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干细胞治疗糖尿病的研究近况

时间:2006-11-26栏目:临床医学论文

[关键词] 糖尿病 干细胞 胰岛

健康网讯:

      魏雪峰 史小林   100054首都医科大学生殖医学研究中心 



 



   【摘要】 本文对本世纪以来干细胞治疗糖尿病的若干研究,包括胰岛的体内



发育、分化及其标志物,以及应用胰导管干细胞和胚胎干细胞进行定向诱导分化为



胰岛对糖尿病进行细胞治疗的实验进行了综述。随着干细胞技术的不断完善,人类



最终能治愈糖尿病。



    



      



  全球糖尿病(diabetes mellitus,DM)患者约1.25亿(我国也已达4000万)



,预计2025年将达3亿 [1],已成为严重危害人类健康的重大疾病之一,特别是



久病引发的多系统损害,及最终的肾功能衰竭。



    



  DM发病机制复杂,涉及遗传、环境、免疫调控和化学因子。自1922年发现了胰



岛素至今,DM的治疗以药物和注射胰岛素为主,目前,学者们开始关注经胰岛移植



恢复患者体内代谢紊乱的方法,但因组织来源匮缺,制约了胰岛移植研究的开展,



因此寻找合适的胰岛移植物的研究便成为了当务之急。随着分子、细胞和发育生物



学技术的进展,增加了干细胞定向诱导分化成胰岛的可能性但由于这一技术还处于



实验室的实验阶段,而且方法也并不统一,因此有必要将近期研究进行汇总,希望



能对在这方面进行研究的同僚们有所帮助。



    



  1 胰岛体内的形成、发育、分化与鉴定



    



  1.1 胚胎胰岛分化 胚胎胰岛的分化分4个阶段:(1)胚胎9~10周为零散的多



激素细胞阶段;(2)胚胎11~15周为未成熟的多激素阶段;(3)胚胎16~19周为单



激素核心胰岛阶段;(4)胚胎30周后为多形胰岛阶段(Bocian,Histochem Cell 



Biol,1999)。在胰岛形成过程中,内胚层细胞形成许多小导管网,其末端膨大部



分的细胞团发育为外分泌腺泡,与此同时,一些细胞群或细胞索不出现管腔,卷曲



成团并与其他细胞索分离开,分散在腺泡之间,内含丰富的毛细血管网,最后发育



成具有内分泌功能的胰岛。



    



  1.2 胰岛细胞分化的调节 Ferber [2]  认为胚胎发育早期的信号源于脊索



,后期的信号源于间质,经诱导的胰管上皮细胞增殖分化形成胰岛细胞,但至今为



止其诱导因素并无统一认识。



    



  PDX1:一种同源框转录因子(homeobox tranˉscription factor),即胰十二



指肠同源异型盒基因(pa-ncreatic and duodenal homeobox1),编码胰腺十二指



肠同源框蛋白1,又称IPF-1、IDX-1、IUF-1。Lu(Lu,Endocrinology,1996)认



为PDX1是胰腺发育及胰岛素基因转录表达的关键性转录因子,即决定于胰腺前体细



胞向B、A、D细胞的分化。Mckinnon [3]  认为PDX1对于肠内胚层背胰芽和腹胰



芽的生长、分化起重要作用。Dutta [4]  认为早期胰腺表达的PDX-1对胰腺上皮



的形成和分化是必需的。Gu [5]  认为所有胰腺细胞均来源于PDX1表达的前体细



胞,是最先发现的胰腺发育决定基因,随着胰腺发育PDX1的表达逐渐减弱,如缺失



将导致胰腺无法形成。Docherty [6]  的研究证实小鼠PDX1基因的纯合子缺失、



突变会导致胰腺无法形成。



    



  ngn3:ngn3即神经元素3(neurogenin3),是胰腺发育过程中短暂表达的蛋白



,可能是胰腺内分泌细胞系的定向因子,且在成熟胰岛中不存在。用PDX1启动子促



进转基因小鼠中早期胰腺前体细胞中ngn3表达,会导致内分泌细胞数增加,外分泌



细胞数减少。ngn3缺失的纯合子小鼠中胰岛细胞和nestin+胰岛前体细胞在发育各



阶段都缺失 [6]  。Lee [7]  认为ngn3基因与胰岛分化有密切关系,因为ng



n3基因缺陷小鼠不能表达胰岛其他特异性转录因子,包括islet1、PAX4、PAX6,而



缺乏PAX6、NeuˉroD1、NKN6.1或NKX2.2的动物胰腺中表达ngn3, 表明ngn3位于这



些因子的上游,且对启动内分泌细胞分化必不可少,而分化后期关闭。Gasa [8]



  通过表达的腺病毒感染胰腺导管细胞,建立了体外调控分化模型,发现ngn3和N



euroD1活化胰岛分化的基因并不重叠,表明这两个bHLH蛋白在胰岛发育活动中具有



不同的功能。Mellitzer [9]  通过将cDNA插入到前体细胞的3′端非翻译区,通



过EYFP定位NGN-3表达,发现内分泌前体细胞在缺乏间充质信号刺激情况下,可在



体外扩增,向内分泌细胞分化为其默认的途径。Leon [10]  用抗新霉素基因筛



选用含Nkx6.1前体基因质粒转染鼠胚胎干细胞。培养后用筛选Nkx6.1阳性细胞,发



现这些细胞分泌胰岛素,注入糖尿病鼠体内可使其血糖恢复正常。



    



  Foxα2:内分泌的关键调控基因是forkhead基因Foxα2。Guo [11]  诱导内



胚层分化的研究发现,Foxα2可被Foxd3激活,而被Oct4抑制。内胚层分化可通过



抑制Oct4表达实现。Foxα2基因关键参与肺、肝、胰发育。缺乏Foxα2基因,鼠不



能产生前、中肠内胚层(Ang,Cell,1994)。



    



  HNF:HNF4参与肝、肠、胰分化,缺失可致年轻人成熟期发病的糖尿病(Matur



ity onset diabetes melliˉtus in young,MODY1)。HNF1α(TCF1)HNF4或Fo



xα2及Pdx-1双杂合缺失,导致β细胞功能缺陷,提示这些基因构成β细胞发育的



基因网络(Yamagata,Nature,1996)。HNF6-/-鼠,腹胰发育缺陷及胆管发育异



常,该基因需ngn3激活(Yamagata,Nature,1996)。HNF6还激活Foxα2a基因。



    



  Pax:Pax-4和Pax-6同属Pax基因家族,其在胰腺内分泌细胞分化中起关键作用



。Sosa(Sosa,Nature,1997)将Lac-Z插入到Pax基因中作标记,发现Pax-4失活



的新生鼠经免疫组织化学法显示缺少β细胞和δ细胞,α细胞排列不规整。Pax-6



缺失,α细胞缺如,而胰岛素和生长抑素分泌细胞却可出现(St-Onge,Nature,



997)。由此推断出Pax-6是α细胞发育所必需,而非β、δ细胞发育所必需。



    



  Chiang [12]  为分析单个胰腺细胞的转录模式,改进了基于PCR的cDNA扩增



方法,即将单个胰腺细胞中的cDNA与含有95个常见胰腺细胞表达基因的DNA芯片进



行杂交,芯片上的基因包括转录因子,信号传导分子以及对照基因。研究者观察了



胚胎10.5d小鼠的胰腺分离出的单个细胞中的基因

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