间充质干细胞疗法治疗糖尿病足的研究进展（间充质干细胞 糖尿病）

我们还将尝试通过更多的实际例子来展示间充质干细胞疗法治疗糖尿病足的研究进展和间充质干细胞 糖尿病之间的关系以及它们各自的属性。

听说糖尿病的并发症很可怕，有解决办法吗？都说细胞疗法好，怎么个好法，用的是脐带间充质干细胞吗？

据2019年国际糖尿病联盟第九版《全球糖尿病概览》数据显示，全球约有4.63亿成年人患糖尿病，预计2030年人数将达5.78亿。中国糖尿病患者数量约1.164亿人，居世界首位。糖尿病也已经成为继心血管病、肿瘤之后威胁人类健康的第三大杀手。在我们身边，平均每10个人中就有一人患有糖尿病，它正在成为现代人最大的健康挑战之一。

糖尿病是人们健康的“隐形杀手”，尽管许多人患了糖尿病，通常没有太多不适感觉，但实际上身体的各个组织器官早被不断侵害腐蚀。因此常有一句话说道：糖尿病不可怕，可怕的是糖尿病并发症。

糖尿病引发的并发症严重影响患者的生活质量，甚至可能导致死亡，因而控制糖尿病，改善糖尿病患者的胰岛功能对延缓并发症的发生十分重要。

众所周知，糖尿病是胰岛素分泌缺乏或胰岛素抵抗继而引发糖代谢紊乱的疾病，因此胰岛素的补充成为了控制糖尿病的关键。除了注射胰岛素，细胞疗法具有源源不断提供胰岛素的潜力，是攻克糖尿病治疗难题的一种很有希望的方法，其最终目的是恢复胰岛素的分泌功能。

近年来，干细胞再生医学领域取得了积极成果。干细胞已经成为预防、修复和再生受损组织的有效工具。而在糖尿病上，干细胞疗法已经成功地应用治疗研究中——一方面修复患者胰岛机能，另一方面调节患者的免疫系统，达到从源头上改善糖尿病患者的身体状况。

再说回糖尿病的并发症，由于患者胰岛素分泌障碍或胰岛素不能发挥生理作用出现糖代谢紊乱，导致大血管和微血管病变，容易引起肢体坏死、失明、肾功能障碍和动脉粥样硬化等一系列严重的并发症。其中糖尿病的微血管病变主要包括视网膜血管病变引起的视力障碍、周围血管病变产生的糖尿病周围神经病变和肾小球微血管病变导致的肾功能障碍等。

近年来，科学家发现间充质干细胞由于具有多向分化潜能，可以旁分泌血管生成因子、各种细胞因子和免疫调节物质等特性，可以很好地控制血糖，通过全身效应改善微血管并发症。目前已被用于治疗1型或2型糖尿病及其并发症，成为临床研究热点。

针对糖尿病肾病：研究发现，静脉注射间充质干细胞可迁移归巢至肾脏病变组织，使肾脏组织再建，恢复原有肾小球结构，并且参与肾脏的免疫调节，减少氧化应激损伤，抑制肾脏前炎症因子的表达水平，从而延缓或逆转肾脏病变进程。

针对视网膜病变：间充质干细胞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。Raymond等研究表明，移植脐带间充质干细胞至视网膜下间隙能改善视网膜光感受器细胞的变性，促进光感受器细胞功能恢复。

针对糖尿病足：间充质干细胞通过分泌多种细胞因子，以旁分泌的方式刺激新血管和肉芽组织的形成、促进上皮角化细胞以及成纤维细胞的增殖，抑制细胞的凋亡，改善溃疡愈合，从而降低截肢的发生。与传统的清创术、植皮术、皮瓣术相比，间充质干细胞疗法更安全，更有效，且能减少因术后感染，导致截肢情况的发生，可以说是糖尿病足者的最佳选择。

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干细胞是治疗糖尿病的良好手段，因为它可以延缓糖尿病的进展和消除并发症。在临床研究中，造血干细胞、间充质干细胞和胰岛前体细胞是常用的细胞类型，其中最受欢迎的是间充质干细胞，因为它来源丰富，易于分离和扩增，在医学上具有十分广阔的应用前景。

间充质干细胞独特的属性使其更加适用于糖尿病的治疗。除了具有分化成其他类型细胞（如β细胞）的潜能之外，间充质干细胞还具有调节免疫和生成血管的能力。科学研究表明，无论对于I型糖尿病还是干细胞移植治疗糖尿病，间充质干细胞移植可以显著改善血糖水平，降低胰岛素的剂量和减少副作用的发生，是一种十分具有潜力的糖尿病治疗方法。

而源自新生儿脐带组织的间充质干细胞——脐带间充质干细胞表现出更高的细胞产量，更小的收获侵入性，更低的发病率，更强的免疫抑制和再生潜能，是细胞疗法的普遍来源。

写在最后

在CELLIN细胞里看来，糖尿病并发症可怕，糖尿病也很可怕，毕竟谁能欣然接受一辈子吃药或“每日餐前一针”的设定。糖尿病患者，迫切需要新的出路。我们由衷希望，在不远的将来，干细胞疗法可以真正切实的帮助糖尿病患者，能够彻底治愈糖尿病，让亿万患者重返健康生活。

Science Advances | 清华大学杜亚楠团队开拓新的方法，治疗糖尿病

以间充质干细胞 (MSC) 为基础的治疗糖尿病相关代谢紊乱的方法受到细胞存活不足和高葡萄糖应激下治疗效果有限的阻碍。

2021年7月2日，清华大学杜亚楠团队在 Science Advances  在线发表题为“ Exendin-4 gene modification and microscaffold encapsulation promote self-persistence and antidiabetic activity of MSCs ”的研究论文，该研究 使用 Exendin-4（MSC-Ex-4）（一种胰高血糖素样肽 1（GLP-1）类似物）对 MSC 进行基因工程改造，并证明了它们在 2 型糖尿病 (T2DM) 小鼠模型中增强的细胞功能和抗糖尿病功效。

从机制上讲，MSC-Ex-4 通过 GLP-1R 介导的 AMPK 信号通路的自分泌激活实现了自我增强并提高了在高葡萄糖应激下的存活率。同时，MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 通过内分泌作用抑制胰腺 β 细胞的衰老和凋亡，而 MSC-Ex-4 分泌的生物活性因子（例如，IGFBP2 和 APOM）则通过旁分泌增强胰岛素敏感性并通过 PI3K-Akt 激活减少肝细胞中的脂质积累。此外，该研究将 MSC-Ex-4 封装在 3D 明胶微支架中用于单剂量给药，以将治疗效果延长 3 个月。总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。

迄今为止，全世界有超过 4.36 亿人患有糖尿病，预计到 2045 年这一数字将达到 7 亿。 2 型糖尿病 (T2DM) 约占糖尿病病例的 90%，其特征是胰岛素抵抗和高血糖，这是由肥胖、缺乏运动、不健康饮食和遗传引起的。当肝脏、肌肉和脂肪组织中的细胞对胰岛素无反应并导致葡萄糖摄取失败时，就会发生胰岛素抵抗。胰腺 β 细胞将通过增加胰岛素产生来补偿胰岛素抵抗，最终导致 β 细胞衰竭和不可逆的高血糖。因此， 长期暴露于慢性高血糖会抑制增殖并诱导 β 细胞凋亡，从而导致 β 细胞量减少和 β 细胞功能障碍。

此外， T2DM 与肝功能障碍密切相关，超过 90% 的 T2DM 肥胖患者患有代谢相关性脂肪肝 (MAFLD) 。 肝细胞通过将营养物质以糖原和甘油三酯 (TG) 的形式储存起来，在葡萄糖和脂质稳态中发挥着重要作用。在肝脏胰岛素抵抗状态下，胰岛素不能抑制糖异生，但会加速肝细胞中的脂肪酸合成，从而增加肝脏葡萄糖的产生和 TG 的积累。尽管存在 β 细胞和肝细胞功能障碍，但高血糖和高甘油三酯血症会加剧肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗状态，同时引起其他器官和组织的功能障碍。因此， T2DM 与多种并发症密不可分，包括冠心病、中风和视网膜病变。

除了改变生活方式外，还需应用降糖药物以更好地维持 T2DM 患者的正常血糖水平 。胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 是一种肠促胰岛素激素，通过与 GLP-1 受体 (GLP-1R) 相互作用来增加胰岛素和抑制胰高血糖素分泌，从而帮助控制血糖波动。然而，GLP-1 因其半衰期短而很少用于 T2DM 治疗，它会在几分钟内被二肽基肽酶-4 迅速降解。第一个获批用于 T2DM 治疗的 GLP-1R 激动剂 Exendin-4 是一种 39 个氨基酸的肽，是一种 GLP-1 类似物，半衰期较长，为 2.4 小时。它通过抑制细胞凋亡和促进细胞增殖来增强 β 细胞质量，从而增加胰岛素分泌量。此外，已证明 Exendin-4 是一种有效的候选药物，可减轻体重，改善糖尿病和 MAFLD。尽管 Exendin-4 在调节血糖和胰岛素反应方面有所改善，但由于肾脏消除，其血浆半衰期仍然有限。 因此，需要每天给药两次，这会导致血浆浓度的意外波动和 GLP-1R 的间歇性激活。 

尽管上述降糖药物治疗带来了益处，但仍有部分患者无法恢复正常血糖或出现低血糖、腹泻、恶心、呕吐等多种副作用。 近年来，基于细胞的疗法已成为对抗包括 T2DM 在内的多种难治性疾病的替代方法。特别是，间充质干/基质细胞 (MSCs) 在一些临床前和临床尝试中已证明其对改善由 T2DM 引起的高血糖、胰岛素抵抗和全身炎症的治疗作用，从而为治疗 T2DM 提供了一种新方案。同时，技术进步仍然迫切需要将基于 MSC 的疗法成功转化为 T2DM 的临床治疗。 要克服的主要障碍之一是体内给药后 MSC 的增殖和存活率降低 。

因此，已 经研究了多种策略，例如生物材料封装、基因工程和 MSC 预处理 ，以提高存活率、延迟清除动力学和维持体内 MSC 分泌因子。 此外，优化 MSCs 的给药途径至关重要，因为静脉内给药的 MSCs 主要滞留在肺部和随后的组织中，导致治疗效果减弱。此外，对 MSCs 在 T2DM 中的治疗机制的全面了解仍然难以捉摸。MSCs 被证明可以促进内源性胰岛素的产生并刺激 β 细胞的增殖。此外， MSC 以其调节免疫反应的能力而闻名，这对于改善由 T2DM 引起的全身炎症至关重要 。

鉴于 Exendin-4 和 MSCs 在治疗 T2DM 方面的上述缺陷， 研究人员已经探索了如何协同 Exendin-4 和 MSCs 的治疗益处。 MSC 也已用 GLP-1 进行基因修饰，在 T2DM 治疗中显示出优于野生型 MSC 的治疗功效。然而，应该强调的是，这些组合疗法继承了许多缺陷。例如，当与 MSC 一起给药时，单剂量游离 Exendin-4 的治疗效果和持续时间是有限的。此外， 考虑到 GLP-1 的半衰期只有 2 分钟，而且治疗 T2DM 需要高有效剂量，预计 GLP-1 修饰的 MSCs 很难显著提高 MSCs 的治疗效果。

在这里，在发现人MSCs表达GLP-1R的基础上，该研究通过慢病毒转导系统构建了Exendin-4基因工程MSCs（MSC-Ex-4）来验证MSC-Ex- 4 分泌的Exendin-4可以通过 GLP-1R 介导的自分泌激活 AMPK 信号通路，从而通过延长其在高糖应激下的存活时间和增强抗糖尿病功效来潜在地促进自我持久性。该研究还探索了有关 MSC-Ex-4 保护胰腺 β 细胞的内分泌作用和 MSC-Ex-4 改善肝细胞功能的旁分泌作用的潜在机制。除了 MSC-Ex-4 分泌的 Exendin-4 外，推测 MSC-Ex-4 的其他分泌组可以减少细胞衰老和凋亡，同时促进胰腺 β 细胞的增殖，以及提高胰岛素敏感性和减少脂质积累。最后，该研究系统地提供了 多剂量的游离 MSC-Ex-4，并用可注射的三维 (3D) 明胶微支架 (GMs) 作为细胞封装和递送载体来辅助 MSC-Ex-4，以实现长效治疗效果单剂量局部给药。 

总之， 该研究结果提供了对 Exendin-4 介导的 MSCs 自我持续性和抗糖尿病活性的机制见解，为 T2DM 提供更有效的基于 MSC 的治疗。

WOSCI沃斯编辑，耶鲁大学博士团队匠心打造，专注最新科学动态并提供各类科研学术指导，包括：前沿科学新闻、出版信息、期刊解析、SCI论文写作技巧、学术讲座、SCI论文润色等。

糖尿病本身不可怕，可怕的是并发症，但这个克星让并发症不再可怕

糖尿病 是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。高血糖本身并不可怕，可怕的是长期的高血糖状态易诱发一系列的糖尿病并发症。

许多糖尿病并发症严重威胁着糖尿病患者的健康乃至生命，它们会对糖尿病患者造成致残、致畸等严重后果，甚至危及生命。

糖尿病之所以是一个致残率、致死率很高的疾病，很大程度上源于糖尿病并发症的严重损伤。

糖尿病并发症严重降低了糖尿病患者生存质量，甚至对患者造成致命威胁，确实可怕！

好在世间存在“一物降一物”的规律，找到糖尿病并发症的克星，糖尿病并发症将不再可怕。

随着干细胞与再生医学的兴起和发展，干细胞在治疗糖尿病并发症尤其是糖尿病足上展现出巨大的潜力。

干细胞或许就是我们要寻找的糖尿病并发症克星，糖尿病并发症将变得不再可怕。

干细胞通过释放可溶性生长因子和细胞因子来刺激新血管的形成和调节炎症，为糖尿病并发症提供了一种很有潜力的治疗方法。

目前，干细胞治疗糖尿病并发症已有不少报道，这些并发症包括糖尿病足、糖尿病视网膜病变、糖尿病肾病、糖尿病神经病变等。

干细胞治疗糖尿病足

糖尿病足是糖尿病的严重并发症之一，因糖尿病患者下肢血管病变、周围神经病变或感染等所致。

据统计，与非糖尿病患者相比，糖尿病患者因严重下肢缺血性疾病而截肢的发生概率要高40倍。

干细胞在体内能够分化为血管内皮细胞和平滑肌细胞、分泌大量的促血管生成因子从而形成新生血管，因此干细胞治疗糖尿病足具有很大的潜力。

从目前临床试验的效果来看，间充质干细胞（MSC）治疗糖尿病足的效果优于MSC治疗其他糖尿病并发症。

2016年开展的一项随机对照临床研究，评价MSC联合血管形成术治疗糖尿病足的效果。

其中人脐带MSC治疗组28人和对照组25人，MSC使用量为（4.8-8.6） x 107/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。

但是，MSC治疗组的改善更加明显，其中治疗组中Fontaine 4级溃疡患者19人，有15人溃疡面痊愈，2人明显缩小、1人没效。

研究还显示，MSC在糖尿病足溃疡周边注射有助于提高血管形成术的治疗效果。

2015年，期刊《糖尿病临床》报道了关于自体干细胞治疗在缺血性糖尿病足病中的应用，比较了自体干细胞治疗和经皮腔内血管成形术治疗缺血性糖尿病足病的效果。

共有83名缺血性糖尿病足病参与了本次临床试验，其中31名接受了自体干细胞治疗，28名接受了经皮腔内血管成形术，24名无法或不愿接受经皮腔内血管成形术或自体干细胞治疗的患者作为对照组。

结果发现，自体干细胞治疗和经皮腔内血管形成术治疗均能显著降低缺血性糖尿病足病患者的截肢率，自体干细胞治疗对于溃疡愈合有更显著的疗效。

一项临床试验，入组15名2型糖尿病患者（26-72岁）均接受脐带MSC治疗下肢缺血（糖尿病足），在缺血区周边多点注射，每点2 x 106个MSC，最长观察周期为12周。

试验结果显示，除了胰岛素用量和糖化血红蛋白（HbA1c）持续下降外，患者外周血的VEGF浓度在4周时达到峰值，而后持续下降；患者局部皮肤温度、踝肱指数（ABI）、皮下氧分压等改善明显。

据网站clinicaltrials.gov上公布的一项干细胞治疗重症下肢缺血（糖尿病足）的临床试验显示，受试患者在接受干细胞治疗12个月后，结果显示： 1主要肢体免截肢生存率为82.4%；2下肢血管重建，提高下肢血管数、踝肱指数（ABI）、经皮氧分压（TcPO2），坏疽或溃疡伤口全部愈合；3疼痛减轻，间歇性跛行疼痛缓解97%，静息痛缓解100%；4 6分钟步行距离显著提高，从治疗前平均14.5±37.57米，提高到157±100.92米（P = 0.0039）。

干细胞治疗糖尿病视网膜病变

糖尿病视网膜病变（DR）是仅次于糖尿病足的第二常见糖尿病并发症，是由于糖尿病中多种代谢紊乱引起的眼部血管紊乱所致。

网膜病变是发达国家居民致盲的主要原因，好发于2型糖尿病患者。有报道显示，MSC能改善视网膜病变动物和患者的视力。

除了MSC，眼球内注射自体骨髓造血干细胞（或骨髓单个核细胞）亦能提高视网膜病变水肿患者的视力。

目前，已有临床试验评估了造血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造血干细胞后，视力出现了改善，治疗12周后眼科指标有了改善。

造血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。

除了造血干细胞，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。

我国研究人员几年前曾在《国际眼科杂志》上发表研究论文，该论文报道了自体干细胞移植术后糖尿病视网膜病变的变化。

该项临床研究发现，自体干细胞移植术后，稳定的血糖水平和胰岛功能的改善有助于稳定或延缓视网膜病变的进展。

干细胞治疗糖尿病肾病

糖尿病肾病是1型糖尿病的主要并发症。研究表明，MSC在体内可分化为肾细胞，并且有望对肾脏受损部分进行修复。

基于免疫原性低，MSC被认为是理想的移植物。大量的研究显示，MSC移植可以更好地控制血糖以及预防肾病的发展。

除了MSC，近年来诱导多能干细胞也被应用于糖尿病肾病的治疗研究中。

科研人员已经证实，诱导多能干细胞可以很容易并迅速地被诱导生成具有治疗意义的肾细胞，在小鼠模型中能够改善急性肾损伤。

母义明教授团队进行的动物实验发现，短期MSC治疗可以明显改善糖尿病个体的肾小球基底膜增厚，以及肾脏纤维化和炎症蛋白的表达，说明该治疗可以有效阻止糖尿病肾病的发生。

MSC治疗可减少肾脏组织M1巨噬细胞而增加M2细胞。

动物实验均证明MSC治疗糖尿病肾病的有效性，机制在于MSC分泌的细胞生长因子的旁分泌作用、抑制氧化应激和炎症反应、减少肾细胞的凋亡、抑制巨噬细胞的浸润和激活，甚至MSC能阻止糖尿病肾病进展为肾衰。

《中华细胞与干细胞杂志》报道了MSC修复糖尿病肾病的临床案例，证实了经胰背动脉、双肾动脉介入及外周血静脉移植脐带MSC治疗糖尿病肾病安全有效；与传统的糖尿病肾病治疗方法相比，MSC移植改善舒张压、肾功能方面的临床疗效更优异。

干细胞治疗糖尿病神经病变

糖尿病神经病变是最显著的糖尿病并发症之一，是指神经因长久持续的高压血糖而受损，20%-30%患者都会出现这种症状。

在某些情况下，神经病变可导致溃疡，最终可能导致截肢。

研究发现，给神经病变的大鼠注射MSC，可以改善糖尿病神经性疼痛和促进血管再生，增加神经生存的机会。

近年来，国内外已经开展临床研究探讨干细胞移植治疗糖尿病周围神经病变的疗效。

我国研究人员观察了人脐带MSC移植治疗糖尿病周围神经病变的疗效，共有32名糖尿病周围神经病变患者参与。

结果表明，人脐带MSC移植可改善糖尿病周围神经病变的临床症状及神经电生理，是一个安全、有效的糖尿病周围神经病变治疗的新方法。

糖尿病并发症对糖尿病患者的寿命和生存质量造成了很大的影响。

但幸运的是，医疗技术高速发展的今天，我们有幸迎来了干细胞疗法。干细胞在治疗糖尿病及其并发症方面展现出来的巨大潜力，为糖尿病患者带来了新希望！

广东万海集团作为干细胞治疗研究的领航者，愿与国内外同行并肩努力，不断深入开展对干细胞治疗糖尿病及其并发症的研究，以造福广大糖尿病患者！

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