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干细胞疗法在九大糖尿病并发症方面临床价值,值得关注!

发表时间:2022-03-11 16:16作者:杭吉干细胞科技

糖尿病是一种以高血糖为特征的慢性代谢疾病,当胰腺产生不了足够的胰岛素或者人体无法有效地利用所产生的胰岛素时,就会出现糖尿病。


据国际糖尿病联盟(IDF)统计:2017年全世界糖尿病患者数已达4.25亿,其中三分之一为我国患者。近40年来,随着我国经济的高速发展、生活方式西方化和人口老龄化,肥胖率上升,我国糖尿病患病率也呈快速增长趋势:截止至2017年中国糖尿病人数已达1.14亿,其中90%是Ⅱ型糖尿病。


1型糖尿病(T1DM)由β细胞免疫性损害导致胰岛素分泌绝对缺乏。


2型糖尿病 (T2DM)由基因与非基因因素 (包括年龄、高热量摄取、肥胖、静态生活方式等)联合致胰岛素抵抗和胰岛素相对缺乏。长期的高血糖状态会影响体内各种激素代谢、能量消耗、营养摄取,引发一系列并发疾病, 导致患者残疾或死亡。


据国际糖尿病联盟(IDF)统计:2017年全世界糖尿病患者数已达4.25亿,其中三分之一为我国患者。近40年来,随着我国经济的高速发展、生活方式西方化和人口老龄化,肥胖率上升,我国糖尿病患病率也呈快速增长趋势:截止至2017年中国糖尿病人数已达1.14亿,其中90%是Ⅱ型糖尿病。


目前临床上糖尿病类型的主要分为1型糖尿病和2型糖尿病,治疗方式主要是药物治疗,分为口服药物和注射胰岛素。多数需要不间断地长期用药。糖尿病的并发症难以控制,给患者身体和生活都带来严重的负担。


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糖尿病不可怕,可怕的是并发症


去年一年我国超过200万糖尿病足患者截肢,糖尿病足的治疗费用很高,国外数据统计,足溃疡的防治护理人均约17,500–27,987美元(约合人民币123942–198215元),糖尿病足已经成为我国卫生系统的主要负担。


2020年10月,国家科技部发布“干细胞及转化研究”重点专项2020年度拟立项项目公示清单,本次共有15个项目入围,涉及干细胞基础研究、临床试验等方面。其中,一项糖尿病临床研究获得国家批准。


获批项目为《人GLP-1和FGF21双因子高表达自体脂肪间充质干细胞输入治疗2型糖尿病临床研究》,这是继2016年“干细胞及转化研究”重点项目批准以来首个关于糖尿病的临床研究。


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间充质干细胞(MSCs) 具有多向分化潜能、免疫调控和自我复制等特点。存在于骨髓、脂肪、脐带、胎盘、软骨等多种组织器官。


MSC具有再生、多分化、易于分离,来源广泛、免疫原性低等优点,因此MSC是再生医学和组织工程学中最常用的干细胞。


MSCs治疗糖尿病的机制:研究发现,MSCs输入到糖尿病患者体内,会迁移、归巢到损伤胰腺组织周围。


首先MSCs分化为胰岛细胞,替代被破坏的胰岛细胞,分泌胰岛素,改善临床症状。


其次归巢到胰腺组织的MSCs能够促进胰岛细胞的修复,胰岛结构的改善。


再次MSCs主要通过旁分泌作用,使巨噬细胞由M1型转变为M2型而发挥作用,进而改善相应靶器官的胰岛素抵抗。


MSCs治疗糖尿病并发症主要机制


由于长期血糖升高,会使体内重要脏器先后损伤。糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、动脉粥样硬化性心血管疾病、糖尿病足等是较常见并发症。


1、新生血管的形成:组织创面愈合的重要过程是新生血管的形成,是治疗如心肌缺血、缺血性中风和糖尿病视网膜病变等疾病的关键方法。


科研人员在糖尿病周围血管疾病、皮肤创伤修复和方等在兔股骨头缺血坏死模型的研究中,也证明了MSCs对促进股骨头周围血管新生的具有修复和促进能力。


2、免疫调节:虽然炎症是机体对有害刺激的自然反应,但过度或长期的炎症应激可能对细胞和组织造成损害。例如,慢性炎症已经成为代谢综合征发病机制中的重要因素。


例如,慢性炎症已经成为代谢综合征发病机制中的重要因素。科研人员开始探索炎症和MSCs治疗之间的相互作用。


3.抗纤维化:多名学者证明,MSCs具有抗纤维化的作用。多项研究还表明MSCs在治疗肝纤维化疾病的中,具有减少肝纤维化、改善肝功能的作用。



间充质干细胞对血糖管理


糖尿病导致高血糖的原因主要是外周胰岛素抵抗(T2DM原因)及β细胞缺乏(T1DM、T2DM原因 )。


有学者将骨髓来源MSCs注射进T2DM鼠体内,通过免疫印迹法测定出在其骨骼肌、肝脏、脂肪组织内,磷酸化的IRS-1及PKB明显上升,其血糖也得到控制,提示MSCs能在外周组织中减轻胰岛素抵抗。


目前采用间充质干细胞治疗糖尿病及其并发症的研究进展作一综述。


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01
MSCs与糖尿病视网膜病变 (DR)


DR是糖尿病患者视力丧失的主要原因,美国每年约有12000~24000例患者因DR失明。糖尿病导致视网膜血管闭塞、血流灌注不良以及异常新生血管增生、出血,最终导致视网膜脱落。高血糖、高血压、血脂异常被认为是DR的主要危险因素。


视网膜毛细血管变性属DR的早期阶段。MSCs能直接趋化至损伤区域,分化为内皮细胞、 小神经胶质细胞、星形胶质细胞,参与视网膜修复。

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在STZ诱导的糖尿病鼠中,静脉注射脂肪源性MSCs降低血糖1周后,在视光感受器细胞、星形胶质细胞中出现MSCs标记。动物实验结果显示,在小鼠视网膜下移植MSCs,可以通过其营养支持保护作用,有效延缓视网膜退化。

目前,已有临床试验评估了间充质干细胞注射治疗视网膜血管疾病的有效性和安全性。2名糖尿病视网膜病变患者注射间充质干细胞后,视力出现了改善,治疗12周后眼科指标有了改善。间充质干细胞对糖尿病视网膜病变的作用机制尚不清楚,不过旁分泌信号被认为是可能的机制。间充质干细胞、内皮祖细胞和脂肪基质细胞均被应用至糖尿病视网膜病变的研究中。


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02
MSCs与糖尿病肾病(DN)


临床上采用肾小球滤过率(GFR) 和 (或) 尿蛋白定量诊断及评估DN等级。


吸烟、高血糖、血脂异常、肥胖、高血压是DN快速进展的危险因素。


DN早期病变包括在高糖状态下白细胞渗透,肾血流灌注增加及肾小管超滤过等。之后持续高血糖将造成足突状细胞减少、肾小球基膜增厚、肾小球肥大、细胞外基质增加(小管间质纤维化)、肾小球系膜增生等,严重影响GFR。


MSCs治疗DN的机制为:①直接分化替代损伤组织;②调节损伤处微环境,激活内源祖系细胞分化;③分泌相关因子调节免疫利于细胞存活。


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有学者通过尾静脉将骨髓来源MSCs注入DN大鼠,4周后采集标本,发现MSCs组DN鼠血清尿素、肌酐、24h尿蛋白明显下降,提示DN病情得到缓解。


2016年4月福州某医院泌尿外科对15DN患者,男8例,女7例 ;年龄(46.40 ± 8.91)岁,经胰背动脉、双肾动脉介入及外周静脉移植干细胞干预DN,与传统干预方法比较能有效控制患者:血压、血糖以及改善患者肾功能;及控制舒张压、尿素氮、血清肌酐和24 h尿白蛋白定量,因此,干细胞疗法改善患者肾功能方面效果显著。



03
MSCs与糖尿病病足(DFU)


糖尿病足(DF)是糖尿病常见且严重慢性副反应。感觉、运动和自主神经病变、周围血管病变、局部压力增加、关节活动受限和其他慢性副反应均可导致糖尿病足发生。


2016年开展的一项随机对照临床研究,评价间充质干细胞联合血管形成术治疗糖尿病足的效果。其中人脐带间充质干细胞治疗组28人(34个糖尿病足)和对照组25人(38个糖尿病足),间充质干细胞使用量为(4.8-8.6)x 10^7/人,所有患者均接受血管形成术。治疗3个月后,所有患者均有不同程度的改善,包括溃疡面积、局部皮肤温度、踝肱指数(ABI)等指标。


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04
MSCs与糖尿病性勃起功能障碍(ED)


糖尿病性勃起功能障碍是糖尿病常见的并发症之一。糖尿病性自主神经病变(可直接影响阴茎勃起功能),糖尿病性血管病变(造成阴茎海绵体血供不足或静脉回流异常以及神经营养不良等)是ED的主要原因。


而干细胞具有分化为这些细胞的潜力,并且具有分泌细胞因子及生长因子的功能,为治疗糖尿病性勃起功能障碍提供了可能。


研究人员对22名糖尿病勃起功能障碍患者进行了间充质干细胞移植治疗。所有患者经海绵体注射(IC)接受了5× 10^6 个细胞,注射30天后患者接受了第二次细胞移植。移植24小时、1、3、6、12个月后对患者各项指标进行评估。


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05
MSCs与糖尿病周围神经病变(DPN)


DPN是最常见的DM并发症,预计超过50%的糖尿病患者都有DPN症状。它以进行性神经元丧失、神经纤维脱髓鞘为特点,患者会出现疼痛、足部畸形、神经性溃疡甚至需要截肢。


DPN的发展是由多因素导致的,长期高血糖致炎症介质IL-6、IL-2、TNF-α等升高引发的慢性炎症是主要的刺激因素,同时,血流灌注不足、缺氧、血脂异常等也促进了DPN的发展。


MSCs的治疗效果主要源于其抗炎作用。

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有学者将骨髓来源MSCs注入DPN鼠,发现注射STZ诱导的糖尿病鼠下降的NGF、NT3的mRNA水平经MSCs治疗后明显升高,且神经传导速度也获得提升,提示MSCs具有营养神经、刺激神经纤维再生作用。


MSCs也具有促血管生成作用,能对外周神经给予循环支持。移植MSCs不仅能直接分化为神经细胞和内皮细胞,也能分泌生物活性因子。


国外有2个研究中提及自体干细胞移植后1~3天患肢疼痛减轻,患足冷感改善;3个月后肢体疼痛、麻木、冷感、间歇性跛行、静息痛显著好转甚至消失。


国内1个干细胞干预DPN的研究中提及对干细胞组患者行干细胞移植后3天皮温及疼痛均有所改善,针灸组患者症状无明显缓解;3个月后干细胞组患者肢体疼痛、麻木、冷感、间歇性跛行、静息痛均有不同程度的好转甚至消失,针灸组8例患者中有6例症状明显减轻,2例患者症状改善不显著。


06
MSCs的创伤修复作用


有效的创伤修复包括血管再生、细胞分化、上皮修复、神经再分布等。


糖尿病患者创伤难愈合的可能因素有:炎症刺激、基质金属蛋白酶 (MMP) 异常表达、细胞增殖缺陷、肉芽组织中纤维细胞过度凋亡、表皮细胞增生紊乱、血管生长因子低水平表达等,由此引起组织修复时间延长甚至不愈合。


Ma等发现,多种因素如TNF-α、IL-1、IFN-γ、缺氧能刺激MSCs释放生长因子,这些生长因子反过来刺激成纤维细胞、内皮细胞生长,共同促进组织再生和修复。


此外,MSCs还能直接分化为血管细胞和相关支持细胞,促进皮肤修复。有学者用骨髓来源的MSCs治疗22例局部缺血导致足部长期溃疡的糖尿病患者,经45周治疗后18例创面愈合,其中一些患者创面微血管的密度明显增加。


07
MSCs与糖尿病心肌病(DCM)


DCM是由糖尿病引起的心肌细胞凋亡、坏死及异常纤维化,会导致心肌灌注不良,与高血糖、 胰岛素抵抗、脂肪代谢异常、心脏神经损害相关。早期DCM表现为射血分数正常的心力衰竭,之后随着射血分数下降,预后也随之恶化。


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Zhang等在DCM鼠股静脉注射骨髓来源的MSCs,发现移植MSCs提高了 MMP-2活性,抑制了MMP-9活性,并且发现心肌层异常胶原蛋白沉积明显减少。MSCs分泌VEGF等细胞因子通过促血管生成作用也能保护心肌细胞、抑制心脏重塑,对MSCs进行缺氧预处理能提高这种保护作用。有学者发现移植MSCs2周后MSCs组的糖尿病心脏收缩分数提高。
08
MSCs与骨折


近年来越来越多的证据显示骨骼脆弱已成为糖尿病的并发症,其发生机制可能与成骨细胞、破骨细胞及脂肪调节紊乱和骨组织结构异常有关。

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MSCs有助于骨折愈合主要与其能直接分化为成骨细胞和血管细胞有关。


Taguchi等将绿色荧光蛋白(GFP)标记大鼠的骨髓移植至另一大鼠, 在受体大鼠股骨骨折处发现标记的成骨细胞,提示MSCs能在骨折处充当成骨细胞祖细胞。MSCs所分泌的VEGF等对骨折愈合也有巨大帮助,在糖尿病鼠模型中,仅用培养MSCs后的培养液已能缩短骨 折愈合时间。

09
MSCs与糖尿病血管病变(DA)


DA造成的心肌梗死、脑梗死是导致糖尿病患者死亡的重要原因,其主要的发生机制是血管内斑块脱落形成栓子,随血运而阻塞相应血管,从而导致对应器官缺血梗死,故血管内斑块是糖尿病心脑血管疾病发生与发展的主要因素。


未来的机遇与挑战


综上所述,MSCs因其所具有的多潜能性、旁分泌激素作用及免疫调节能力使其在治疗糖尿病方面有广泛应用前景。MSCs有潜力成为细胞再生类药物,从而治疗糖尿病的β细胞缺乏或因血管损伤而导致的各种并发症。


未来有可能实现由MSCs疗法代替外源注射胰岛素的方法,这有待于后续的进一步研究证实。

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