干细胞治疗糖尿病的研究近况

 　    魏雪峰 史小林 　　100054首都医科大学生殖医学研究中心 
 
 　　【摘要】 本文对本世纪以来干细胞治疗糖尿病的若干研究，包括胰岛的体内
发育、分化及其标志物，以及应用胰导管干细胞和胚胎干细胞进行定向诱导分化为
胰岛对糖尿病进行细胞治疗的实验进行了综述。随着干细胞技术的不断完善，人类
最终能治愈糖尿病。
    
      
　　全球糖尿病（diabetes mellitus，DM）患者约1.25亿（我国也已达4000万）
，预计2025年将达3亿 ［1］，已成为严重危害人类健康的重大疾病之一，特别是
久病引发的多系统损害，及最终的肾功能衰竭。
    
　　DM发病机制复杂，涉及遗传、环境、免疫调控和化学因子。自1922年发现了胰
岛素至今，DM的治疗以药物和注射胰岛素为主，目前，学者们开始关注经胰岛移植
恢复患者体内代谢紊乱的方法，但因组织来源匮缺，制约了胰岛移植研究的开展，
因此寻找合适的胰岛移植物的研究便成为了当务之急。随着分子、细胞和发育生物
学技术的进展，增加了干细胞定向诱导分化成胰岛的可能性但由于这一技术还处于
实验室的实验阶段，而且方法也并不统一，因此有必要将近期研究进行汇总，希望
能对在这方面进行研究的同僚们有所帮助。
    
　　1 胰岛体内的形成、发育、分化与鉴定
    
　　1.1 胚胎胰岛分化 胚胎胰岛的分化分4个阶段:（1）胚胎9～10周为零散的多
激素细胞阶段;（2）胚胎11～15周为未成熟的多激素阶段;（3）胚胎16～19周为单
激素核心胰岛阶段;（4）胚胎30周后为多形胰岛阶段（Bocian，Histochem Cell 
Biol，1999）。在胰岛形成过程中，内胚层细胞形成许多小导管网，其末端膨大部
分的细胞团发育为外分泌腺泡，与此同时，一些细胞群或细胞索不出现管腔，卷曲
成团并与其他细胞索分离开，分散在腺泡之间，内含丰富的毛细血管网，最后发育
成具有内分泌功能的胰岛。
    
　　1.2 胰岛细胞分化的调节 Ferber ［2］  认为胚胎发育早期的信号源于脊索
，后期的信号源于间质，经诱导的胰管上皮细胞增殖分化形成胰岛细胞，但至今为
止其诱导因素并无统一认识。
    
　　PDX1:一种同源框转录因子（homeobox tranˉscription factor），即胰十二
指肠同源异型盒基因（pa-ncreatic and duodenal homeobox1），编码胰腺十二指
肠同源框蛋白1，又称IPF-1、IDX-1、IUF-1。Lu（Lu，Endocrinology，1996）认
为PDX1是胰腺发育及胰岛素基因转录表达的关键性转录因子，即决定于胰腺前体细
胞向B、A、D细胞的分化。Mckinnon ［3］  认为PDX1对于肠内胚层背胰芽和腹胰
芽的生长、分化起重要作用。Dutta ［4］  认为早期胰腺表达的PDX-1对胰腺上皮
的形成和分化是必需的。Gu ［5］  认为所有胰腺细胞均来源于PDX1表达的前体细
胞，是最先发现的胰腺发育决定基因，随着胰腺发育PDX1的表达逐渐减弱，如缺失
将导致胰腺无法形成。Docherty ［6］  的研究证实小鼠PDX1基因的纯合子缺失、
突变会导致胰腺无法形成。
    
　　ngn3:ngn3即神经元素3（neurogenin3），是胰腺发育过程中短暂表达的蛋白
，可能是胰腺内分泌细胞系的定向因子，且在成熟胰岛中不存在。用PDX1启动子促
进转基因小鼠中早期胰腺前体细胞中ngn3表达，会导致内分泌细胞数增加，外分泌
细胞数减少。ngn3缺失的纯合子小鼠中胰岛细胞和nestin+胰岛前体细胞在发育各
阶段都缺失 ［6］  。Lee ［7］  认为ngn3基因与胰岛分化有密切关系，因为ng
n3基因缺陷小鼠不能表达胰岛其他特异性转录因子，包括islet1、PAX4、PAX6，而
缺乏PAX6、NeuˉroD1、NKN6.1或NKX2.2的动物胰腺中表达ngn3， 表明ngn3位于这
些因子的上游，且对启动内分泌细胞分化必不可少，而分化后期关闭。Gasa ［8］
  通过表达的腺病毒感染胰腺导管细胞，建立了体外调控分化模型，发现ngn3和N
euroD1活化胰岛分化的基因并不重叠，表明这两个bHLH蛋白在胰岛发育活动中具有
不同的功能。Mellitzer ［9］  通过将cDNA插入到前体细胞的3′端非翻译区，通
过EYFP定位NGN-3表达，发现内分泌前体细胞在缺乏间充质信号刺激情况下，可在
体外扩增，向内分泌细胞分化为其默认的途径。Leon ［10］  用抗新霉素基因筛
选用含Nkx6.1前体基因质粒转染鼠胚胎干细胞。培养后用筛选Nkx6.1阳性细胞，发
现这些细胞分泌胰岛素，注入糖尿病鼠体内可使其血糖恢复正常。
    
　　Foxα2:内分泌的关键调控基因是forkhead基因Foxα2。Guo ［11］  诱导内
胚层分化的研究发现，Foxα2可被Foxd3激活，而被Oct4抑制。内胚层分化可通过
抑制Oct4表达实现。Foxα2基因关键参与肺、肝、胰发育。缺乏Foxα2基因，鼠不
能产生前、中肠内胚层（Ang，Cell，1994）。
    
　　HNF:HNF4参与肝、肠、胰分化，缺失可致年轻人成熟期发病的糖尿病（Matur
ity onset diabetes melliˉtus in young，MODY1）。HNF1α（TCF1）HNF4或Fo
xα2及Pdx-1双杂合缺失，导致β细胞功能缺陷，提示这些基因构成β细胞发育的
基因网络（Yamagata，Nature，1996）。HNF6-/-鼠，腹胰发育缺陷及胆管发育异
常，该基因需ngn3激活（Yamagata，Nature，1996）。HNF6还激活Foxα2a基因。
    
　　Pax:Pax-4和Pax-6同属Pax基因家族，其在胰腺内分泌细胞分化中起关键作用
。Sosa（Sosa，Nature，1997）将Lac-Z插入到Pax基因中作标记，发现Pax-4失活
的新生鼠经免疫组织化学法显示缺少β细胞和δ细胞，α细胞排列不规整。Pax-6
缺失，α细胞缺如，而胰岛素和生长抑素分泌细胞却可出现（St-Onge，Nature，
997）。由此推断出Pax-6是α细胞发育所必需，而非β、δ细胞发育所必需。
    
　　Chiang ［12］  为分析单个胰腺细胞的转录模式，改进了基于PCR的cDNA扩增
方法，即将单个胰腺细胞中的cDNA与含有95个常见胰腺细胞表达基因的DNA芯片进
行杂交，芯片上的基因包括转录因子，信号传导分子以及对照基因。研究者观察了
胚胎10.5d小鼠的胰腺分离出的单个细胞中的基因表达模式
 《干细胞治疗糖尿病的研究近况》