体外诱导干细胞分化为胰腺β细胞的途径及研究近况(一)

体外诱导干细胞分化为胰腺β细胞的途径及研究近况(一)

【摘要】查阅了近年来关于研究胰岛素分泌细胞（ISC）来源的相关中、外文献，提示干细胞作为主要的ISC来源治疗糖尿病已成为可能，综述了以干细胞为主要来源的几种诱导分化为胰腺β细胞的途径及其研究近况。

【关键词】糖尿病干细胞胰腺β细胞综述

糖尿病(diabetesmellitus,DM)是影响人类健康的主要疾病之一,胰腺内分泌β细胞功能下降所导致的胰岛素分泌不足、糖代谢紊乱是糖尿病的重要原因，在研究发病机理的同时，研究胰岛细胞的功能状态是其中很重要的一个部分。目前诸多试验证明1]，胰岛β细胞替代疗法——胰岛细胞移植是治愈糖尿病的有效方法。因糖尿病患者数量巨大，细胞来源问题亟待解决；而干细胞(stemcell，SC)作为一类具有多向分化潜能的细胞，已逐渐成为胰岛β细胞替代物的理想资源。传统的细胞替代疗法——胰岛移植存在供体数量不足和免疫排斥的问题,而胰腺干细胞移植有望克服上述缺陷。本文通过查阅近年来的相关中、外文献，综述了几种诱导分化为胰腺β细胞的途径及研究近况。

1干细胞概述

近年来，随着免疫抑制剂的改进及细胞移植技术的不断成熟，胰岛细胞移植已成为治愈1型和部分2型糖尿病的首选治疗方法。而干细胞因具有高度的增殖和多向分化的潜能而成为当今的研究热点。干细胞的另一优势是可自体来源，避免了免疫抑制剂的使用，将为糖尿病的

细胞替代治疗提供了新的思路。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞，分为胚胎干细胞(embryonicstemcell,ESC)和成体干细胞(adultstemcel1，ASC)。

2胰岛素分泌细胞(insulinsecretingcells，ISC)的来源

目前的研究成果表明有几条途径可以获得胰岛素分泌细胞2]。(1)成体干细胞或胰腺前体细胞：其来源包括脐带血、骨髓、中枢神经系统、肝脏、胰腺等，如胰腺导管上皮细胞、Nestin阳性的胰岛前体细胞、新生儿胰岛等。(2)胚胎干细胞：如鼠和人的胚胎干细胞。(3)胰腺以外的新生胰岛素分泌细胞：如骨髓间充质干细胞、PDX1(Pancreaticandduodenalhomeobox1)阳性细胞、其他组织干细胞，另外还有新生猪胰腺来源的胰岛前体细胞。(4)利用基因工程技术得到的ISC。

2.1成体干细胞

成体干细胞是从胎儿或成年组织中分离克隆的能自我更新、且在自然分化条件下首先分化为本组织各种细胞的多潜能干细胞。近年的研究3]发现成体干细胞具有跨系统分化的特性，即“可塑性”，可以通过定向分化扩增获得足够数量的β细胞。但是用于分化为胰岛细胞的主要为胰腺干细胞。

2.1.1胰源性胰腺干细胞

目前认为成年后胰腺β细胞的再生主要来自于自我复制，其次是胰腺前体细胞的转分化，随着个体年龄的增长，前者所占的比例渐增。胰

腺干细胞不仅存在于胰腺导管上皮细胞中，也存在于胰腺实质及腺泡内。很显然，扩增及诱导胰源性胰腺干细胞分化是获得β细胞替代物的更直接的途径。BonnerWeir4]从人胰腺导管上皮细胞诱导分化得到胰岛样细胞，胰岛素分泌试验表明，这些细胞在葡萄糖诱导下可产生胰岛素。宋振顺等5]使用人胰腺组织在体外培养转分化出较多具有内分泌功能的胰岛也证明成人胰腺的导管上皮具有干细胞潜能。

2.1.2巢蛋白(nestin)阳性干细胞

巢蛋白为神经干细胞的标志物，表达于胰腺外分泌腺泡内、胰岛和导管内。近年来，有学者从成人6]和成年大鼠7]的胰岛中分离到Nestin 阳性细胞，体外培养有高度增殖能力和多向分化能力，能被诱导分化成为胰腺内分泌细胞、外分泌细胞和导管细胞，有希望用于糖尿病的细胞治疗。

2.1.3骨髓、脾源性胰腺干细胞

骨髓间充质干细胞因其易于获得、分选和体外培养，具有良好的分化潜能和植入组织的能力而成为胰腺干细胞来源的研究对象。而体外定向诱导骨髓细胞分化为功能性胰岛进行自体移植，能避免异体移植引起的免疫排斥反应。Choi等8]用大鼠胰腺再生抽提物体外诱导培养骨髓间充质细胞，分化为表达胰岛素、胰高血糖素、胰腺多肽和生长抑素的类胰岛，葡萄糖刺激，释放胰岛素。国内呼莹等9]通过将l0～20周胎儿的胰腺细胞在SF(含2％FCS)中培养，对其细胞表型、生长周期、因子表达、诱导分化进行研究，实验证明胰腺中存在间充质干细胞，

且能向成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞分化，也为胰岛的体外扩增提供了实验参考。脾间充质细胞联合弗氏不完全佐剂移植后也可以转分化为胰腺β细胞，逆转NOD大鼠(非肥胖糖尿病大鼠)的高血糖10-11]。

2.1.4神经源性胰腺干细胞

神经细胞和胰岛细胞均起源于内胚层，所以推断它们可能具有共同的发育途径和诱导分化通路。研究发现11]从胎鼠大脑提取神经干细胞，经EGF、FGF2(成纤维细胞生长因子-2)扩增，全维甲酸等诱导后，细胞可以表达前胰岛素原mRNA和成熟β细胞所具备的转录和功能元件(PDX1，Islet1)，在甲苯磺丁脲和葡萄糖的刺激下，以引起细胞内钙离子浓度的增加和胰岛素释放，部分细胞表达C肽。

2.1.5肝源性胰腺干细胞

在胚胎发育过程中，肝脏和腹胰起源于前肠末端内胚层同一种细胞。因此，一些研究者认为胰腺和肝脏中存在共同的干细胞，存在于肝脏的干细胞可转分化为功能性胰岛细胞。Yang等12]报道体外高糖诱导培养，成年大鼠肝脏卵圆细胞转分化为功能性胰岛细胞，表达pdx1、pax4、pax6、insulinⅠ、insulinⅡ和glucagon，葡萄糖刺激，分泌insulin。将200个诱导细胞团移植在STZ制备的糖尿病小鼠肾囊内，10d后，糖尿病小鼠血糖水平降低。SuzukiA等13]也报告成功地从肝脏干细胞诱导分化产生出胰腺β细胞。

2.1.6肠源性胰腺干细胞

SuzukiA等14]研究发现，胰高血糖素样肽1（GLP1）可诱导小鼠肠上皮

细胞分化为胰岛素和胰高糖素表达阳性的细胞，在葡萄糖刺激下可分泌胰岛素，将经GLP1诱导的空肠移植入糖尿病鼠体内，移植组小鼠与对照组相比，血糖和体质量均有明显下降。

2.1.7皮肤源性胰腺干细胞

皮肤源性多潜能干细胞具有分布广泛、易于获取、可用于自体移植等优势，体外实验11]表明皮肤干细胞培养后可表达胰腺细胞、神经细胞、上皮细胞和肝细胞相关基因，当在含角质细胞生长因子(Keratinocytegrowthfactor,KGF)、EGF、尼克酰胺培养基中培养2周后皮肤干细胞转变为上皮样细胞，继续培养2周可得到胰岛素阳性细胞。