精准动脉输注间充质干细胞预防糖尿病发病：一项临床前研究

《Stem Cell Research & Therapy》：Preventing the onset of diabetes with precision delivery of mesenchymal stem cells to the pancreas in a preclinical model

本研究针对静脉输注间充质干细胞（MSCs）靶向胰腺效率低下的难题，探讨了通过精准胰腺内动脉（IA）输注脂肪源性MSCs（AD-MSCs）预防糖尿病的效果。结果表明，IA输注能有效维持血糖稳态，保护胰岛功能，为糖尿病细胞疗法的精准递送提供了新策略。

　　

在全球范围内，1型糖尿病（Type 1 diabetes, T1D）的发病率持续上升，这种自身免疫性疾病的核心问题是免疫系统错误地攻击并摧毁胰腺中负责生产胰岛素的β细胞，导致患者终身依赖外源性胰岛素治疗。这不仅给患者带来巨大的生活负担，也伴随着各种并发症的风险。因此，开发能够保护甚至再生β细胞、从根本上维持体内血糖稳态的治疗方法，已成为医学研究的重要前沿。其中，间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）疗法因其强大的抗炎、免疫调节和促进组织修复的潜能而备受关注。然而，尽管临床前研究展现了希望，MSCs在糖尿病临床治疗中的应用却效果有限，一个关键的瓶颈在于：当通过常规静脉注射（Intravenous, IV）时，绝大多数MSCs会被肺部等器官“截留”，无法有效到达靶器官——胰腺。

那么，能否通过改变细胞的输送方式，让这些“修复细胞”精准直达“事故现场”（受损的胰腺），从而最大化其治疗效果呢？发表在《Stem Cell Research & Therapy》上的这项研究，正是围绕这一核心问题展开。研究团队提出并验证了一种创新的解决方案：通过精准的胰腺内动脉（Intra-arterial, IA）注射，将脂肪组织来源的MSCs（Adipose-derived MSCs, AD-MSCs）直接输送到胰腺，并在一个模拟糖尿病早期病变的临床前模型中，成功证明了这种精准递送策略能够有效预防糖尿病的发生。

为了回答上述科学问题，研究人员综合运用了多种关键技术方法。他们首先通过链脲佐菌素（Streptozotocin, STZ）剂量滴定研究，在Wistar大鼠中建立了一个渐进性胰岛损伤的糖尿病模型，确定了用于干预研究的最佳STZ剂量（50 mg/kg）。研究的核心是比较两种AD-MSCs递送途径的效果：传统的尾静脉注射（IV）和创新的胰腺内动脉注射（IA）。后者采用显微外科技术，通过插管腹腔动脉精准地将细胞输注至胰腺。同时，利用荧光染料（VybrantTM Dil）标记AD-MSCs，通过光学成像系统追踪了细胞在体内的分布情况。在体外实验中，研究人员从大鼠体内分离出原代胰岛，并将其与AD-MSCs在含有STZ的培养基中共培养（使用Transwell系统），通过活/死细胞染色、细胞死亡检测、一氧化氮（Nitric Oxide, NO）测定以及葡萄糖刺激的胰岛素分泌（Glucose-Stimulated Insulin Secretion, GSIS）实验，评估了AD-MSCs对受损胰岛的保护作用。此外，还对AD-MSCs的分泌组（Secretome）进行了生物信息学分析，以探索其潜在的保护机制。

研究结果

体内外胰岛损伤模型的建立

研究人员首先通过体内和体外实验确定了合适的STZ损伤剂量。在大鼠模型中，较低剂量的STZ（10-30 mg/kg）未能诱导糖尿病，而60 mg/kg剂量导致血糖急剧升高。50 mg/kg的STZ能够诱导一个渐进的、可重复的血糖升高过程，为干预提供了一个理想的“时间窗”。体外实验表明，0.2 mM的STZ能够导致约40%的胰岛细胞死亡，造成显著损伤但非完全摧毁，因此被选作后续体外共培养研究的条件。

AD-MSCs在体内保护受损胰岛并维持血糖控制

研究结果显示，未接受AD-MSCs治疗的糖尿病大鼠血糖持续升高（>400 mg/dL）。接受IV注射AD-MSCs的大鼠，其血糖控制虽优于未治疗组，但仍从第3天起发展为糖尿病（血糖≥250 mg/dL）。相比之下，接受IA注射AD-MSCs的大鼠，其基础血糖水平在14天实验期内维持在接近健康对照组的水平（105-140 mg/dL vs. 88-98 mg/dL），并且能够像健康大鼠一样有效应对葡萄糖挑战（通过IPGTT评估）。体重监测也显示，IA和IV治疗组大鼠体重增加，而糖尿病组体重下降。细胞分布追踪实验直观地解释了这一差异：IA注射后，标记的AD-MSCs特异性地富集在胰腺中（第1天和第5天均可检测到），而IV注射后，细胞主要滞留在肺部，胰腺中未检测到信号。

AD-MSCs在体外保护受损胰岛并维持胰岛活力

体外实验进一步证实了AD-MSCs的保护作用。与AD-MSCs共培养的STZ损伤胰岛，其细胞活力（80.2±2.8%）显著高于单独培养的损伤胰岛（68.4±3.1%），细胞死亡减少约1.5倍。同时，AD-MSCs共培养还显著降低了STZ诱导的NO产生（已知的β细胞死亡介质）。更重要的是，在功能上，与AD-MSCs共培养的损伤胰岛，其葡萄糖刺激的胰岛素分泌能力得到更好的维持，刺激指数（高糖/低糖下的胰岛素分泌比值）更高。

AD-MSCs分泌组的功能富集与网络分析

对AD-MSCs基因表达数据的生物信息学分析揭示了其分泌组可能涉及的生物学过程。网络聚类分析显示，AD-MSCs高表达基因富集于多个关键通路，包括线粒体复合物生物合成、线粒体翻译延伸、细胞应激反应、RNA转运以及COPI非依赖的高尔基体到内质网逆向运输等。这些结果提示，AD-MSCs可能通过增强线粒体功能、维持细胞蛋白质稳态和调节应激反应通路来支持胰岛的存活和功能。

研究结论与意义

本研究的核心结论是：通过精准的胰腺内动脉（IA）递送脂肪源性间充质干细胞（AD-MSCs），能够有效预防STZ诱导的大鼠糖尿病发生，显著优于传统的静脉（IV）注射方式。这种疗效差异主要归因于IA递送确保了足量的治疗细胞直接到达靶器官胰腺，从而通过直接的旁分泌作用甚至可能的线粒体转移等机制，保护胰岛β细胞免受STZ的毒性损伤，维持其活力和胰岛素分泌功能。

这项研究的重要意义在于它清晰地凸显了“递送方式”在细胞疗法中的决定性作用。它表明，即使拥有具有治疗潜力的细胞，如果无法将其高效地送达病变部位，其疗效将大打折扣。本研究建立的临床可翻译的精准IA递送技术（可对应临床上的血管介入技术），为将MSCs疗法真正应用于糖尿病（尤其是早期干预）提供了新的思路和强有力的临床前证据。未来，优化治疗时机、探索长期效果、并深入阐明AD-MSCs保护作用的具体分子机制，将是推动该策略走向临床的关键步骤。