人脐血造血干细胞治疗1型糖尿病的过程

人脐血造血干细胞治疗1型糖尿病的过程

1简介

干细胞在人大多数的组织中具有特征性。它们有助于组织分化，

发育，再生，重塑，及补充因为年龄增长和/或因病变导致的组织缺损。这些组织特异性干细胞通常会显示很大的异质性，在以细胞为基础的治疗中难以被分离。作为一种特殊的组织，脐带作为桥梁使发育中的胚胎或胎儿与胎盘连接，脐带血在脐带中循环。在早期胚胎发育的第三周脐带形成并开始发育，胎儿是通过一个连接柄连接（即脐带初期）胎盘。胚胎发育过程中，胎盘和胎儿通过脐带进行氧气和营养的交换。分娩后，脐带血液和/或他们的干细胞可以很容易地收集并应用于临床。它已经被广泛的临床证据证明：对捐赠者不会有害、没有伦理道德方面的问题、移植物抗宿主病（GVHD）的低风险和快速可用性[1]。人类脐带血的独特性为再生医学提供了一种可以作为替代源的干细胞。 1型糖尿病（T1D）是T细胞介导诱变的自身免疫性疾病，它导致胰岛β细胞缺乏。全世界数百万T1D患者的必须靠每天注射胰岛素以维持生命。但是，它不能治愈。迄今为止，人们通过调查研究许多方法，以治愈T1D [2-9]。总之，自体免疫的控制是预防和治疗T1D的重中之重，然后由β-细胞替代和重构胰岛的功能（例如，胰岛移植和干细胞衍生的胰岛素分泌细胞）。如果不加以解决，自体免疫细胞能破坏这些β-细胞的代替者，并限制他们在潜在治疗中的能力。由于T1D内在的自体免疫反应和免疫调节的多克隆、全球性问题的性质，在预防试验中分别针对不同免疫系统的治疗T1D方法

都没有成功 [3]。因此，个体化疗法已经被提出以进行免疫干预。在治疗因为胰岛细胞缺乏而导致的T1D方面，干细胞更有希望。长期以来，大部分干细胞的工作重点放在了使其向特定的生理功能分化。近年来，越来越多的证据表明，干细胞作为免疫调节剂，可导控制免疫反应，这可能反过来成为一种新的方法来克服T1D的[4,7,10]自身免疫功能。免疫调制的多面性可以实现干细胞的体外培养。在共同培养中，T1D衍生的T效应细胞和/或调节性的T细胞可以在CB - SC或MSC细胞间的冲撞和溶解而形成的良好微环境中被改造[4,10,11]。这次审查把着重点放在了脐带血干细胞在T1D研究中得到的最新进展上。针对这些细胞使用中的三个关键内容：控制自身免疫、胰岛β-细胞群的保护、克服胰岛素细胞的短缺。 2脐带血干细胞简介

人脐带血干细胞包括造血干细胞（HSC）、多能干细胞（CB - SC）

{脐带血衍生的特定干细胞} 、间质干细胞（MSC），内皮细胞的祖细胞(EPC)、单核细胞衍生的干细胞[13]。HSC、MSC和EPC的特征性表型在最近已被回顾过[14]。在这里，我们着重在干细胞的新类型：CB -SC。我们经过研究发现CB-SC可以凭借自身的独特特性吸附到一个非组织培养处理的塑料培养皿表面[10,12]（图1）。表型特征表明，CB-SC可以显示胚胎细胞标记物（如转录因子OCT- 4和Nanog的阶段特异性胚胎抗原（SSEA-3和SSEA - 4）和白细胞共同抗原CD45，但是它们对血细胞谱系具有不利的影响（例如，CD1a，CD3，CD4，CD8 CD11b， CD11c， CD13，CD14，CD19，CD20，CD34，CD41a，CD41b，

CD83和CD133）。此外，CB-SC在主要组织相容性复合体（MHC）抗原中表达非常低的免疫原性，不会刺激同种异体淋巴细胞增殖[11,12]。他们可以使在三个不同的诱导物中产生三个衍生层细胞（图1）。更具体地说，CB—SC可以已一个紧密的形态贴附在培养皿的表面并且可以抵抗一般的分离方法（胰酶/ EDTA），因此可以很容易的收集共同培养后的悬浮细胞[10-12]。在体外和体内的实验均已经证明了的CB - SC治疗 T1D的潜力。 3控制自身免疫及相关的分子机制

3.1抑制病人的T1D源性胰岛β-细胞的增殖特异性T细胞克隆糖尿病

在健康的捐助来源的T细胞，会CB钪显示通过表面分子计划死亡配体-1（PD的- L1）和分泌的一氧化氮（NO）[11]一对CD4 + T细胞和CD8 + T细胞的免疫调节，具有类似的机制作为海安[4,15]免疫调节。会CB钪，可显着抑制细胞增殖有丝分裂原植物血凝素（PHA）的刺激淋巴细胞[11]。为了进一步确定的CB - Sc在T1D的治疗潜力，我们探讨胰岛β-细胞的CB钪直接调制谷氨酸脱羧酶（GAD）的特异性CD4 + T细胞克隆产生的T1D患者。结果表明，这种T细胞与抗原提呈细胞（APC）和不同剂量谷氨酸脱羧酶肽刺激的克隆增殖显着，尤其在较控制组的CBSC没有存在的CB -资深大律师（图2下降）。这进一步抑制了水流对羧基琥珀酰亚胺酯（CFSE）流式细胞仪确认标记的T细胞（数据未显示）。因此，这些数据表明，会CB -资深大律师有可能抑制谷氨酸脱羧酶特异性T细胞。

3.2预防和逆转1型糖尿病纠正缺陷的调节性T细胞的功能

调节性T细胞（Tregs）代表专门T细胞亚群可以播放通过它们

对自身反应性T细胞的抑制效应影响，在维持平衡和自我容忍至关重要的作用[16]。虽然效应T细胞或缺陷抗原提呈细胞可以发挥作用，越来越多的证据表明，无论是在调节型T细胞异常细胞数量或功能外，与启动和T1D进展相关无论是在糖尿病患者和动物模型[16， ，17]。Tregs的手法正在成为发展成功的免疫预防和治疗T1D最有吸引力的研究热点。我们是第一组使用会CB - SC来纠正功能缺损的CD4 + +调节性T细胞CD62L的，从而预防糖尿病的发生和逆转显性糖尿病是一种自身免疫性引起的糖尿病非肥胖糖尿病（NOD）小鼠模型[7,10] 。机理研究表明，糖尿病的控制与全身免疫Th1/Th2细胞因子的改变，包括恢复平衡血液中，以及在相关的地方性法规胰岛通过一个独特的分布格局转化生长因子-β1（'转化生长因子-β1环'）可以保护对淋巴细胞浸润胰岛β细胞。此外，在T1D患者的临床试验还表明，调节性T细胞发挥了自身免疫控制至关重要的作用。哈勒等人。指出，自体脐血输注是安全的，并提供一些内源性胰岛素生产儿童亏损T1D由于脐带血中调节性T细胞的功能强大的群体减速[18]。

4保护胰岛β细胞质量和相关的分子机制 4.1基底膜修复胰岛

生理健康的胰岛显示一个专门的地下室位于胰岛周围的膜致密的毛细血管网。 511层粘连蛋白是人体胰岛基底膜的重要组成部分

[19]。作为天然屏障，这些基底膜起到保护胰岛结构的关键作用，对胰腺微环境平衡，优化胰岛功能（例如，胰岛素的表达，β-细胞功能和增殖）[19,20]维护。从鼠胰岛不同，Virtanen等。揭示了人类胰岛的独特功能;的毛细血管基底膜的双重包围[19]。这些天然屏障形成打击T1D自体免疫性破坏的前线。使用NOD小鼠模型，欧文，罗杰斯等人。发现，标志着胰岛基底膜降解和破坏性的自身免疫性胰岛炎发病T1D发展[21]。综合胰岛基底膜恢复将是至关重要的一个T1D治愈。

4.2形成转化生长因子-β1环

在发病的T1D，胰岛结构受到破坏，自身免疫细胞的浸润[10]。

重要的是，我们发现，调节性T细胞治疗可以重新mCD4CD62L胰岛细胞结构，就证明了这事实，即在糖尿病NOD小鼠的治疗与mCD4CD62L Tregs的胰岛α表现出类似的模式和β-细胞分布，在正常胰岛指出非糖尿病NOD小鼠[10]。转变增长factorbeta（转化生长因子-β）是一种多效生长因子，是由大多数细胞在人体内产生的。据了解，转化生长因子-β1是对生产和细胞外基质重新建模，通过对基质细胞的影响关键调节因子。由于转化生长因子-β1对内分泌的β-细胞分化多种功能[22]和基质细胞重排[22-24]中，“转化生长因子-β1圈”的形成可能在这个小岛架构重组的关键作用。 4.3促进血管

胰岛细胞是高度血管组织收到总胰腺血流量5-10％。由于生产的

血管生成因子如血管内皮生长因子- A（血管内皮生长因子- A）和血

管生成素1的胰岛，胰岛内的血管是一个比周围的外分泌组织的更大的密度，并衬以孔的内皮细胞[25,26]。这丰富的血液循环提供营养和氧气的胰岛细胞，从而胰岛分泌激素的转移到靶组织。这种生理功能受到破坏，在自体免疫细胞和T1D需要为治疗的T1D解决。人脐血包含几个潜在的内皮产生细胞，可能有助于血管生成和血管重建受损的胰岛。例如，金等。调查在体内血管的脐血源性内皮祖细胞的潜力。他们发现，脐带血内皮祖细胞形成正常运转的血管，为超过4个月。这些船只展览正常的血液流动，烫发，选择性大分子和白细胞内皮细胞的相互作用诱导反应的细胞因子活性与正常血管[27]。我们和其他人已经证明，细胞CD14 +单核细胞可以脱分化成干细胞，让引起内皮细胞[6,13,28]。海安拥有人通过他们对血管内皮细胞的分化和再生修复疗法的巨大潜力。使用联合培养模式，公园等。指出，脐血源性海安可以提高生存率，功能和血管生成/通过的营养分子的胰岛分泌血运重建，包括白细胞介素6（IL - 6的），血管内皮生长因子- A（血管内皮生长因子- A）的肝细胞生长因子（肝细胞生长因子）和转化生长因子-β（转化生长因子-β）[29]。最后，在体外数据表明，我们会CB -资深大律师可以为内皮样细胞中的转VEGF治疗[12]的存在。

5促进β细胞再生（新生） 5.1促进β细胞的复制

我们以前的工作证实，与mCD4CD62L Tregs的治疗，不仅削弱了自身免疫反应，而且消除了通过对胰岛β细胞再生和胰岛正常结构

（β和α细胞比例）[10]恢复促进高血糖。 β细胞的增殖与从头一个细胞增殖核标记Ki67高表达，为在总β细胞团领导指出后mCD4CD62L调节性T细胞治疗糖尿病NOD小鼠在正常血糖增加帐户。分子机理的研究显示，转化生长因子-β信号可能导致β细胞再生后，在公开糖尿病NOD小鼠mCD4CD62L Tregs的治疗[7]。 5.2脐血干细胞分化为胰岛素分泌细胞细胞

脐血造血干细胞能够分化为功能性insulinproducing细胞诱导

的反应不同，如下列研究的支持。在体内分化表明，会CB钪能给用药后的化学菌素（注射STZ）上升到功能性胰岛素分泌细胞诱导的糖尿病NOD - SCID小鼠，如人类的C -肽在小鼠血浆和减少生产显示高血糖[12]。在另一项实验表明，体内约25展览移植，移植后9周生产人胰岛素％，有趣的是，数量和亲胰岛素转录含细胞数量增加时，动物的例行部分胰腺，移植后15天[30 ]。此外，不同诱导剂处理可以变成insulinproducing胰岛样结构，脐血源性海安的共表达胰岛素和Cpeptide和其他β细胞相关的分子标记[31,32]。这是相对于骨髓海安[33]。利用已建立的协议，区分对胰腺癌细胞表型，丹纳等小鼠胚胎干细胞（ESCs）。表明，脐血源性系负的CD133 +和CD34 +细胞可为胰岛素分泌细胞分化[34]。因此，这些数据证明了概念，脐带血干细胞能产生胰岛素。然而，在体内评估是需要进一步证明，在体外分化产生胰岛素的细胞这些都是真的在血糖控制功能。 5.3诱导多能干细胞（iPS）

的iPS生成可以规避者不足和alloimmunity完全。焦尔杰蒂等。

从脐血产生的iPS使用只有两个因素在2周，而无需额外的化学化合物[35]需要（OCT4和SOX2的）逆转录病毒转导。 Maehr等。显示，iPS细胞可以从患者与T1D重新编程，生成的三种转录因子（Oct4的SOX2的指出，KLF4）成年成纤维细胞。 T1D特定的iPS细胞具有全能性的标志12，可为胰岛素分泌细胞分化[36]。对能干的临床应用是一个很长的路要走，由于移植细胞的可能性，可以想像其在体内改变表型和功能，并已对病人有害影响。在表型或可能造成这种变化取决于病人的基因型或暴露于环境因素，如感染[36,37]。重要的是使这一重要的是不能容忍的T1D患者自身免疫功能模块;否则，他们是会被迅速认可和自体免疫细胞破坏[37]。这些主要障碍需要解决之前的iPS成为T1D真正治愈。 6结论

自第一个兄弟姐妹捐助者脐血移植是由鲁宾斯坦在1988年完成

[38]，脐带血移植已广泛应用作为替代安全和快速输血血源在诊所。有不同类型的脐血干细胞，保持了很大的希望处理很多方面的T1D的治疗研究。成功的细胞疗法取决于解决T1D的三个关键问题同时进行。但是，使用目前的银行技术，自体脐血干细胞可用于治疗T1D患者[18,39]，无需进行HLA配型的需要。重要的是，新兴的临床证据[40]表明，脐血干细胞（如CD34 +造血干细胞）可分为由于其低免疫原性收件人移植无关。脐血移植的主要缺点是干细胞限制其实际应用数量较少。因此，前体外扩增需要产生足够数量的细胞，同时保留干细胞的特性。脐血干细胞能“教育”患者的免疫细胞减少自身。现

在的挑战是如何利用这些干细胞为目标的T1D自身免疫反应，全身或局部？在人类，由于可能比较复杂的T1D的自身免疫反应，包括身体，心理，社会和环境因素触发，综合治疗法是一个真正的T1D治愈必要的。精确的脐血干细胞的分子机制的了解在免疫调节和β-细胞分化细胞有可能开辟了新的疗法为人类T1D发展的一个令人激动的领域。 带回家的消息

会CB - SC是一个脐血干细胞的独特类型。

脐血干细胞不仅可以分化为胰岛β为代理人的insulinproducing细胞，而且还作为免疫调节剂，可导致自身免疫反应在T1D的控制功能。 剩余的生存和β细胞有保护作用的T1D的治疗至关重要，因为在发病后尽可能早。

β-细胞新生必须将促进在T1D任何旨在治疗的一部分。

在胰岛“的TGF -β1环”创建一个对自身免疫细胞的耐受性障碍，这反过来又导致胰岛β细胞和再生架构重组后，mCD4CD62L调节性T细胞治疗。

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