以下文章來源於幹細胞者說(公眾號)
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在 1 型糖尿病中,機體免疫系統對胰島β細胞——位於胰腺的朗格漢斯區域能夠產生胰島素的細胞——進行了無情的破壞,因為它錯誤地將它們認為是外來入侵者。從此,這些胰島β細胞完全失去了產生胰島素的功能,造成體內胰島素絕對缺乏,就會引起血糖水平持續升高,於是糖尿病出現了。
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胰島治療的難點是來源稀缺和排斥反應
胰島移植被認為是治療1型糖尿病的有效方法之一,但其療效受到多種因素限制。胰島在分離、培養和移植過程中的缺氧、應激及排斥反應,都會影響胰島移植的結局。間充質幹細胞(MSC)因其抗炎、促進血管生成和調節免疫代謝等生物特性,一直備受研究者關注。然而,胰島移植在治 療 T1DM 的廣泛應用中面臨諸多挑戰,包括胰島來源的限制、胰島培養期間 β 細胞死亡以及移植後排斥反應等。
MSC 在胰島移植治療T1DM 中發揮着至關重要的作用。它通過抑制免疫反應和提高移植耐受性,保護胰島移植物免受排斥反應和自身免疫反應的影響。MSC 分泌的可溶性免疫因 子對免疫細胞進行調節,抑制排斥反應,並創造出免疫耐受的環境。MSC 還通過其外泌體的分泌功能促 進組織修復和血管生成,這對於改善胰島移植的生存 和功能至關重要。
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MSC 在胰島移植前的可能作用
胰島在體外分離和培養過程中活力和功能往往會急劇下降。在胰島分離過程中,將其從富含血管系統的環境中移除會導致缺氧和炎症應激,這是胰島功能受損的主要原因。人類胰島分離和培養過程中,冷缺血時間的延長往往會導致缺氧誘 導因子-1α 調節基因的上調,這往往會引起胰島在臨床移植前的大量消失。所以在胰島分離和培養過程中採取有效措施保護胰島對成功的胰島移植是必要的,另外研究表明胰島與MSC共培養可提高胰島的功能和生存能力,從而改善移植結果。與單獨培養的胰島相比,將胰島與MSC共培養可改善胰島的胰島素分泌功能並提高胰島的活力,從而改善移植結果。
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MSC 在胰島移植後的潛在作用
1.減輕血液介導的炎症反應
胰島移植對 T1DM 患者提供了可能的胰島素獨立性,但在胰島移植後,缺氧、細胞應激、免疫排斥反應以及胰島注射部位的限制等因素都會導致胰島數量減少和植入功能不佳。常見的胰島移植部位是肝門靜脈,通過該途徑輸注的胰島或攜帶組織因子的其它細胞會引起凝血和補體途徑的雙重激活,被稱為即刻經血液介導的炎症反應,這會導致非特異性炎症和血栓反應等不良事件的發生,最終造成胰島細胞的低植入率和存活細胞的線粒體損傷。MSC 在與胰島共移植可以減輕與移植相關的細胞應激源對β細胞的影響。
2.抑制排斥反應
胰島移植後,體內免疫細胞的攻擊或免疫抑制藥的毒性作用可能會導致存活胰島的進一步損失。MSC主要通過分泌可溶性免疫因子來發揮免疫調節作用,抑制免疫細胞引起的排斥反應。在應用MSC 進行胰島移植時,當體內炎症因子如 IFN-γ、TNF-α 和 IL-6 受到刺激時,MSC會產生多種免疫調節因子,如前列 腺素E2、轉化生長因子-β、肝細胞生長因子、吲哚胺 2,3-雙加氧酶、一氧化氮、基質金屬蛋白酶、CC 趨化因子配體、IL-10、可溶性人類白細胞抗原-G和半乳糖凝集素等。同時,IL-10、sHLA-G、TGF-β 和 IDO 還能夠誘導產生和激活調節性B細胞和調節性T細胞,從而抑制排斥反應。此外MSC具有良好的免疫調節特性,能夠誘導移植物耐受,從而避免排斥反應的發生。最終實現保護胰島移植物免受排斥反應和自身免疫反應的目標。
3.促進免疫耐受
MSC 具有良好的免疫調節特性和體外自我更新能力,並且其免疫調節功能在進行簡單的工程改造後會有所增強。研究發現基於MSC 的治療可通過多種方式來提高胰島移植物的存活率和功能。MSC 能誘導胰島異種移植物免疫耐受標誌物表達,如 IL-4、IL-10 和Foxp3,表明 MSC 在免疫耐受中發揮重要作用。MSC 能夠通過調節免疫細胞(如 T 細胞和Treg)的增殖和活化來維持體內免疫穩態。此外MSC 可以通過以人類白細胞抗原依賴的方式將線粒體轉移到異基因 Treg 中,提高其免疫抑制活性和移植物耐受。
2.5 促進血管生成與組織修復
胰島分離後,由於胰島脫離了原有血供豐富的脈管系統而失去了血管化。同時,這一過程引起的IBMIR、缺氧、細胞應激和缺血-再灌注損傷會導致胰島細胞凋亡壞死和植入不良。因此,快速血管再生和細胞外基質重塑對於胰島的存活和功能至關重要。MSC 能夠通過胰島素樣生長因子1信號刺激人胰腺祖細胞的分化和增殖,可用於 T1DM 的胰島修復。與單獨的胰島移植相比,胰島與MSC的共同移植能夠保留其天然形態和組織,同時,MSC 具有的血管生成特性可以改善胰島的植入和功能,有助於促進血管生成和組織修復。
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MSC 在胰島移植中的問題
T1DM 動物模型中MSC 展現出保護胰島功能並改善胰島移植結果的潛力。MSC 在胰島移植前後的應用都有着顯著的潛在益處。然而目前關於人體胰島移植的研究非常少,同時也存在一些局限性,包括缺氧、應激、排斥反應和組織損傷等問 題。針對這些臨床常見問題,有以下思考:
(1)如果多次使用MSC,來源是不同基因的話,是否會對胰島移植有一定影響,目前沒有研究報道;
(2)在預培養和(或)聯合移植 中,如果通過供體細胞或含有線粒體的外泌體向受損的β 細胞傳遞 MSC,也許可能提高治療效果;
(3)使用 MSC 外泌體對宿主進行移植後治療的意義是否和MSC一樣?
6)THALAKIRIYAWA DS, JAYASOORIYA PR, DISSANAYAKA WL. Regenerative potential of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles[J].Curr Mol Med, 2022, 22(2): 98-119. DOI: 10.2174/ 1566524021666210211114453.
7)Zhu Shufang, Mou Lisha,Application progress of mesenchymal stem cells in islet transplantation for type 1 diabetes mellitus,Organ Transplantation Vol. 15 No.2
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