干细胞是糖尿病的“终结者”吗

国际权威科学期刊《细胞》日前发表了来自中国多个研究团队的一项开创性成果——首次利用干细胞再生疗法功能性治愈1型糖尿病。研究团队利用化学重编程技术诱导多能干细胞制备胰岛细胞，并将其移植给一名1型糖尿病患者，取得了临床功能性治愈的疗效。

那么，诱导干细胞制备胰岛细胞是如何成功的？功能性治愈是不是真正的治愈？未来攻克糖尿病的关键会是干细胞技术吗？

干细胞示意图

由胰岛细胞组成的内分泌组织和外分泌组织

功能性治愈与治愈有何区别

糖尿病是一种比较棘手的疾病，它对患者的最大危害就是临床并发症较多，可能引发心血管疾病、神经系统损害、肾脏疾病、眼部疾病、足部病变等，而目前尚无治愈之法。

在世界卫生组织近期公布的全球十大死亡和致残原因中，糖尿病排名第九位。《柳叶刀》杂志去年在线发表了全球疾病负担研究的一项成果，估算了1990年至2021年全球糖尿病负担情况，并对2050年的全球糖尿病形势做出了预测。最新统计数据显示，2021年全球有5.29亿糖尿病患者，全球糖尿病年龄标化发病率（去除年龄影响因素之后的发病率）为6.1%。预计到2050年，全球有13.1亿糖尿病患者，其中在20岁至79岁人群中，约有4.85亿糖尿病患者。在全球范围内，男性的糖尿病年龄标化发病率（6.5%）高于女性（5.8%）。

根据国际糖尿病联盟的数据，截至2021年，中国20岁至79岁的糖尿病患者已达1.41亿人，是世界上糖尿病第一大国家。如此庞大的发病人群，意味着关注糖尿病的治疗十分重要。糖尿病的分类是根据病理做出的，包括4大类型：1型糖尿病、2型糖尿病、妊娠糖尿病和其他特殊类型糖尿病，前三者为主要类型，其治疗也需根据不同的病理采用不同的方式。但由于免疫系统攻击产生胰岛素的β细胞的机理，以及机体耐受胰岛素的原理到现在尚不完全清楚，因此，困扰绝大多数人的1型和2型糖尿病都很难治愈。

此次，来自中国三地的研究人员做出了新的尝试，并获得了“临床功能性治愈”的成果。这一联合研究团队包括天津市第一中心医院沈中阳、王树森研究组，北京大学、昌平实验室邓宏魁研究组与杭州瑞普晨创科技有限公司的研究组。研究人员采用化学诱导多能干细胞制备出胰岛细胞，由这些胰岛细胞来分泌胰岛素，从而从源头上解决1型糖尿病患者无法产生胰岛素的病因。研究对1名有11年1型糖尿病史，完全依赖胰岛素治疗但血糖控制较差的患者，试验移植化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞进行治疗。接受移植后的患者恢复了内源自主性、生理性的血糖调控，达到功能性治愈的效果。

何为功能性治愈？功能性治愈是仅次于彻底治愈的一个概念，又被称为临床性治愈。它最先用于艾滋病或慢性乙肝等慢性传染性疾病的治愈，即在疾病通过治疗后且停止治疗的情况下，不再呈现临床症状，同时，现有检测技术也无法在人体内检测到引发疾病的病原体。

以慢性乙肝为例，完全彻底治愈指经过一段时间的治疗后，血清中的乙肝表面抗原检测不到，乙肝病毒DNA被清除。而功能性治愈是指感染者体内的乙肝病毒被完全抑制，机体免疫功能正常，即便不接受治疗，用常规方法也难以在血液中检测出乙肝表面抗原和乙肝病毒DNA。换句话说，功能性治愈虽然不能完全清除体内的病毒，但是可以延缓或减少肝硬化失代偿、肝衰竭和肝细胞癌的发生，从而改善患者生命质量和延长生存时间。

同理，功能性治愈1型糖尿病虽然无法彻底解决1型糖尿病不能产生胰岛素的病因，但能让机体维持正常的血糖水平，恢复正常血糖供给，即便不使用药物，也能不出现糖尿病症状，而且可以延缓和减少糖尿病的并发症。

干细胞如何转化为胰岛细胞

说回此次在中国研究成果中发挥关键作用的多能干细胞，它是能够分化发育成为各种组织器官的细胞，包括受精卵到卵裂期32个细胞前的所有细胞。要让干细胞分化为有各种机能的功能性细胞，如胰岛细胞，需要对干细胞进行编程。

2006年，日本科学家山中伸弥及其同事发现，通过转入4种转录因子（Sox2、Oct4、KLF4和c-Myc）可以将成年小白鼠的成纤维细胞转化为诱导的多功能干细胞。为此，他与英国科学家约翰·戈登共同获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。这两位科学家的发现为再生医学奠定了基础。但是，采用转基因（转录因子）的方式让成体细胞转化为多能干细胞，这在实用上存在一些问题。比如，基因调控不能准确控制、不可控的转基因还有可能诱发癌症等。因此，要想诱导多能干细胞具有实用性，还有很多技术问题需要解决。

而中国的邓宏魁研究组探索了一条可行性路线，让多能干细胞制备胰岛细胞，再把后者移植到患者体内，产生胰岛素来治疗糖尿病。这需要解决几个关键技术：一是如何获得人的多能干细胞；二是如何将多能干细胞诱导制备出胰岛细胞；三是如何将胰岛细胞移植到人体内。

2013年，邓宏魁团队创造了使用化学小分子将成纤维细胞转化为诱导的多能干细胞的方式，称为化学诱导多能干细胞（CiPSC），这种细胞在有生育能力的小鼠身上具有功能。此后，邓宏魁团队分别于2015年和2018年揭示了产生化学诱导多能干细胞的分子途径。

接着，在2022年和2023年，邓宏魁团队又创建了人类化学诱导多能干细胞（hCiPSC）技术，并且证明这种技术能制备胰岛细胞并产生胰岛素，且可以改善非人灵长类动物的糖尿病。为此，邓宏魁获得了我国2024年未来科学大奖“生命科学奖”，以表彰他在利用化学方法将体细胞重编程为多能干细胞，改变细胞命运和状态方面的杰出贡献。

胰岛细胞移植找到“好位置”

多能干细胞制备出胰岛细胞后，如何将胰岛细胞移植到人体内呢？邓宏魁团队与其他团队联合创造了一种新的移植方法，即将胰岛细胞移植到腹直肌前鞘下。

过去，针对1型糖尿病也有采用供体胰岛细胞或人源性胰岛细胞移植的方法，常用的是肝门静脉移植，移植后的胰岛细胞长期定植于肝脏内。加拿大阿尔伯塔大学的詹姆斯·夏皮罗团队在上世纪90年代创造了一种治疗1型糖尿病的埃德蒙顿方案——将胰岛细胞移植到肝脏内，患者不需要再注射胰岛素。尽管这一疗法在当时被誉为革命性的治疗方案，但临床实践证明，肝脏并非移植胰岛细胞的理想场所，因为在肝脏门静脉内移植存在较高的出血和凝血风险，而且大部分胰岛细胞在几分钟到几个小时内会发生炎性反应，导致其大量死亡。此外，移植后的胰岛细胞弥散分布于肝脏，难以追踪观察，也不能被移除。

夏皮罗团队又测试了另一个移植胰岛细胞的理想地点——皮下，但依然不理想，因为皮下缺乏胰岛细胞生长和繁殖所需的血管。之后，该团队在皮下植入了一个临时性导管，当作可以诱发细胞生长的血管，为胰岛细胞移植创造环境。

上述情况让邓宏魁团队意识到，需要采用新的方式解决胰岛细胞移植的安全性和有效性，尤其是对于人类化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞而言，更需要有合适的移植部位。

为此，他们探索采用了腹直肌前鞘下移植胰岛细胞的新术式。研究表明，采用这种方式移植没有出血和凝血风险，同时手术简便，在B超引导下即可完成移植。而且，移植的胰岛细胞被局限在腹直肌前鞘下的特定空间，通过影像学技术可以对移植物进行监测和控制。与其他腹腔外移植方式，如皮下移植和肌肉内移植相比，腹直肌前鞘下移植还能有效支持人类化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞的早期存活，以及长期功能的维持。

研究人员将人类化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞输注到1型糖尿病猴的腹直肌前鞘下，所有接受移植的糖尿病猴的血糖控制都得到了显著改善。移植后12周，糖尿病猴的糖化血红蛋白数值平均下降44%，达到健康猴的水平，用以控制血糖的外源胰岛素输注量下降了43%。同时，人类化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞移植后，内源性胰岛素分泌水平大幅提升，而且能够响应血糖浓度变化。

这些结果证明，腹直肌鞘下移植人类化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞，能使胰岛细胞高效存活，在体内逐渐获得成熟功能并能长期稳定地维持其生理功能，从而治愈1型糖尿病。

为细胞治疗广泛应用开辟新路径

在上述研究成果的基础上，中国研究团队于2023年6月25日对一名有11年病史的1型糖尿病患者，进行了自体人类化学诱导多能干细胞制备胰岛细胞的移植治疗。此前，这名患者的“控糖”之路走得十分艰难，进行了强化胰岛素治疗仍不能有效控制血糖，接受的胰腺移植手术又于一年后宣告失败，且群体反应性抗体为强阳性，这是一种抗人类白细胞抗原的抗体，不利于器官移植。

在接受人类化学诱导多能干细胞制备胰岛细胞的移植治疗后，该患者的多项临床有效性关键数据令人鼓舞，主要表现在两个方面。一是患者空腹血糖水平逐步恢复正常，外源胰岛素注射治疗需要量持续下降，从移植后第75天起，实现了完全稳定地脱离胰岛素注射治疗。截至研究论文在《细胞》期刊上发表时，患者已脱离胰岛素治疗超过1年。二是糖化血红蛋白水平在移植一年后降至4.76%。糖化血红蛋白水平检测结果可以反映过去两到三个月的平均血糖水平，糖化血红蛋白水平超过6.5%，可考虑诊断为糖尿病；在5.7%-6.4%之间，可诊断为糖尿病前期；若低于5.6%，则视为正常。

最终结果证明，腹直肌前鞘下移植人类化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞，可以功能性治愈糖尿病。

其实，这种移植技术属于再生医学的范畴。再生医学是一个前沿交叉领域，利用生命科学、材料科学、临床医学、计算机科学和工程学等学科的原理和方法，来研究用于替代、修复、重建或再生人体各种组织器官的理论和技术，其中应用较多的就是通过干细胞的再生和修复作用，来修复人体内受损或病变的组织、器官。

干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞，在特定条件下可分化成多种功能细胞、组织或器官。在发育阶段，干细胞分为两大类：胚胎干细胞与成体干细胞。根据发育潜能，干细胞又可分为3类：全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

对成体干细胞进行基因编辑和化学诱导，可以让其分化为特定的细胞。前文提到的人类化学诱导多能干细胞制备的胰岛细胞就是其中之一，再将这样的细胞移植给1型糖尿病患者，便能实现功能性治愈糖尿病。

目前，通过生物和化学方式将干细胞引导分化成为特定的多种细胞和组织，可用于治疗多种疾病，包括脊髓损伤、帕金森病、渐冻症、阿尔茨海默病、心脏病、卒中、烧伤、癌症和骨关节炎等。中国研究人员此次利用化学重编程技术制备的功能细胞在临床治疗疾病领域取得初步成功，这表明未来化学重编程有望成为高效制备各种功能细胞类型的通用底层技术，为细胞治疗在重大疾病治疗领域的广泛应用开辟了新路径。

来源丨北京日报