且FGF和VEGF不仅可以独立诱导血管生成,还可以诱导生成功能性新生血管[16]。BMSCs通过VEGF-CM重新激活磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白/内皮细胞型一氧化氮合酶和p38/丝裂原活化蛋白激酶信号传导途径,可以改善糖尿病血管内皮功能障碍[17]。另外,研究发现,在高糖环境下,脂肪源性干细胞(adipose-derived stem cell,ADSC)衍生的外泌体(ADSC-Exosomes,ADSC-Exo)可使核因子E-2相关因子的表达增强,从而促进内皮组细胞的增殖和血管生成[5]。动物实验研究表明,ADSC-Exo含有一些促血管生成(miR-126,miR-130a和miR-132)的微小RNA和抗纤维化的micro RNA家族(miR-let7b和miR-let7c),表现出体外促血管生成特性,可以诱导内皮细胞增殖并恢复勃起功能,以及减少海绵体纤维化,治疗小鼠的糖尿病性勃起功能障碍[18]。

 

  目前,在人体中发现的各种干细胞可以分泌各种神经营养因子[19],包括表皮生长因子(EGF)、脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)、神经营养因子-3、神经营养因子-4。亲胆碱能神经元因子、碱性成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子和VEGF、胶质细胞源性神经营养因子和神经生长因子(nerve growth factor,NGF)。不同干细胞群体分泌的神经营养因子表明,无论干细胞的来源,均可能用于治疗DPN。

 

  BMSCs分泌神经营养因子提供的神经保护和神经再生效应,主要是通过旁分泌作用实现的。BMSCs可以直接上调髓鞘相关基因和神经营养因子的表达,增强施万细胞和神经元的细胞功能,并恢复糖尿病神经中的有髓纤维结构。VEGF可以促进施万细胞的迁移和增殖,也可以促进神经元和上颈部神经节以及背根神经节的施万细胞的轴突生长和存活。已有研究显示胰岛素样生长因子(insulin like growth factor,IGF)能够促进神经母细胞瘤细胞的神经轴突生长,并加速感觉和运动神经的再生。IGF-1可以刺激施万细胞有丝分裂和髓鞘形成,并在颅面感觉神经节、坐骨神经、脊髓、感觉背根神经节和脑中广泛表达,而IGF-2在脑、神经系统的血管结构和运动神经元中表达。IGF受体(IGF-1R和IGF-2R)存在于整个神经元细胞体、轴突和神经末梢。NGF具有神经保护和神经修复的功能,是第一个被确定为促进感觉和交感神经元存活和分化的分子。已有实验证明,BMSCs对神经的保护作用不需要直接接触,当BMSCs与缺血性损伤组织(其中BMSCs不与缺血组织直接接触)在体外共培养时,发现BMSCs提供的神经保护作用与其直接移植到受伤组织中的作用相同[20]。同样,在Nesti等[21]发现,当体外培养的牙髓干细胞不与中脑神经元直接接触时,牙髓干细胞仍然对其提供神经保护作用。

 

  越来越多的证据表明许多代表性生长因子具有双重神经营养和血管生成效应,甚至命名为血管神经素[22,23]。这其中包括VEGF、IGF、NGF、BDNF和FGF2。曾有临床研究应用单一的神经营养因子或血管生成因子作为治疗DPN的手段,但临床治疗效果十分有限。双重血管神经营养因子可以协同的诱导神经和血管恢复,其治疗效果明显优于单一蛋白质或基因治疗。

 

  4.分化成神经细胞:

  1999年对成人MSCs的研究就已发现,MSCs可以分化为多种间充质细胞类型,包括成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞,后来又有研究报道MSCs具有分化成神经细胞的潜力,例如星形胶质细胞、少突胶质细胞和施万细胞。但在最近的研究中,糖尿病大鼠肌内注射MSCs后,MSCs保留在移植部位,并没有分化成神经细胞[18]。因此,关于MSC是否可以在体内直接产生神经细胞,还需要更多的基础和临床试验来证实。

 

  5.其他:

  有研究发现自噬通过细胞外调节蛋白激酶磷酸化直接促进MSCs分泌VEGF,故VEGF自噬介导的旁分泌在MSCs治疗皮肤创面愈合中起着关键作用[5]。一项临床研究发现,使用BMSCs治疗糖尿病微血管及神经病变引起的皮肤大疱后,患者10年随访期内没有复发,故干细胞可能是未来临床治疗糖尿病相关并发症的有效手段[7]。最新研究发现,MSCs铁螯合剂去铁胺预处理后,低氧诱导因子-1α激活,增强了神经保护因子的表达,包括神经生长因子、神经胶质细胞来源的神经营养因子以及具有抗炎活性的细胞因子如白细胞介素4和白细胞介素5,还可以增强促血管生成因子,如:血管内皮生长因子α和血管生成素1等的mRNA水平上调[24]。UMSCs衍生的外泌体通过增加调节性T细胞群及其产物而不改变淋巴细胞的增殖指数,从而对自身免疫性1型糖尿病发挥改善作用[25]。最近有研究证明,MSCs刺激其衍生的外泌体miR-146a分泌的上调,可以对受损的星形胶质细胞发挥抗炎作用并改善糖尿病引起的认知障碍[6]。

 

三、挑战和展望

  随着MSCs分离、培养、治疗的方法不断改进,干细胞会成为未来多种疾病更好的治疗选择,患者的安全性和临床效力成为研究人员主要考虑的方面。目前,大多数针对DPN的MSCs治疗的临床前研究都是短期分析,长期安全有效的临床治疗需要面临以下问题:(1)如何从分离或培养的细胞群体中鉴定干细胞。(2)最佳MSCs治疗剂量。(3)MSCs与患者免疫系统的相容性。(4)MSCs具有肿瘤形成的风险。(5)MSCs治疗及护理成本。

 

四、总结

  综上所述,虽然干细胞移植治疗目前还面临诸多问题,但随着相关技术和监管体系的发展,干细胞移植在医学领域的研究会逐渐深入。在未来,间充质干细胞在实验室研究的基础上,会越来越广泛的应用于治疗DPN的相关临床研究中。


参考文献:略

 

文章来源:中华糖尿病杂志


    2019/9/19 22:36:30     访问数:244
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