全球首例 自体干细胞构建胰岛组织类器官，治疗胰岛功能受损的2型糖尿病
全球首例 自体干细胞构建胰岛组织类器官，治疗胰岛功能受损的2型糖尿病
近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）程新研究组和海军军医大学上海长征医院殷浩团队的最新研究成果，在国际学术期刊Cell Discovery刊登发表。利用个性化内胚层干细胞分化的胰岛组织治疗2型糖尿病患者的胰岛功能障碍，为糖尿病治疗领域带来了新的治疗选择，并展示了干细胞在组织工程和再生医学中的潜力。
原名：Treating a type 2 diabetic patient with impaired pancreatic islet function by personalized endoderm stem cell-derived islet tissue
译名：利用个体内胚层干细胞来源的胰岛组织治疗胰岛功能受损的2型糖尿病患者
期刊：Cell Discovery
影响因子：33.5
发表时间：2024.2
研究背景
2型糖尿病(T2D)通常始于外周组织的胰岛素抵抗，并随着β细胞数量减少或β细胞去分化而逐渐丧失胰岛功能。超过30%的T2D患者最终依赖外源性胰岛素治疗。胰岛移植是治疗胰岛素依赖型糖尿病最有效的方法。但是胰岛移植后代谢控制的改善与更好的同种异体肾移植功能和长期存活率相关。然而，由于供体器官的严重短缺，胰岛移植的应用受到严重阻碍。
由人多能干细胞(hPSCs)产生的胰腺祖细胞(PP)或胰岛组织在糖尿病动物模型中已被证明能够存活、发挥功能并逆转高血糖。此外，最近的一项临床试验表明，当皮下植入TID患者体内后，被非免疫保护装置包裹的hPSC来源的胰腺内胚层细胞能够进一步成熟为食物反应性β样细胞并分泌胰岛素，尽管其水平还不足以实现外源性胰岛素的独立性。另外，hPSCs衍生细胞的临床应用还受到复杂的分化过程和在体内形成畸形瘤的风险的影响。最近的研究集中在鉴定中间干细胞类型，包括非致瘤性人内胚层干细胞(EnSCs)，它们更适合生成大规模的胰岛细胞。
图1 实验设计
主要结果
本文报道了一个胰岛素分泌受损的T2D患者从体外植入自体EnSCs分化的胰岛组织(E-islets)，旨在研究E-胰岛治疗独立糖尿病患者的安全性和有效性。患者为59岁男性，有25年T2D病史，于2017年6月发展为终末期糖尿病肾病，接受肾移植手术，自2019年11月起血糖控制不佳，血糖水平为3.6614.60 mmol/L，平均血糖偏移幅度(MAGE)5.54mmol/L，接近靶区时间(TITR,3.97.8 mM) 56.7%，每日高血糖事件(>10.0 mmol/L)为0.7/d，低血糖事件(<3.9mmol/L)为0.3/d。由于主要担心低血糖和血糖控制不良对供肾长期生存的不利影响，患者同意进行自体E-胰岛移植。
图2 体外培养E-胰岛在分子生物学水平的质量控制
E-胰岛是由自体EnSCs培养而成，经检测，EnSC源性的PPs、内分泌祖细胞和E -胰岛的形态、纯度、活力和微生物污染均符合释放标准。E-胰岛的形态、内分泌细胞组成、基因表达模式及体外功能与人体胰岛相似，并在链脲霉素(STZ)诱导的糖尿病小鼠和猴模型中显示出降糖功效。scRNA-seq和FACS检测结果相识，在非目标向肝脏或肠道谱系均未检测到E -胰岛。同时，在移植了EnSCs或E-胰岛的免疫功能缺陷的动物中，既没有检测到肿瘤形成，也没有检测到表明细胞增殖的囊性/导管结构。患者特异性E-胰岛在用患者自身PBMC人源化的糖尿病免疫受损的小鼠体内存活并发挥功能，但被来自无关志愿者的PBMC人源化的小鼠排斥，这表明患者的免疫系统可以接受自体E-胰岛。
图3 E-胰岛的安全性和功能性评估及免疫原性测试
患者经过经皮肝门静脉移植手术，移植了120万IEQs的E-胰岛，并在指定的就诊时间，分别在基线、4、8、12、16、20、24、36和48周以及之后的指定时间点，通过混合膳食耐量试验(MMTT)检查内分泌功能和糖尿病特异性参数。采用24小时实时连续血糖监测系统(CGM)监测患者血糖控制情况。
在116周的随访期间，无论是通过腹部的MRI还是血清肿瘤相关抗原标记物的测量均未检测到肿瘤形成。治疗后出现的不良事件包括：(1) 4-8周内暂时性腹胀、食欲不振，服用三氯甲硫酰后缓解;(2) 体重减轻<5% (从80公斤降至76公斤)。
图4 术后监测及长期的临床指标监控
在前116周内持续监测了三个主要临床结果，血糖控制、外源性胰岛素降低以及禁食和膳食刺激下的循环C肽/胰岛素水平。早在移植后第2周就观察到患者血糖控制的明显变化，MAGE从5.50 mmol/L下降到3.60 mmol/L，TITR从5.50 mmol/L迅速上升56.7%~77.8%。在同一时期，范围以上时间(TAR)比基线下降了55%，而严重高血糖(>13.9mM)和低血糖(<3.9 mM)事件完全消失。在第4周至第12周期间，观察到动态平均血糖波动显著降低(从5.50降至2.6 mmol/L)，TITR稳步上升(从81%上升至90%)。第32周后，患者的TITR已轻松达到99%，此后一直维持，而血糖变异性金标准MAGE从5.50mM降至1.60 mM。
在术后116周的随访期间，未观察到低血糖或严重高血糖发作。此外，MMTT显示手术后血糖变异性趋于稳定，这体现在稳定的空腹血糖浓度和餐后血糖浓度的显著降低(基线时最大21.3mM，第105周最大9.1mM)。从5点静脉葡萄糖值得出的曲线下面积(AUC)下降到基线的40%，由CGM获得的值也证实了这一点。血红蛋白A1c水平从6.6%(基线)降至5.5%(第85周)和4.6%(第113周)。
值得注意的是，胰岛素需求逐渐减少，直到第11周结束时完全停药，从第44周开始口服降糖药逐渐减少，并在第48周和第56周分别停止使用阿卡波糖和二甲双胍。术后平均空腹C肽水平(0.68nmol/L)比术前水平增加了3倍。另外，与术前测试相比，MMTT测量的C肽和胰岛素的分泌明显升高，这一点得到了AUC的证实。
结论
文章报告了首例使用自体E-胰岛治疗胰岛功能受损的T2D患者的人体组织替代疗法。前27个月的监测数据显示血糖控制有显著改善，并首次提供了干细胞来源的胰岛组织可以挽救晚期T2D患者胰岛功能的证据。移植物耐受性良好，无肿瘤形成或严重的移植物相关不良事件，证明了该疗法的安全性。
本文证明了胰岛组织替代是治疗糖尿病患者的有效方法，更重要的是，从造血干细胞或内皮细胞中提取胰岛组织为组织替代治疗提供了前所未有的新来源。该疗法具有其独一无二的优势：首先，基于EnSC的胰岛再生系统是独一无二的，因为EnSC在体内是无致瘤性的，并且由于它们是内胚层特异性的，并且在发育上更接近胰腺谱系，因此可以有效地生产大量胰岛。其次，本研究选择了T2D患者而不是T1D患者，这不仅排除了自身免疫性疾病对E-胰岛植入和功能评估的干扰，而且扩大了胰岛移植的适应症范围。
展望
本文不能完全排除残留的内源性胰岛从手术中受益并获得功能改善的可能性。因此，样本量的增加和胰岛β细胞完全丧失的T1D患者的额外试验，将有助于得出关于E -胰岛在实现控制血糖的明确作用机制。未来的研究有必要解决干细胞来源的胰岛作为药物的药效学问题，将干细胞来源的胰岛移植应用于其他亚型糖尿病，并开发出无需免疫抑制的“通用胰岛”产品。
参考文献
Wu J, Li T, Guo M, et al. Treating a type 2 diabetic patient with impaired pancreatic islet function by personalized endoderm stem cell-derived islet tissue. Cell Discov. 2024;10(1):45.