黄 艳综述 徐焱成审校

糖尿病肢体缺血性病变的干细胞治疗

黄 艳综述 徐焱成审校

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

随着人们生活方式的改变,糖尿病发病率呈逐年上升趋势。而在导致糖尿病病人致死率和致残率增高的诸多因素中,由高血糖引发的各种糖尿病并发症是主要原因,同时也是决定糖尿病患者预后的重要因素。尽管英国糖尿病前瞻性研究(United K ingdom Prospective Diabetes Study,UKPDS)[1]、糖尿病控制和并发症研究(DCCT)[2]等大型临床研究均证实通过胰岛素强化治疗、严格控制血糖可以降低糖尿病并发症发生的风险。但是实际上由于运用胰岛素及其它药物等治疗方案本身的局限性,患者的依从性及生活方式的影响,绝大多数糖尿病患者血糖水平仅能得到改善而不能完全达标,从而使糖尿病慢性并发症实际发生率未得到有效控制。

临床上常见的糖尿病大血管并发症是糖尿病肢体动脉缺血性病变,目前该病变发生率大约为10%。研究发现糖尿病患者都有血管重塑、内膜增生肥厚的趋势[3]。在循环高血糖状态下,组织易缺血缺氧而引起相应大血管和小血管结构改变,从而使血管内皮功能紊乱。此外,糖尿病患者的内生再灌注机制受到破坏,如激活预先存在的动脉侧枝循环和新动脉生成能力下降,进而加重缺血带来的损伤[4]。当这些病理状态加重,且合并外周神经病变将导致糖尿病肢体溃疡。

在针对糖尿病肢体缺血的各种治疗方法中,干细胞治疗是研究的焦点。本文就目前干细胞在治疗糖尿病肢体缺血性病变中的国内外进展作一综述。

1 内皮祖细胞(EPCs)在糖尿病肢体缺血中的应用

血管新生对于组织修复的作用是显而易见的。有学说认为人类出生后的血管生长和重塑是由于具有增生性和迁移能力的成熟内皮细胞所导致的,也就是说已存在血液中的完全分化的内皮细胞参与了新血管的形成[5]。1997年Asahara等[6]第一次发现血液循环中的内皮祖细胞(EPCs)对新生血管形成有作用,自此建立了成人血管新生的概念。此后大量实验表明EPCs能修复受损血管内皮[7],并且可以在缺血肢体中发挥再生血管的作用[8,9]。这为治疗糖尿病肢体缺血带来了希望。

EPCs修复受损血管的过程包括:组织缺血信号的传递→EPCs从骨髓中释放入外周循环→从外周循环到目标组织→分化为成熟内皮细胞。很多标志物被用来作为EPCs和成熟内皮细胞的特征性标志如血小板内皮细胞黏附因子1(PECAM-1/CD31)、血管内皮生长因子受体 2(VEGFR2,即KDR或Flk1)等[10]。另外,其它来源的EPCs也可以分化为成熟的内皮细胞如 Naruse等[11]发现脐带血同样含有EPCs,并且具有比外周骨髓源性EPCs更强的增生能力。

EPCs的功能和数量受到很多因素的调节,包括细胞因子和生长因子。其中血管内皮生长因子(VEGF)和EPCs的分化增殖有关[12-14];Bahlmann等[15]发现促红细胞生成素也可以调节EPCs的数量;C反应蛋白(CRP)被认为是血管修复过程中的负调控因子[16],不仅下调EPCs的数量,也抑制内皮细胞标志物的表达,给予CRP后,导致EPCs存在时间减少,增加 EPCs的凋亡,减少血管新生;研究还发现,雌激素通过增加EPCs从骨髓的迁移,加速再内皮化过程,从而抑制EPCs的衰老[17];另外,EPCs上瘦素受体的存在,可能会影响EPCs的功能[18]。他汀类药物作为一种抑制胆固醇合成的物质,在动物体内和体外实验中被发现可以增加EPCs的数量[13]。

在病理情况下,EPCs的数量和功能会受到影响。观察发现无论1型还是2型糖尿病病人,不仅EPCs数量减少,而且功能也减弱[19]。糖尿病持续高血糖可导致血管新生能力下降、内皮功能紊乱、EPCs补充减少[20]。Krkel等[21]研究了血糖对EPCs功能降低的影响。他们对来源于健康捐赠者的EPCs进行高糖条件下培养,发现EPCs的数量下降,凋亡率上升,迁移能力受损。Pistrosch等[22]对 10个糖尿病患者进行检测后,也发现其EPCs的迁移能力是下降的,但是数量和正常对照组无明显差异。用罗格列酮治疗12周后发现糖尿病组的EPCs数量和迁移能力改善。对1型糖尿病患者进行观察时也发现类似现象[19]。

以上证据显示糖尿病人的肢体溃疡愈合能力下降是由于骨髓源性EPCs受损所致[23],因此研究人员正在将EPCs运用到糖尿病肢体溃疡的受损血管治疗中,以期获得良好疗效[24]。在动物实验中,Asahara等[6]用无胸腺裸鼠制作了后肢缺血模型,即在裸鼠股动脉切除后注射用荧光DiL标记的人CD34+的EPCs,6周后发现这些细胞组成了毛细血管。Kalka等[8]给模型鼠注射人EPCs后发现这些细胞改善了血管新生区域的血管形态。

EPCs在改善肢体血管缺血性疾病方面的效果得到了较为一致的认同。但是糖尿病肢体溃疡的病理过程是血管缺血病变合并神经病变共同导致的。有实验观察到糖尿病神经病变的神经血管网出现中断[25];Naruse等[11]对糖尿病神经病变小鼠采用体外扩增的EPCs进行治疗,即对链脲佐菌素(STZ)造模小鼠注射人脐带血分离的EPCs到后肢骨骼肌。与对照组相比,治疗组的神经传导速率和坐骨神经血流都得到了改善;另外,注射了EPCs的后肢发现毛细血管数量增多。Jeonq等[26]对STZ造模的糖尿病鼠后肢注射骨髓源性 EPCs后,发现其运动和感觉神经的传导速率、血流、毛细血管密度都得到了极大程度的恢复。证实注入EPCs可以逆转糖尿病神经病变。

以上实验提示EPCs治疗糖尿病肢体溃疡的机制不仅仅通过促进血管新生,同时还能改善外周神经病变。

2 纤维原细胞在糖尿病肢体缺血中的应用

糖尿病肢体溃疡的愈合过程中,由于蛋白水解酶浓度升高,导致纤维原细胞对分裂素反应降低及老化纤维原细胞的复制能力下降,从而使溃疡迁延不愈。针对这一病理特点,H an等[27]将健康成人的纤维原细胞用于有肢体溃疡糖尿病人的清洁创面后,使病人得到了完全愈合。Marco[28]对10例糖尿病深度复杂溃疡患者采用自体纤维原细胞体外扩增,使之成为膜状后覆盖于创面,20周后观察所有患者的溃疡均愈合。因而认为对溃疡创面给予新的有活性的纤维原细胞可以改善不利于溃疡恢复的环境,缩短糖尿病溃疡的愈合时间。H anf t等[29]则对28例糖尿病足患者用纤维原细胞起源的真皮进行治疗,12周后,其愈合率比对照组明显增加,说明该方法也是安全有效的。

3 骨髓干细胞治疗糖尿病肢体缺血

在我国,目前较多运用骨髓干细胞治疗糖尿病肢体溃疡。许多实验发现骨髓干细胞可促进缺血肢体血管新生。Bartsch等[30]对37例4级糖尿病足病人应用自体骨髓干细胞移植,通过对终点的评估来判断治疗的有效性和安全性,结果证实这种骨髓干细胞移植治疗是安全有效的。张会峰等[31]对57例糖尿病下肢缺血患者使用自体骨髓干细胞移植也取得了很好的疗效。目前对糖尿病肢体溃疡患者自体移植骨髓干细胞的治疗方法有两种,一种是动脉内注射,即用导管直接将骨髓干细胞注射到肢体的末梢血管;第二种是大剂量肌肉注射骨髓干细胞。两种方法都有良好的临床作用[30,32]。

4 其它干细胞治疗

另有一些关于间叶干细胞治疗糖尿病肢体缺血作用的研究。如Vojtassak等[33]报道了自体移植间叶干细胞治疗糖尿病足的结果。实验从骨髓分离间叶干细胞直接注射到创伤部位后,观察到溃疡面明显缩小,皮肤血管和真皮层厚度也有增加。这为干细胞治疗糖尿病肢体溃疡提供了新的选择。

5 小结和展望

综上所述,很多实验都证明干细胞的确对糖尿病肢体溃疡有治疗作用,但是关于这些细胞的生物学特征仍不清楚。不同干细胞治疗时的数量、剂量及移植途径等尚在摸索中,且干细胞治疗是否存在远期并发症甚至增加肿瘤发生风险等问题目前尚未知晓。因此,要让干细胞治疗成为一种成熟的治疗糖尿病肢体溃疡的方法,还有大量的研究工作需要进行。

本文第一作者简介:

黄 艳(1982～),汉族,博士研究生,研究方向为糖尿病并发症治疗

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 张会峰,赵志刚,白卫星.自体骨髓干细胞血管腔内移植治疗糖尿病下肢动脉闭塞症.中国组织工程研究与临床康复,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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