胰島移植治療糖尿病的新進展

鄧紹平，朱一帆，魏玲玲，黃孝倫

(四川省醫學科學院·四川省人民醫院，四川成都610072)

隨著外科移植技術的發展和胰島分離純化技術的改進，作為胰島素替代療法的胰腺和胰島移植被認為是當今糖尿病治療的比較理想的方法和手段。雖然胰腺移植已在臨床開展很多年并取得良好效果，但是胰腺移植有很多局限性：手術難度較大、并發癥發生率高、對器官供體要求標準高(年齡和體重指數)、需要解決外分泌腺引流的問題以及終生使用免疫抑制劑等問題。與胰腺移植相比，胰島細胞移植具有許多優勢：首先，胰島移植操作簡單安全，如果胰島被排斥不需再次手術去除移植物;另外也可反復多次移植。更為重要的是，移植物能夠在體外進行修飾。與整個胰腺具有的強烈的免疫原性不同，胰島的內分泌細胞免疫原性較低，通過清除胰島細胞的過客淋巴細胞(抗原呈遞細胞)從而改變組織的免疫原性，可使分離的胰島細胞能夠在不使用免疫抑制劑的情況下存活。所以，胰島移植是一個相對簡單、安全、最有前途的治療1型糖尿病的理想方法[1～6]。本文簡要總結人胰島移植的新進展并討論目前面臨的主要問題。

自1977年美國明尼蘇達大學報道了首例胰島移植治療1型糖尿病患者以來，尤其在1986年Ricordi發明了“半自動化胰島分離的方法”以后[7，8]，胰島移植的臨床應用逐漸增多。1990～2000年全世界共實施了約300例胰島移植手術，然而整體效果不盡人意，僅有約10% 的患者短暫性地脫離了外源性胰島素[9]。2000年，加拿大的 Shapiro及其同事改良了免疫抑制治療的用藥方案，并采用多供體來源的胰島進行移植，取得了連續7例胰島移植的成功，患者完全脫離胰島素治療達1年以上[1]。這是胰島移植發展史上的一個重大突破。他們的治療方案，即Edmonton方案，強調要達到脫離外源性胰島素，胰島細胞的移植量要達到≥10000 IEQ/kg體重(通常需要2～3個供體胰腺供給一個受體)，并且不使用皮質類固醇類免疫抑制劑。此后美國賓夕法尼亞大學的研究團隊成功重復了Edmonton方案的結果，更進一步證實移植單供體來源的胰島細胞亦可達到外源性胰島素脫離[10，11]。兩年后，Hering 等也報道用單個供體獲得的胰島實施胰島移植并取得良好效果：在他的方案中全部8例患者達到胰島素脫離，其中5例患者1年后仍免用胰島素[3]。此外，在2006年，一個多中心的臨床研究證實了這一結果，并指出富有經驗的胰島移植中心能夠取得更好的臨床移植效果[2]。截至2007年，全球50多家醫療機構實施了逾700例胰島細胞移植[12]，然而由于胰島移植長期效果欠佳，在過去的數年中實施的臨床胰島移植的數量有所減少。

1 胰島移植的臨床效果評估

目前在全世界約有1000例患者接受胰島移植。大多數已報道的胰島移植研究是用于血糖控制困難或有頻發性外源性胰島素引發的低血糖昏迷史的1型糖尿病患者;另外一些是已經接受腎移植的糖尿病患者。由于尚缺乏隨機對照研究以評估胰島移植的效果，所以目前采用胰島素脫離、低血糖控制與生活質量、血管并發癥以及生存期等參數評價胰島移植的效果和作用。

1.1 血糖控制效果及脫離/減少外源性胰島素的使用 2000年Shapiro發表了胰島移植里程碑式的結果：7例接受胰島移植的患者在平均11個月的時間內全部達到脫離外源性胰島素的狀態[1]。這一結果令人振奮，但胰島素脫離狀態未能長時間保持。2005年他們報道了隨訪65例胰島移植患者的結果：胰島移植后1、2、5年的脫離胰島素的患者的比例分別為69%、37%及7.5%，然而在胰島移植5年后仍然可檢測到 C-肽分泌的患者比率是82%[13]。這一結果顯示了移植胰島的長期功能，但不足以支持長期的胰島素脫離。Vantyghem也報道了類似的結果：14例胰島移植患者在接受胰島移植3.3年后(截至發稿)有57%的患者保持胰島素脫離，所有患者均可檢測到C肽分泌[14]。美國國際胰島移植登記處(Collaborative Islet Transplant Registry，CITR)報道了1999～2008年257例接受異體胰島移植患者的3年隨訪數據，顯示27% 的受體可脫離外源性胰島素，57%的患者可檢測到C肽[15]。上述結果表明，部分移植胰島可長期保有功能，能夠穩定控制血糖并減少外源性胰島素用量。然而，由于常常存在移植胰島功能持續降低及C肽濃度下降，使患者日益難以控制血糖，最終仍需要大量外源性胰島素。

1.2 對外源性胰島素誘發的低血糖癥的改善及對生活質量的提高 如上所述，盡管移植的胰島不能長期保有功能以使患者脫離外源性胰島素，但是接受胰島移植的患者多數能夠保持穩定的血糖，他們不僅減少了外源性胰島素的用量，還能減少或避免外源性胰島素誘發的低血糖癥的發生。研究顯示，對于那些不穩定性1型糖尿病患者，其低血糖意識經常隨時間的推移而逐漸下降，但可通過胰島移植逐漸增強。研究結果還表明，直到移植的胰島組織失去作用后，胰島移植的這種效應仍能發揮作用[16]。數個針對胰島移植患者在移植前后填寫的標準心理學健康狀況調查表(Health Status Questionnaires，HSQ)2.0版及糖尿病生活質量調查表(Diabetes Quality of Life Questionnaires，DQoL)的回顧性研究顯示，胰島移植后焦慮及對生活滿意度的分數顯著改善，在生理限制、肢體疼痛、社會功能等項目的得分均有所改觀。這一結果顯示胰島移植可以提高患者的自信心，并提高對生活的滿意度[17～19]。

1.3 對血管并發癥及生存期的改善 近期的臨床研究結果證實，胰島移植能夠顯著改善微血管并發癥。一項針對42例患者的對比胰島移植及常規治療對微血管并發癥的一項研究顯示[21]，與常規治療相比胰島移植改善了糖化血紅蛋白水平、減緩了視網膜病的發展、穩定了腎小球濾過率。對44例接受過腎移植的1型糖尿病患者的前瞻性研究顯示，24例接受胰島移植的患者移植腎臟存活率優于對照組(86%vs 42%)[20]。胰島移植亦能改善心血管功能：腎移植聯合胰島移植(聯合組)與僅有腎移植(腎移植組)的對比研究顯示，聯合組左心室射血分數在胰島移植后顯著增加，腎移植3年后聯合組左心室舒張功能顯著優于腎移植組[22]。以上研究結果清晰地表明，胰島移植可改善或穩定微血管并發癥，并改善心血管功能參數[20～22]。

由于胰島移植能夠防止或延緩血管并發癥的進展，有理由相信胰島移植能夠同胰腺移植一樣可以改善患者生存期[23]。然而，由于目前全世界接受胰島移植的患者僅約1000例、隨訪時間尚短，以及多數研究僅為小樣本研究，還需要長期隨訪以確定胰島移植對患者生存期的影響。

2 臨床胰島移植面臨的主要問題及解決方法

移植的胰島細胞通過對血糖進行持續監測和精細的調控可使糖代謝恢復正常而減少低血糖的發生率，從而防止或減緩糖尿病并發癥的發生，在許多情況下可實現內分泌替代治療。然而，胰島移植的廣泛臨床應用仍然面臨很多挑戰，主要包括胰腺供體的匱乏和需要長期使用免疫抑制劑。

2.1 胰腺供體缺乏及可能的解決方法 多種方法可解決器官/組織來源短缺問題，如單個供體的胰島移植、活體供體胰島移植、異種胰島移植以及胰島素分泌細胞(來源于干細胞)等。

首先，根據現行的臨床胰島移植方案，很多研究者采用多個供體獲得的胰島實施胰島移植并取得成功[1，4，10，24]。然而，多個供體來源的胰島數量仍然難以確保獲得達到胰島素完全脫離的最小的胰島細胞量，即10，000 IEQ/kg受者體重。我們在世界上首次證實單供體來源的胰島可治愈糖尿病[10，11]。隨后Hering等也報告了用單個供體獲得的胰島實施胰島移植并取得了良好效果[3]。在其方案中，全部8例患者達到了完全胰島素脫離，其中5例患者1年后仍可免用胰島素。為了在臨床胰島移植中達到1個供體配1個受體，世界各胰島移植中心的工作重點集中在將胰島處理過程標準化的研究中。其次，活體供體胰島移植是潛在的擴展供體群的方法。日本的Matsumoto等報道了首例活體供體胰島移植[25]。將從一位母親的遠端胰腺分離出的未純化的胰島移植入患有不穩定性糖尿病的女兒體內，受體脫離外源性離胰島素超過1年[26]。雖然該報告中活體供體胰島移植取得成功，但是這種從部分胰腺中取得胰島的方法很難獲得足夠的、可維持正常糖代謝的胰島細胞數量，除非像在我們前期的研究中所做的一樣，通過細胞基因修飾以改善胰島功能或誘導胰島細胞增長[27，28]。第三，從豬胰腺獲得的異種胰島是胰島移植的重要替代資源[29～32]。Hering與Larcen近期報道，在強大的免疫抑制劑如共刺激阻滯劑的幫助下，在非人靈長類動物體內移植豬胰島后可重建血糖控制機制超過100天。這些結果說明豬胰島異種移植有可能成為治療1型糖尿病的胰島移植的有效替代方案[33，34]?；蚬こ特i的研制已取得重要進展，由于基因工程豬獲得的胰島β細胞可表達特異性的免疫調節蛋白(CD46)。從這樣的豬體內獲取的胰島顯示了更好的免疫調節效果，并延長了在非人靈長類動物胰島移植模型中的存活時間[35]。然而，異種胰島移植仍有很多障礙需要克服，如進一步降低抗原性以減少免疫抑制劑的用量及避免感染豬內源性逆轉錄酶病毒的可能性[29]。為克服這些障礙，免疫隔離方案如胰島微囊化技術亦能用來防止免疫排斥，在不使用免疫抑制劑的情況下延長移植胰島的存活時間[36～39]。最后，近年來在胚胎及成人干細胞亞群中分化β細胞也已取得重要進展。已能在體外用多種干細胞分化獲得胰島素分泌細胞[40，41]。一些研究顯示，體內干細胞可轉變為胰島素分泌細胞，包括橢圓形肝細胞[42]、脾臟來源細胞[43]及骨髓來源細胞[44]。羊膜來源的干細胞的分化能力亦能達此目的[45]。人胰腺導管上皮細胞與β細胞相伴[46]并可在鼠類及人體內轉化為內分泌的胰島細胞[47～50]。此外，在近期以人胚胎干細胞來源的細胞，尤其是應用誘導多能干細(induced pluripotent stem cells，iPS)對糖尿病的治療顯示了極好的前景?；颊咛禺愋詉PS的應用作為潛在的胰島素分泌細胞來源，這樣不僅解決了供體短缺的問題，且不存在種屬差異及免疫排斥的問題。

2.2 新型免疫抑制方案及誘導免疫耐受 對糖尿病患者來說，尤其是對還沒有腎衰并發癥的早期糖尿病患者，不適宜做同種異體或異基因胰島移植聯合終生服用免疫抑制劑。因為免疫抑制劑通常會帶來許多全身性副作用，包括諸如增加機體發生腫瘤和感染的風險;此外，免疫抑制劑本身還會導致胰島素抵抗和β細胞功能減低。因此，開發低毒副作用的有效的免疫抑制劑顯得尤為重要。

正如加拿大Edmonton方案不能有效防止受體對胰島的排斥從而導致移植胰島功能隨時間降低或喪失，改進免疫抑制劑方案已成為改善移植胰島長期功能的關鍵所在。數個以T細胞為靶向的制劑已應用于臨床并顯示出優異的效果。明尼蘇達的研究組應用anti-CD3 mAb[hOKT3c1(Ala-Ala)]防止對移植胰島的排斥并取得良好結果，即使在單個供體胰島移植中亦是如此[35]。賓夕法尼亞大學研究組在靈長類動物模型中應用抗胸腺細胞球蛋白(anti-thymocyte globulin)聯合使用Rituximab(anti-CD20)，并以雷帕霉素(RAPA)單劑長期維持治療，明顯延長了胰島的長期存活時間;更重要的是，在某些情況下即使撤除雷帕霉素后移植的胰島仍保有良好的內分泌功能[50]。

除應用較好的免疫抑制方案外，胰島移植后誘導受體產生免疫耐受應是一個更理想的方案。動物胰島移植的模型的研究顯示，共刺激阻滯劑CD80/86-CD28/CTLA4或anti-CD40L抗體在胰島移植中可誘導外周免疫耐受[51，52]。作為新的作用于 T細胞的CD28與CD80/CD86互動的共刺激信號阻滯劑，LEA29Y在哺乳動物實驗中顯示了富有前景的結果[53]。LEA29Y在腎移植中亦能減少慢性異體排斥型腎病的發生，LEA29Y對胰島移植的作用正在檢測中[54]。我們最近的研究顯示，應用 anti-CD45RB抗體不僅可以防止對移植的異種胰島的排斥，也能夠在大鼠模型中導致對異種胰島供體的特異性耐受(結果尚未發表)。這些研究盡管在動物移植中誘導免疫耐受展示了誘人的前景，將其應用于臨床移植仍面臨巨大挑戰。

3 結論

近年來胰島移植在短期、長期效果方面已取得巨大進步，包括1型糖尿病完全脫離外源性胰島素、血糖的良好控制伴隨HbA1c水平的正?；?、避免嚴重低血糖的發生以及生活質量的改進等。最新的結果顯示，胰島移植受者能保持正常胰島功能超過5年，與胰腺移植的效果相似。胰島移植未來的發展目標是探索可避免使用免疫抑制劑的方法，以及尋找可供移植用的能夠對機體血糖波動產生反應、并能分泌胰島素的細胞。新的藥物及治療方案正在臨床試驗中，可以肯定，作為糖尿病的一種治療手段，胰島移植擁有美好的未來。

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