黃 艷綜述 徐焱成審校

糖尿病肢體缺血性病變的干細(xì)胞治療

黃 艷綜述 徐焱成審校

本文2010-09-14收到,2010-11-08修回,2010-11-12接受

隨著人們生活方式的改變,糖尿病發(fā)病率呈逐年上升趨勢。而在導(dǎo)致糖尿病病人致死率和致殘率增高的諸多因素中,由高血糖引發(fā)的各種糖尿病并發(fā)癥是主要原因,同時也是決定糖尿病患者預(yù)后的重要因素。盡管英國糖尿病前瞻性研究(United K ingdom Prospective Diabetes Study,UKPDS)[1]、糖尿病控制和并發(fā)癥研究(DCCT)[2]等大型臨床研究均證實通過胰島素強(qiáng)化治療、嚴(yán)格控制血糖可以降低糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險。但是實際上由于運用胰島素及其它藥物等治療方案本身的局限性,患者的依從性及生活方式的影響,絕大多數(shù)糖尿病患者血糖水平僅能得到改善而不能完全達(dá)標(biāo),從而使糖尿病慢性并發(fā)癥實際發(fā)生率未得到有效控制。

臨床上常見的糖尿病大血管并發(fā)癥是糖尿病肢體動脈缺血性病變,目前該病變發(fā)生率大約為10%。研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者都有血管重塑、內(nèi)膜增生肥厚的趨勢[3]。在循環(huán)高血糖狀態(tài)下,組織易缺血缺氧而引起相應(yīng)大血管和小血管結(jié)構(gòu)改變,從而使血管內(nèi)皮功能紊亂。此外,糖尿病患者的內(nèi)生再灌注機(jī)制受到破壞,如激活預(yù)先存在的動脈側(cè)枝循環(huán)和新動脈生成能力下降,進(jìn)而加重缺血帶來的損傷[4]。當(dāng)這些病理狀態(tài)加重,且合并外周神經(jīng)病變將導(dǎo)致糖尿病肢體潰瘍。

在針對糖尿病肢體缺血的各種治療方法中,干細(xì)胞治療是研究的焦點。本文就目前干細(xì)胞在治療糖尿病肢體缺血性病變中的國內(nèi)外進(jìn)展作一綜述。

1 內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)在糖尿病肢體缺血中的應(yīng)用

血管新生對于組織修復(fù)的作用是顯而易見的。有學(xué)說認(rèn)為人類出生后的血管生長和重塑是由于具有增生性和遷移能力的成熟內(nèi)皮細(xì)胞所導(dǎo)致的,也就是說已存在血液中的完全分化的內(nèi)皮細(xì)胞參與了新血管的形成[5]。1997年Asahara等[6]第一次發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)中的內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)對新生血管形成有作用,自此建立了成人血管新生的概念。此后大量實驗表明EPCs能修復(fù)受損血管內(nèi)皮[7],并且可以在缺血肢體中發(fā)揮再生血管的作用[8,9]。這為治療糖尿病肢體缺血帶來了希望。

EPCs修復(fù)受損血管的過程包括:組織缺血信號的傳遞→EPCs從骨髓中釋放入外周循環(huán)→從外周循環(huán)到目標(biāo)組織→分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞。很多標(biāo)志物被用來作為EPCs和成熟內(nèi)皮細(xì)胞的特征性標(biāo)志如血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子1(PECAM-1/CD31)、血管內(nèi)皮生長因子受體 2(VEGFR2,即KDR或Flk1)等[10]。另外,其它來源的EPCs也可以分化為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞如 Naruse等[11]發(fā)現(xiàn)臍帶血同樣含有EPCs,并且具有比外周骨髓源性EPCs更強(qiáng)的增生能力。

EPCs的功能和數(shù)量受到很多因素的調(diào)節(jié),包括細(xì)胞因子和生長因子。其中血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和EPCs的分化增殖有關(guān)[12-14];Bahlmann等[15]發(fā)現(xiàn)促紅細(xì)胞生成素也可以調(diào)節(jié)EPCs的數(shù)量;C反應(yīng)蛋白(CRP)被認(rèn)為是血管修復(fù)過程中的負(fù)調(diào)控因子[16],不僅下調(diào)EPCs的數(shù)量,也抑制內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá),給予CRP后,導(dǎo)致EPCs存在時間減少,增加 EPCs的凋亡,減少血管新生;研究還發(fā)現(xiàn),雌激素通過增加EPCs從骨髓的遷移,加速再內(nèi)皮化過程,從而抑制EPCs的衰老[17];另外,EPCs上瘦素受體的存在,可能會影響EPCs的功能[18]。他汀類藥物作為一種抑制膽固醇合成的物質(zhì),在動物體內(nèi)和體外實驗中被發(fā)現(xiàn)可以增加EPCs的數(shù)量[13]。

在病理情況下,EPCs的數(shù)量和功能會受到影響。觀察發(fā)現(xiàn)無論1型還是2型糖尿病病人,不僅EPCs數(shù)量減少,而且功能也減弱[19]。糖尿病持續(xù)高血糖可導(dǎo)致血管新生能力下降、內(nèi)皮功能紊亂、EPCs補(bǔ)充減少[20]。Krkel等[21]研究了血糖對EPCs功能降低的影響。他們對來源于健康捐贈者的EPCs進(jìn)行高糖條件下培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)EPCs的數(shù)量下降,凋亡率上升,遷移能力受損。Pistrosch等[22]對 10個糖尿病患者進(jìn)行檢測后,也發(fā)現(xiàn)其EPCs的遷移能力是下降的,但是數(shù)量和正常對照組無明顯差異。用羅格列酮治療12周后發(fā)現(xiàn)糖尿病組的EPCs數(shù)量和遷移能力改善。對1型糖尿病患者進(jìn)行觀察時也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象[19]。

以上證據(jù)顯示糖尿病人的肢體潰瘍愈合能力下降是由于骨髓源性EPCs受損所致[23],因此研究人員正在將EPCs運用到糖尿病肢體潰瘍的受損血管治療中,以期獲得良好療效[24]。在動物實驗中,Asahara等[6]用無胸腺裸鼠制作了后肢缺血模型,即在裸鼠股動脈切除后注射用熒光DiL標(biāo)記的人CD34+的EPCs,6周后發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞組成了毛細(xì)血管。Kalka等[8]給模型鼠注射人EPCs后發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞改善了血管新生區(qū)域的血管形態(tài)。

EPCs在改善肢體血管缺血性疾病方面的效果得到了較為一致的認(rèn)同。但是糖尿病肢體潰瘍的病理過程是血管缺血病變合并神經(jīng)病變共同導(dǎo)致的。有實驗觀察到糖尿病神經(jīng)病變的神經(jīng)血管網(wǎng)出現(xiàn)中斷[25];Naruse等[11]對糖尿病神經(jīng)病變小鼠采用體外擴(kuò)增的EPCs進(jìn)行治療,即對鏈脲佐菌素(STZ)造模小鼠注射人臍帶血分離的EPCs到后肢骨骼肌。與對照組相比,治療組的神經(jīng)傳導(dǎo)速率和坐骨神經(jīng)血流都得到了改善;另外,注射了EPCs的后肢發(fā)現(xiàn)毛細(xì)血管數(shù)量增多。Jeonq等[26]對STZ造模的糖尿病鼠后肢注射骨髓源性 EPCs后,發(fā)現(xiàn)其運動和感覺神經(jīng)的傳導(dǎo)速率、血流、毛細(xì)血管密度都得到了極大程度的恢復(fù)。證實注入EPCs可以逆轉(zhuǎn)糖尿病神經(jīng)病變。

以上實驗提示EPCs治療糖尿病肢體潰瘍的機(jī)制不僅僅通過促進(jìn)血管新生,同時還能改善外周神經(jīng)病變。

2 纖維原細(xì)胞在糖尿病肢體缺血中的應(yīng)用

糖尿病肢體潰瘍的愈合過程中,由于蛋白水解酶濃度升高,導(dǎo)致纖維原細(xì)胞對分裂素反應(yīng)降低及老化纖維原細(xì)胞的復(fù)制能力下降,從而使?jié)冞w延不愈。針對這一病理特點,H an等[27]將健康成人的纖維原細(xì)胞用于有肢體潰瘍糖尿病人的清潔創(chuàng)面后,使病人得到了完全愈合。Marco[28]對10例糖尿病深度復(fù)雜潰瘍患者采用自體纖維原細(xì)胞體外擴(kuò)增,使之成為膜狀后覆蓋于創(chuàng)面,20周后觀察所有患者的潰瘍均愈合。因而認(rèn)為對潰瘍創(chuàng)面給予新的有活性的纖維原細(xì)胞可以改善不利于潰瘍恢復(fù)的環(huán)境,縮短糖尿病潰瘍的愈合時間。H anf t等[29]則對28例糖尿病足患者用纖維原細(xì)胞起源的真皮進(jìn)行治療,12周后,其愈合率比對照組明顯增加,說明該方法也是安全有效的。

3 骨髓干細(xì)胞治療糖尿病肢體缺血

在我國,目前較多運用骨髓干細(xì)胞治療糖尿病肢體潰瘍。許多實驗發(fā)現(xiàn)骨髓干細(xì)胞可促進(jìn)缺血肢體血管新生。Bartsch等[30]對37例4級糖尿病足病人應(yīng)用自體骨髓干細(xì)胞移植,通過對終點的評估來判斷治療的有效性和安全性,結(jié)果證實這種骨髓干細(xì)胞移植治療是安全有效的。張會峰等[31]對57例糖尿病下肢缺血患者使用自體骨髓干細(xì)胞移植也取得了很好的療效。目前對糖尿病肢體潰瘍患者自體移植骨髓干細(xì)胞的治療方法有兩種,一種是動脈內(nèi)注射,即用導(dǎo)管直接將骨髓干細(xì)胞注射到肢體的末梢血管;第二種是大劑量肌肉注射骨髓干細(xì)胞。兩種方法都有良好的臨床作用[30,32]。

4 其它干細(xì)胞治療

另有一些關(guān)于間葉干細(xì)胞治療糖尿病肢體缺血作用的研究。如Vojtassak等[33]報道了自體移植間葉干細(xì)胞治療糖尿病足的結(jié)果。實驗從骨髓分離間葉干細(xì)胞直接注射到創(chuàng)傷部位后,觀察到潰瘍面明顯縮小,皮膚血管和真皮層厚度也有增加。這為干細(xì)胞治療糖尿病肢體潰瘍提供了新的選擇。

5 小結(jié)和展望

綜上所述,很多實驗都證明干細(xì)胞的確對糖尿病肢體潰瘍有治療作用,但是關(guān)于這些細(xì)胞的生物學(xué)特征仍不清楚。不同干細(xì)胞治療時的數(shù)量、劑量及移植途徑等尚在摸索中,且干細(xì)胞治療是否存在遠(yuǎn)期并發(fā)癥甚至增加腫瘤發(fā)生風(fēng)險等問題目前尚未知曉。因此,要讓干細(xì)胞治療成為一種成熟的治療糖尿病肢體潰瘍的方法,還有大量的研究工作需要進(jìn)行。

本文第一作者簡介:

黃 艷(1982～),漢族,博士研究生,研究方向為糖尿病并發(fā)癥治療

1 The diabetes con trol and complication trial research g roup the effect of in tensive treatm en t of diabetes on the developm en t and p rog ression of long-term com plication in insu lin-dependen t diabetesm ellitus.N Engl JM ed,1993,32(9):977～986.

2 UK prospective diabetes study(UKPDS)Group Intensive bloodglucose control with sulphony lureas or insulin compared with conventional treatm ent and risk of complications in patients with type 2 diabetes(UKPDS33).Lancet,1998,35(2):837～853.

3 M athew V,Gersh BJ,W illiams BA,et al.Ou tcom es in patients with diabetesm ellitus undergoing percu taneous coronary in tervention in the cu rren t era:a report from the prevention of restenosis with tranilast and its outcomes(PRESTO)trial.Circulation,2004,10(9):476～480.

4 Rivard A,Silver M,Chen D,et al.Rescue of diabetes-related im pairm ent of angiogenesis by in tramuscular gene therapy with adeno-VEGF.Am JPathol,1999,15(4):355～363.

5 Rumpold H,W olf D,Koeck R.Endothelial progenitor cells:a source for therapeu tic vasculogenesis J Cell M ol Med,2004,8(1):509～518.

6 Asahara T,Mu rohara T,Su llivan A,et al.Isolation of pu tative p rogenitor endothelial cells for angiogenesis.Science,1997,27(5):964～967.

7 U rbich C,Dimmeler S.Endothelial progenito r cells:characterization and role in vascular biology.Circ Res,2004,9(5):343～353.

8 Kalka C,Masuda H,Takahashi T,et al.Transplantation of ex vivo expanded endothelial progenitor cells for therapeu ticneovascu larization.Proc Natl Acad Sci U S A,2000,9(7):3 422～3 427.

9 M ajka SM,Jackson KA,K ienstra KA,et al.Distin ct progenitor popu lations in skeletalmuscle are bone marrow derived and exhibit differen t cell fates du ring vascular regeneration.JClin Invest,2003,11(1):71～79.

10 Garlanda C,Dejana E.H eterogeneity of endothelial cells:specific markers.A rterioscler Thromb Vasc Biol,1997,1(7):1 193～1 202.

11 Naruse K,Hamada Y,Nakashima E,et al.Therapeutic neovascu larization using cord blood-derived endothelial progenitor cells for diabetic neu ropathy.Diabetes,2005,5(4):1 823～1 828.

12 Byrne M,Bouchier-H ayes DJ,Harmey JH.Angiogenic and cell survival functions of vascular endothelial grow th factor(VEGF).JCell Mol,2005,9(1):777～794.

13 Dimmeler S,A icher A,Vasa M,et al.HMG-CoA reductase inhibito rs(statins)increase endothelial progenitor cells via the PI 3-kinase/Akt pathw ay.JClin Invest,2001,10(8):391～397.

14 H ristov M,W eber C.Endothelialp rogenitor cells:characterization,pathophysiology,and possible clinical relevance.J Cell M ol Med,2004,8(2):498～508.

15 Bahlm ann FH,De Groot K,Spandau J.et al.E ry th ropoietin regulates endothelialp rogenitor cells.Blood,2004,10(3):921～926.

16 Verma S,Kuliszew ski MA,Li S.et al.C-reactive protein attenuates endothelial p rogenitor cell su rvival,differentiation,and fun ction:further evidence of am echanistic link between C-reactive p rotein and cardiovascular disease.Circulation,2004,10(9):2 058～2 067.

17 Imanishi T,Hano T,Nishio I.Estrogen reduces angiotensin II-indu ced acceleration of senescence in endothelial progenitor cells.Hypertens Res,2005,2(8):263～271.

18 W olk R,Deb A,Caplice N.et al.Leptin receptor and functional effects of lep tin in human endothelial p rogenitor cells.A therosclerosis,2005,18(3):131～139.

19 Loomans CJ,Koning EJ,Staal FJ,et al.Endothelial progenitor cell dysfunction:a novel concept in the pathogenesis of vascular com plications of type 1 diabetes.Diabetes,2004,5(3):195～199.

20 IiM,Takenaka H,Asai J,et al.Endothelial progenitor thrombospondin-1 mediatesdiabetes-induced delay in reendothelialization follow ing arterial injury.Circ Res,2006,9(8):697～704.

21 K rkelN,Adams V,LinkeA,et al.Hyperglycem ia reduces survivaland im pairs function of circu lating blood-derived progenitor cells.A rteriosc ler Thromb Vasc Biol,2005,2(5):698～703.

22 Pistrosch F,H erb rig K,Oelsch laegel U,et al.PPARgammaagonist rosiglitazone increases number and migratory activity of cultured endothelial progenitor cells.A therosclerosis,2005,18(3):163～167.

23 Fadini GP,M iorin M,Facco M,et al.Circulating endothelial p rogenitor cells are reduced in peripheral vascular com plications of type 2 diabetesmellitus.JAm CollCardiol,2005,4(5):1 449～1 457.

24 Kawamoto A,Tkebuchava T,Yam aguchi J,et al.In tramyocardial transplantation ofautologous endothelialp rogenitor cells fo r therapeu tic neovascularization of myocardial ischem ia.Circulation,2006,10(7):461～468.

25 Van Buren T,Kasbergen CM,Gispen WH,et al.Presynaptic deficit of sym pathetic nerves:a cause for disturbed sciatic nerve b lood flow responsiveness in diabetic rats.Eur J Pharmacol,2006,29(6):277～283.

26 Jeong JO,Kim MO,Kim H.Dual angiogenic and neu rotrophic effects of bone marrow-derived endothelial progenitor cells on diabetic neuropathy.Circ,2009,119(5):699～708.

27 H an SK,Choi KJ,K im WK.Clinicalapplication of fresh fibroblast allografts for the treatment of diabetic foot ulcers:a pilot study.JPlast Reconstr Sury,2004,114(7):1 783～1 789.

28 M arco Cavallini.Autologous fibroblasts to treat deep and complicated leg ulcers in diabetic patients.JW ound Repair and Regeneration,2007,15(1):35～38.

29 H anft JR,Surprenan t MS.H ealing of chronic foot ulcers in diabetic patients treated with a human fibroblast-derived dermis.J Foot Ankle Su rg,2002,41(5):291～299.

30 Bartsch T,Brehm M,Falke T,et al.Rapid healing of a therapy-refractory diabetic foot after transplantation of autologous bonemarrow stem cells.M ed K lin,2005,100(5):676～680.

31 張會峰,趙志剛,白衛(wèi)星.自體骨髓干細(xì)胞血管腔內(nèi)移植治療糖尿病下肢動脈閉塞癥.中國組織工程研究與臨床康復(fù),2010,14(32):6 041～6 043.

32 Tateishi-Yuyama E,M atsubara H,Mu rohara T,et al.Therapeutic angiogenesis for patients with lim b ischaem ia by autologous transplantation of bonem arrow cells:a pilot study and a random ised controlled trial.Lan cet,2002,360(12):427～435.

33 Vojtassak J.Autologous biograft andmesenchym al stem cells in treatment of the diabetic foot.J Neu ro Endocrinol Lett,2006,27(2):134～137.

R587.1

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