穿越:半个世纪后的 β 细胞研究

2015-06-25 16:05 来源:丁香园 作者:朱婧
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关于β细胞,现有的研究成果是什么?未来的热点将是什么?日内瓦大学医学院的 Halban 教授近期在 Diabetologia 上发表文章,给出了他的答案,同时该文章回顾了当今对于β细胞的主要研究成果。

上世纪 60 年代,人类第一次获得用于体外试验的胰岛,Lacy 和 Kostianovsky 以胶原酶溶解小鼠胰腺,人类才得以涉足β细胞功能和分子机制、胰岛移植等领域。随后,大批学者开始研究胰岛素的分泌机制,发现了胰岛素储存和释放的分子机制,通过生化方法确认了胰岛素原的存在,发现了胞内钙依赖性的刺激释放耦联机制。

1 型糖尿病已被公认为自身免疫疾病,但是β细胞破坏持续进展的病理机制尚未明确。胰岛分离技术的飞速发展和免疫抑制剂的革新使以胰岛移植治愈 1 型糖尿病成为可能。

众多研究已经确认 2 型糖尿病是由于胰岛细胞功能和数量受损,导致胰岛素相对不足引起。有学者通过动物实验认为β细胞可能并没有死亡,只是发生去分化,故失去了储存胰岛素的能力,这一假说还需要更多临床证据验证。目前对于 2 型糖尿病β细胞数量是否减少的研究太过热门,以至于忽视了 2 型糖尿病基本的临床特点:β细胞功能失调。

成人β细胞已结束有丝分裂,因此几乎不可再生。但现在,学术界出现了不同观点。成年鼠β细胞仍具有自我复制能力,也可由非β细胞转分化而来,而成人的则始终处于静止期,或许上调前体细胞数量将对改善 β细胞功能不足 有帮助。

人们对β细胞分化和转录因子进行了诸多研究,已可在体外环境下,利用胚胎干细胞和诱导性多能干细胞得到类β细胞。在服务于临床前,科学家们还需要解决许多问题。对于糖尿病遗传特性的认识人们有了很大进步,未来更优的分析方法还会更新人们对于糖尿病发病机制的认识,β细胞仍然是研究的最热点。

β 细胞的研究概览

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图 1. 未来β细胞研究的流程图。要达到最终目标,需要进行多学科合作、里程碑事件驱动。

通过重建或保护β细胞功能和数量来治愈或预防糖尿病

β细胞是目前治疗糖尿病的主要靶点。对于 1 型糖尿病,若不能保护新细胞免受攻击,则β细胞替代治疗则成了无用功。现今,免疫抑制剂是为胰岛移植保驾护航的唯一方法。

未来新的方法可能包括调控自身免疫系统和(或)修饰移植的β细胞免受攻击。目前新的观点是以微型胶囊或移植装置包被β细胞,释放激素,同时体内环境提供所需的代谢物和氧气。疫苗或诱导免疫耐受的药物处在探索阶段。患者通常需要联合治疗,但它同时将抑制常规或者必需的免疫通路。

科学家们需要在固有免疫和寻找胰岛炎症、胰岛素靶组织炎症的抑制性细胞因子上下功夫,这才是 2 型糖尿病细胞功能受损的根本。整合生理学家们革新了器官间通讯的认识,发现了器官分泌一种称为「kines」的新物质,借此来进行相互通讯。这种因子可能成为新的治疗靶点。

Philippe A. Halban 教授所描绘的蓝图是基于β细胞的疗法,主要通过替代和再生治疗。最广义地说,这种疗法可能有很多种途径,但共同目标只有一个:使β细胞恢复正常数量和功能。

1. 替代治疗

Philippe A. Halban 教授希望外源性β细胞能在体外培养后供患者移植。目前,细胞疗法面临需求量大、受免疫攻击、缺乏供体等问题,而异种器官移植仅是临时解决办法。Philippe A. Halban 教授相信,在未来的 50 年,人类一定能找到有效的、普遍接受的细胞疗法。   

利用成人β细胞体外增殖是不可能的,科学家们还给出了一些可行的设想。将β细胞或相近的细胞型经历去分化、增殖、再分化,获得β细胞。最终是否分化为胰岛而非仅β细胞,或者二次形成胰岛,还有待考证。Philippe A. Halban 教授认为这是可能的。更加超前的想法是,利用迅速发展的仿生学,制造出人工生物或是完全机械的β细胞。尽管仍有许多难题需要克服,这些设想仍然可能成为现实。

2. 再生治疗

再生治疗是通过干预,刺激患者β细胞的再生。有三种途径:(1)模拟β细胞正常的发育环境(2)再生残存的β细胞(3)前体细胞(胰腺或周围组织归巢的)分化。也可以转分化其他类型的细胞成β细胞,如胰腺外分泌细胞和肝脏细胞。现在,科学家们希望使细胞表达特异的基因启动转分化,但该方法显然不适用于临床。在未来,人类将利用小分子靶向诱导必需基因表达,

若要再生或替代β细胞,尚有许多安全性问题亟待解决。首先,每一步必须非常精准,以防产生不需要的细胞型,甚者肿瘤细胞。其次,需要限制细胞面积,防止高胰岛素血症的发生。此外,再生的细胞必须具有与真正β细胞同样的血糖调节功能。

闭环回路的人工装置正在进入临床,胰岛素泵与动态血糖监测仪连接,控制着胰岛素和胰高血糖素的输注。该方法疗效优于外源注射胰岛素,但无法与胰岛替代或再生治疗相提并论。Philippe A. Halban 教授认为,细胞疗法在未来将成为常规治疗,使糖尿病患者远离胰岛素注射,维持完美的血糖水平,大大提高生活质量。这将是历史性的时刻!

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编辑: endoz

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