幹細胞離成功治療糖尿病,還有幾哩路?

Heho健康網 (2021-11-19 09:00)
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幹細胞離成功治療糖尿病,還有幾哩路?

▲幹細胞離成功治療糖尿病,還有幾哩路?

糖尿病位居國人十大死因之ㄧ,每年近萬人因糖尿病死亡,根據國民健康署統計,全國約有 200 多萬名糖尿病的病友,且每年以 25,000 名的速度持續增加,糖尿病及其所引發的併發症影響國人健康不容小覷。

飲食型態、生活作息的改變,使得以糖尿病為首的「代謝性疾病」成為全球都相當頭疼的文明病。這些慢性疾病雖然不馬上致命,卻也無法根治,病人必須嚴格控管飲食、長期服藥,無疑造成生活的一大負擔。

隨著細胞治療的進步,科學家開始思考是否能透過細胞的方式,改善甚至治癒糖尿病。來自哈佛大學的格拉斯 · 米爾頓(Douglas A. Melton)就是個中翹楚之一,他除了是頂尖的幹細胞專家,更是一雙糖尿病兒女的慈父。為了幫兒女擺脫一日三餐施打胰島素的生活,米爾頓投入大量精力,已經成功在動物身上治癒糖尿病。

除了米爾頓的研究室,全球也有多個針對細胞治療糖尿病的項目正在開展中。無論是透過補充幹細胞來提升體內代謝能力,還是透過幹細胞的分化能力,長回能調節血糖的胰島細胞,任何一個研究都有機會為糖尿病人指點出一條明路。

不良飲食與生活型態堆出來的文明病

代謝性問題具體來說,包括了高血壓、高血糖、高血脂、體內偏低的「好膽固醇」(高密度脂蛋白膽固醇,High density lipoprotein-cholesterol, HDL-C),以及過多內臟脂肪堆積而成的腹部肥胖。以上五項若是不幸符合三項以上,身體的麻煩可就大了。

罹患代謝性疾病最大的問題源自不良的飲食習慣,像是高糖、高油、低纖飲食以及菸、酒過量,大約有五成的患病族群是由此而來。另有兩成的患者主因是來自家族遺傳,當家族疾病史有高血壓、糖尿病、高血脂等疾病,家族成員患上代謝性疾病的可能性也比常人高上許多。

此外,也有許多糖尿病患者是因身體長期處在發炎反應中。巨大的生活、工作壓力,也會導致全身內分泌失調,產生肥胖、血糖失控等問題。

先談糖尿病如何治標

糖尿病最大的問題在於血糖的調控不良,一般在血糖升高時,例如飯後,胰島素能幫助全身三分之二的細胞(主要為肌細胞和脂肪細胞)吸收血糖,作為能量或是儲存起來形成肝醣。反之,當人體血糖較低時,胰島素的生產會減少,減少血糖被儲存。

糖尿病根據不同的機理分為兩種類型,第一型糖尿病為胰臟中的胰島β細胞由於受自體免疫攻擊,不能自行產生足夠的胰島素;第二型糖尿病則為身體細胞受體對胰島素反應不佳、敏感度降低(胰島素阻抗)。

其中,第二型糖尿病患者佔九成左右,最大的原因就是肥胖,隨著身體細胞對胰島素敏感度變差或沒有反應,病況的持續發展,最終也會導致胰島素分泌不足。

為解決不同類型的糖尿病,在目前的治療手段,有些以口服藥物促進β細胞分泌胰島素,或是增加細胞對胰島素的敏感性。另外,最為常見的可能是需終生施打外給胰島素,然而,注射外給的胰島素其實也無法完全比擬由健康β細胞所生成的胰島素。對於糖尿病的根治,目前全球臨床醫療都還束手無策。

不過隨著近年幹細胞科學領域的發展愈趨成熟,科學家逐漸掌握培養大量胰島β細胞的方法,有望彌補不同類型糖尿病患者分泌不足的胰島素,在未來以移植的方式為患者提供治療。

在培養皿中種出能分泌胰島素的β細胞

最早的嘗試始於 2004 年,匹茲堡大學研究團隊透過病毒轉染,在幹細胞導入 CDK 和 Cyclin D 兩種基因,從而培養出了能產生胰島素的β細胞。

2014 年,美國哈佛大學幹細胞研究所與麻州大學糖尿病卓越研究中心實現重大突破,成功在培養皿中培養出大量的健康胰島β細胞。隨後,2017 年,美國波士頓兒童研究所也透過預先處理的幹細胞,注射後讓罹患第一型糖尿病的實驗鼠,成功維持牠們的血糖穩定度。

所以,所有的糖尿病都有救了?

一直以來,科學各界目標直接培養出大量能生成胰島素的細胞,甚至直接培養出胰島。也有研究試圖透過「器官動物」的方式製造胰島、胰臟(在例如實驗豬的體內培養人體器官,稱為嵌合體(chimera),直譯奇美拉),然而在技術面和道德面都面臨了挑戰。

另外,有許多科學家也試圖由人工誘導型多潛能幹細胞(Human induced pluripotent stem cell, hiPSC)分化出β細胞,優勢在於,幹細胞來源可以是患者本身,因而避免了免疫抗性。然而要分化出β細胞的過程包含了許多複雜、細微的培養條件,雖然現階段已歸納出幾個發育階段代表性的關鍵基因,但在真正模擬胚胎中胰臟生成的環境、成功生成大量β細胞,還有一段路要走。

目前在移植胰島細胞的臨床試驗中,雖然部分數據證明這樣的治療似乎是有效的方式,但仍會引起多個併發症。例如在第一型糖尿病患者,本身的自體免疫系統仍會攻擊β細胞,因此患者必須服用免疫抑制藥物來防止移植入的細胞被破壞。

免疫排斥性低的羊水幹細胞是優秀的移植候選

移植胰臟或是胰島雖然是目前最有效的方式,但有許多限制,包括捐贈來源短缺、極高的移植複雜度、費用高昂等,因此相對於移植β細胞,幹細胞的臨床治療可行性還是相當受到期待。

歷年來,關於羊水幹細胞藉由生成胰島細胞來改善血糖、治療糖尿病的研究不斷推陳出新,利用羊水幹細胞透過對胰腺進行修復,不僅能加強了胰島素的代謝、更加的血糖調節例,也有助控制血糖、減輕對腎臟的損害。

美國德州科學研究院指出,羊水幹細胞這類型的間質幹細胞在近年被廣泛使用於細胞治療臨床試驗中,除了優異的再生能力,也因為他的最大特色-低免疫排斥性,也成為臨床醫學中,突破異體細胞移植排斥性問題的契機。

參考資料:

Diabetes and Stem Cell Research. (https://www.diabetes.co.uk/Diabetes-And-Stem-Cell-Research.html )Therapeutic potential of mesenchymal stem cells for diabetes. (DOI: 10.1530/JME-17-0117)Current progress in stem cell therapy for type 1 diabetes mellitus. (https://doi.org/10.1186/s13287-020-01793-6 )Diabetes. (from Harvard Stem Cell Institute: https://hsci.harvard.edu/diabetes-0 )

文 / 徐虎

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