近年來(lái)，糖尿病的發(fā)病率迅猛增加，已成為危害人類健康的主要?dú)⑹帧Ｌ悄虿≈饕牟±砩韺W(xué)特征是胰島β細(xì)胞數(shù)量減少和功能障礙，因此，β細(xì)胞再生是糖尿病治療領(lǐng)域的前沿和焦點(diǎn)，其研究進(jìn)展或?qū)樘悄虿》乐螏?lái)革命性的突破。本文對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

　　一、β細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育

　　胰腺由內(nèi)、外分泌部組成。外分泌部包括腺泡細(xì)胞和導(dǎo)管細(xì)胞，內(nèi)分泌部則主要由胰島和外分泌部中的內(nèi)分泌細(xì)胞構(gòu)成。胰島細(xì)胞包括5種類型：a、β、d、PP和e細(xì)胞，其中β細(xì)胞占70-80%。胰島的基本結(jié)構(gòu)是以β細(xì)胞為核心，a和d細(xì)胞圍繞其周圍構(gòu)成非連續(xù)性框架。新生兒階段，每天約有18-20%的β細(xì)胞復(fù)制增值，但成年后，β細(xì)胞復(fù)制比例不足1%。

　　二、β細(xì)胞再生

　　既往認(rèn)為，成熟β細(xì)胞是不能分化的終末期細(xì)胞，最近的研究則發(fā)現(xiàn)，成熟β細(xì)胞有著強(qiáng)大的自我更新能力。截至目前，β細(xì)胞再生理論包括：成熟β細(xì)胞增生、新生(胰島祖細(xì)胞分化為β細(xì)胞)和細(xì)胞分化(胰腺內(nèi)非β細(xì)胞轉(zhuǎn)化為β細(xì)胞)。

　　1.增生

　　增生是指成熟β細(xì)胞通過(guò)分裂而獲得的數(shù)量增多。代謝需求的增加如肥胖、妊娠，以及胰腺損傷，均可使成熟β細(xì)胞擁有顯著的增生能力。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(EGF)、細(xì)胞素等循環(huán)因子，亦能刺激β細(xì)胞增生和分泌胰島素。此外，GLP-1及其類似物，可誘導(dǎo)糖尿病及肥胖患者β細(xì)胞增殖和改善糖耐量異常。當(dāng)EGF與GLP-1聯(lián)用時(shí)，胃泌素則具有促β細(xì)胞增生作用。除了生長(zhǎng)因子和激素，小分子化合物亦可誘導(dǎo)β細(xì)胞增生。

　　2.新生

　　新生在β細(xì)胞再生中的作用尚存爭(zhēng)議。Teta等采用譜系示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，胰島祖細(xì)胞不能促進(jìn)β細(xì)胞團(tuán)體積的增大，即使在急性胰腺損傷的狀態(tài)下，β細(xì)胞團(tuán)擴(kuò)張系其內(nèi)部成熟β細(xì)胞增生所致。

　　但多項(xiàng)研究得到了相反的結(jié)果。Xu等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)胰腺腺泡細(xì)胞和β細(xì)胞同時(shí)被Pdx1啟動(dòng)子所表達(dá)的白喉毒素滅活，或在導(dǎo)管結(jié)扎/胰腺部分切除狀態(tài)下，導(dǎo)管細(xì)胞可衍化出約60%的新生腺泡細(xì)胞和β細(xì)胞。在小鼠，胰島新生相關(guān)蛋白肽能誘導(dǎo)β細(xì)胞新生并逆轉(zhuǎn)鏈脲霉素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病。此外，一項(xiàng)胰腺尸檢研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期β細(xì)胞體積相對(duì)增大、小島比例增加、導(dǎo)管內(nèi)具有胰島素分泌能力的細(xì)胞增多，提示妊娠期存在β細(xì)胞新生。

　　3.細(xì)胞分化

　　細(xì)胞分化系指某一譜系的已分化細(xì)胞轉(zhuǎn)化為另一譜系細(xì)胞的過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，胰腺嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)a細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為β細(xì)胞。Thorel等通過(guò)選擇性表達(dá)大鼠胰島素啟動(dòng)子下游的白喉毒素受體，發(fā)現(xiàn)隨著99%β細(xì)胞的消融，a細(xì)胞進(jìn)入“雙激素”(同時(shí)表達(dá)胰島素和胰高血糖素)狀態(tài)并進(jìn)一步發(fā)展為單一胰島素分泌細(xì)胞，表明β細(xì)胞再生可源于非β細(xì)胞，同時(shí)提示a細(xì)胞在β細(xì)胞團(tuán)的損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用。此外，還有學(xué)者制備出了具有β細(xì)胞遺傳表型的基因重組a細(xì)胞。a細(xì)胞特異性Men1敲除小鼠，其a細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為β細(xì)胞。轉(zhuǎn)基因表達(dá)Pdx1的Ngn3陽(yáng)性a細(xì)胞，以及表達(dá)Pax4的a細(xì)胞，亦可啟動(dòng)a細(xì)胞向β細(xì)胞的轉(zhuǎn)化過(guò)程，并能逆轉(zhuǎn)化學(xué)藥物構(gòu)建的糖尿病。以小分子藥物(如GW8510)誘導(dǎo)a細(xì)胞轉(zhuǎn)化為β細(xì)胞的嘗試亦獲得了成功。

　　腺泡細(xì)胞亦有可能轉(zhuǎn)化為β樣細(xì)胞。例如，以表皮生長(zhǎng)因子和白血病抑制因子干預(yù)可使原代培養(yǎng)腺泡細(xì)胞獲得內(nèi)分泌活性。同時(shí)表達(dá)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所需的三個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，Pdx1、Ngn3和MafA，可誘導(dǎo)腺泡細(xì)胞向β細(xì)胞的轉(zhuǎn)化并緩解STZ大鼠的高血糖。然而，細(xì)胞分化在臨床應(yīng)用中的價(jià)值仍需進(jìn)一步論證。

　　三、β細(xì)胞替代治療

　　由于供體來(lái)源和免疫排斥兩方面的原因，人類胰島移植難以大規(guī)模推廣，尋找新的潛在的β細(xì)胞來(lái)源成為人們努力的目標(biāo)。利用多能胚胎干細(xì)胞(ESCs)、成熟非胰腺細(xì)胞和誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞(iPSCs)進(jìn)行體外分化和β細(xì)胞擴(kuò)增，以獲得大量可用于移植的β細(xì)胞成為一個(gè)引人注目的臨床治療策略和研究熱點(diǎn)。

　　1.由ESCs分化產(chǎn)生β細(xì)胞

　　2001年，Lumelsky等首先報(bào)道由小鼠ESCs獲得了β細(xì)胞，其關(guān)鍵步驟包括將胚樣小體(EBs)沿?zé)o血清培養(yǎng)基(SFM)表面平鋪生長(zhǎng)，補(bǔ)充尼克酰胺和B27培養(yǎng)基以利于β細(xì)胞生成。Assady等發(fā)現(xiàn)，在貼壁生長(zhǎng)和EBs存在兩個(gè)條件下，體外培養(yǎng)的人ESCs能自發(fā)分化并形成類β細(xì)胞，但因胰島素分泌能力較弱，該細(xì)胞尚不能稱為嚴(yán)格意義上的β細(xì)胞。2006年，D￠Amour等開(kāi)發(fā)了一種生產(chǎn)β細(xì)胞的新技術(shù)。他們使用內(nèi)分泌前體細(xì)胞，而不是EBs，誘導(dǎo)人ESCs經(jīng)過(guò)定型內(nèi)胚層、內(nèi)臟內(nèi)胚層、胰腺前體細(xì)胞和胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞等階段，模擬胰腺生成。目前大多數(shù)ESCs分化為β細(xì)胞的技術(shù)流程均涉及生長(zhǎng)發(fā)育信號(hào)通路，如Wnt/轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β等。新近，Pagliuca等通過(guò)聯(lián)合調(diào)控人ESCs多個(gè)信號(hào)通路，以三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模功能性β細(xì)胞生產(chǎn)。

　　2.以iPSCs分化形成β細(xì)胞

　　iPSCs是指以誘導(dǎo)手段強(qiáng)迫轉(zhuǎn)錄因子異位表達(dá)，使高度分化的體細(xì)胞重編程為一種新型多能干細(xì)胞。研究表明，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄病毒將Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4導(dǎo)入無(wú)SFM培養(yǎng)生長(zhǎng)的人皮膚成纖維細(xì)胞，所獲取的iPSCs，可誘導(dǎo)分化為類β細(xì)胞。Thatava等在無(wú)飼養(yǎng)層細(xì)胞條件下以胰腺內(nèi)胚層誘導(dǎo)劑indolactamV聯(lián)合GLP-1誘導(dǎo)人iPSCs分化為內(nèi)分泌細(xì)胞。Alipio等通過(guò)iPSCs移植逆轉(zhuǎn)了糖尿病大鼠的病情。Maehr等進(jìn)一步以O(shè)ct4、Sox2和Klf4三種轉(zhuǎn)錄因子，建立了1型糖尿病患者特異性的iPSCs，盡管分化效率不盡人意，但這使iPSCs治療人類糖尿病成為可能。

　　3.以非胰腺細(xì)胞分化形成β細(xì)胞

　　胰島內(nèi)分泌細(xì)胞亦可來(lái)自組織特異性成體干細(xì)胞的橫向分化。間充質(zhì)干細(xì)胞是一種具有高度增殖和多向分化潛能的多能干細(xì)胞。以β-巰基乙醇、尼克酰胺和GLP-1聯(lián)合干預(yù)人脂肪組織可誘導(dǎo)其分化為具有典型內(nèi)分泌細(xì)胞形態(tài)并有多種胰島生長(zhǎng)發(fā)育基因/轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)的胰島細(xì)胞。Gabr等使2型糖尿病患者骨髓干細(xì)胞在不依賴基因調(diào)控的情況下分化為胰島素分泌細(xì)胞，移植入糖尿病大鼠可糾正其高血糖狀態(tài)。其它類型成體干細(xì)胞向功能性胰島細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化的報(bào)道亦很多，但有些在體外培養(yǎng)條件下制備的細(xì)胞缺乏胰島細(xì)胞正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的必要信號(hào)，并導(dǎo)致獲得的細(xì)胞存在部分功能缺失。

　　四、展望

　　修復(fù)患者的胰島β細(xì)胞數(shù)量和功能是糖尿病治療的根本途徑，其中β細(xì)胞再生是極具潛在應(yīng)用價(jià)值的研究方向。由于干細(xì)胞來(lái)源和體外誘導(dǎo)分化方案等亟待解決的技術(shù)難題，使其邁向臨床仍面臨巨大挑戰(zhàn)。胰島細(xì)胞體內(nèi)再生理論上是更為理想的治療策略，但因胰島細(xì)胞再生的內(nèi)在規(guī)律和調(diào)節(jié)機(jī)制尚未完全闡明，其臨床應(yīng)用前景同樣需要進(jìn)一步觀察和考證。相信隨著干細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展，胰島細(xì)胞再生和替代治療終將應(yīng)用于臨床，從而為糖尿病患者帶來(lái)全新的治療手段甚至治愈的希望。