岛细胞移植已经成为一种强大的实验疗法,治疗患有一等糖尿病且尽管胰岛素管理很密集但仍患有严重低血糖意识或活性血糖控制症的个人。 这一过程涉及将胰岛素生成的岛细胞 — — 由β、α、三角体和其他内分泌细胞组成的集群 — — 与已死亡的捐献者胰脏相隔离,并通过门户静脉将它们注入受体肝脏。 这些细胞被刻入后,能够感知出血糖水平和分泌胰岛素,有助于恢复一定程度的生理甘化调节。 尽管移植尚未被视为一种标准治疗,但它提供了一个独特的机会,可以减少甚至消除在仔细挑选的患者中外在胰岛素方面的依赖。

了解岛细胞移植

岛内移植的核心原理在于丧失1型糖尿病的胰腺β细胞。 在这种自体免疫疾病中,身体的免疫系统会攻击并摧毁胰岛素生成细胞,导致内生胰岛素的绝对缺乏。 常规疗法依赖于多日胰岛素注射或连续的皮下胰岛素输入来管理血糖,但这种方法无法完全复制功能良好的胰腺所实现的分分钟调节。 岛外移植旨在用健康的捐献细胞来取代缺失的β细胞,从而恢复生产胰岛素的能力,以适应代谢需求。

移植过程始于购买捐献胰腺,通常是从已死亡器官捐献者那里取出。胰腺被运到岛隔离设施,在那里进行酶消化和净化,将岛细胞从周围的外出组织中分离出来。 这一隔离步骤至关重要 — — 岛的产量和质量直接影响移植成功。 在净化后,岛的准备被评估为生存能力、纯度和不育性,然后被注入接受者的肝脏。 肝脏被选作植入场所,因为它提供了丰富的血液供应,为被移植的细胞提供了生存所需的氧气和营养,并且因为门户静脉通过最低侵入性无线电或手术程序提供直接输入的途径。

患者通常在治疗方案过程中接受一种或多种输血胰岛素输液,这通常以埃德蒙顿议定书为指导,这是2000年代初期制定的里程碑式办法,将无类固醇免疫抑制办法与相继的输血相结合。 该协议表明,在一年时间里,岛素移植可以实现大多数患者胰岛素独立,从而大幅度地改善生活质量。 此后,隔离技术的完善、免疫抑制和病人选择进一步提高了结果。

成功率和临床结果

岛素移植的成功有多种方式:完全胰岛素独立(所有外出胰岛素的终止),胰岛素需求大幅降低(通常比基线下降50%以上),通过消除严重的低血糖事件来改善甘化稳定性。 最雄心勃勃的目标 — — 胰岛素独立 — — 仍然是大多数临床试验的主要终点,尽管长期耐久性继续挑战着该领域。

环岛移植中心(CITR)的数据追踪了全球中心的成果,根据该数据,大约50-60%的岛移植者在一年后移植时实现了胰岛素独立。 然而,这一比率在三年后下降到了30-40%,在五年后下降到了20-30%。 最近对15年的环岛移植中心数据的分析发现,在最近一个时代(2010-2019年),一些中心一年的胰岛素独立率达到了近65%,这反映了捐赠者选择的改善、隔离和诱发免疫。 尽管如此,随着时间的推移,逐渐丧失生殖功能仍然是一个主要障碍,其驱动因素是免疫排斥、反复的自体免疫性以及移植细胞的新陈代谢压力。

胰岛素独立与C-肽可能性

一种更普遍的分泌活性是C-peptide正性,这表明被移植的β细胞是分泌内生胰岛素。 在成功移植后,几乎所有接受者都达到了可测量的C-peptide水平。 即使胰岛素独立度丧失,许多患者仍保留了几年内生胰岛素分泌,这可以改善甘油控制并降低严重下垂的风险。 研究表明,严重下垂事件的比例 — — 被定义为需要帮助的几起事件 — — 下降90%以上,而不管其胰岛素独立状况如何。 低血压的这种急剧下降也许是该手术最令人信服的临床好处。

长期生存

长期数据显示,移植的岛细胞面临着与免疫介质伤害的不断斗争。 慢性免疫抑制的需求引入了其自身的风险,包括感染、肾毒性和恶性肿瘤。 在CIRT分析中,最初实现胰岛素独立的接受者中间持续时间约为24个月。 然而,在优化免疫抑制(如:T细胞耗竭诱导剂,如胸腺素等)以及钙素抑制剂和肌髓氨酸软体细胞)的情况下,一些中心报告,在患者子群中胰岛素独立持续了5年以上。 此外,包括多次注入(最多3到4个)在内的协议显示,可以增加总的被活体,这与延长了粒存活期有关。

岛细胞移植方面的挑战

尽管取得了显著进展,但一些关键的挑战限制了广泛采用岛移植技术。 首先,是捐赠者胰腺短缺。 在美国,每年只有不到7000名捐献者,而数百万人患有一等糖尿病。 这些捐献者胰腺中只有一小部分能产生足够的移植用岛,而岛隔离的成功在很大程度上取决于捐赠者的特点,如年龄、体积指数和冷的异血症时间。

其次,即时的注入后环境对移植的岛体不利。 门户静脉输入引发了一种即时血液介质炎症反应(IBMIR ) , 它可以在数小时内摧毁高达50%的被移植细胞。 肝素和其他抗凝血剂被用于缓解IBMIR,但损失仍然很大。 此外,肝脏的代谢环境,包括高浓度的免疫抑制药物和当地生产的细胞素,会助长持续的β细胞压力和死亡。

第三,慢性免疫抑制是一把双刃剑。 虽然它能防止急性过敏性排斥,但也增加了感染的易感性(如细胞细胞病毒、BK多瘤病毒 ) , 会导致肾上腺毒性加速已经处于危险的患者的肾功能下降,并增加某些癌症的终身风险。 风险 — — 效益微积分目前限制了对威胁生命的低血糖性或极高的甘化性(Glycemic lality)患者的移植 — — 这些人从手术中得益大于损失。

患者选择标准

为了最大限度地取得成功和降低风险,采用了严格的选择标准。 理想的候选者是18-65岁的长时期(通常大于5年)一等糖尿病、记录的严重缺血或甘油不稳定、肾功能完好(或稳定的产后-婴儿移植状态)和缺乏显著的共性。 患有不守规、主动感染或违背免疫抑制的患者被排除在外。 心理社会评估也至关重要,因为终生致力于免疫抑制和定期跟进需要强大的病人支持系统。

影响移植成功的因素

异体细胞移植的成功是多因素的,涉及捐赠者、接受者和程序相关变量。 了解这些因素有助于指导实际改进。

捐助者Pancreas质量

捐赠者的年龄、体积指数和死亡原因对岛的产量和生存能力有着深刻的影响。 身体质量指数较高的年轻捐赠者(20-50年)往往能提供更大、更强壮的岛群。 冷的异血症时间(从捐赠器官采购到隔离岛的时间)必须保持在8-10小时以尽量减少细胞损伤。 捐赠者高血压、长期住院和心脏停搏与更糟糕的结果有关。 使用梯度离心术的净化技术的发展提高了岛的纯度,但最终产品中仍然含有可引发炎症反应的出血组织和其他细胞类型。

接收者免疫简介

受体的自体活性,具体来说是自体抗体水平(GAD65,IA-2,ZnT8)和自体T细胞的自体活性,这些细胞具有反复发生自体活性和早期遗传下降的风险. 移植前脱敏协议,包括等离子体和B细胞与rituximab的耗竭,被用于降低免疫率高的候选者的过敏性;此外,将人体白细胞抗原与受体结合,虽然在器官移植中并不那么重要,但通过减少活性T细胞的过敏性反应,仍然可能改善长期效果。

免疫抑制制度

埃德蒙顿协议的关键创新是使用由达克利佐马布(IL-II受体对抗剂)、斯诺利穆斯和低剂量塔克罗利穆斯组成的无类固醇药剂。 避免固醇至关重要,因为葡萄球体会损害岛体生存,促进胰岛素抗药性。 目前的做法常常使用T细胞耗竭剂(Thymoglobulin)来诱导,同时使用塔克罗利穆斯和 mycophenolate mifetil进行维持治疗。 新的策略包括成本模拟(belatacept)封锁以减少钙素抑制剂的暴露和剩余肾功能。 每个药剂都带有自己的风险特征,并且继续寻求免疫抑制和防沙剂之间的最佳平衡。

移植数量

由于单一胰腺通常产生出不足以成功移植的黄蜂(典型要求是每公斤受体重量的10,000-12,000个黄蜂),因此大多数受种者在一至三次输液过程中从多个捐赠者那里得到黄蜂细胞。 CIRT的数据显示,三个或三个以上输液的受种者胰岛素独立率更高,且存活期更长。 然而,多次输液还使患者面临额外的IBMIR事件,并增加了免疫抑制相关并发症的累积风险。 最近通过优化全氟碳保存和氧气化从单一捐赠者那里获得的黄蜂细胞的产量有所提高,提高了未来单个捐赠者实现靶量的可能性。

收件人元环境

移植后甘油控制本身是遗传存活的预测器。血液糖分水平升高对移植的β细胞产生葡萄糖毒性效应,加速了细胞消化。通过在移植后早期的精心胰岛素管理,维持近乎正常的甘油控制,可能有助于保护脆弱的岛地糖分。 同样,胰岛素抗药性——无论是肥胖、免疫抑制还是同时服用药物——都增加了移植细胞的分泌需求,并可能导致早晚出现分泌衰竭。 一些中心通常使用甲状腺素等胰岛素活化剂来减轻这种负担。

未来展望和新兴技术

目前的岛地移植的局限性促使人们深入研究胰岛素产细胞的替代来源,并研究避免慢性免疫抑制的战略。 在临床前和早期临床环境中,正在探索一些有希望的途径。

已启用的岛状单元

多能干细胞(包括胚胎和诱导多能干细胞)可以使用重新概括胰腺发育的规程,将生成β-类似胰岛素的细胞区分为多能干细胞. Vertex制药公司和ViaCyte公司(现为Vertex的一部分)等公司已启动干细胞-衍生异能子体的临床试验,这些细胞被植入一个宏观封装装置,以保护细胞免受免疫攻击,同时允许营养和胰岛素交换. 以Cell Stem Cell 发布的第1/2阶段试验结果表明,接受这些装置的病人具有可衡量的C-peptide水平,并且在Glycemic time-in-range中得到了改进. 由于细胞来自可再生来源,因此可以克服捐赠者胰岛的供给限制。

封装和免疫保护

微封装-用半透膜生物相容的膜来涂层单个岛或岛状集群-为系统免疫抑制提供替代物。基于Algnitation的微封装在人体试验中进行了测试,一些证据表明,由于胶囊纤维过度生长,其存活和胰岛素生产持续了数年,但结果不一致。下一代封装技术包含化学改造以减少异体反应,如三亚 ⁇ 被改变的升温和表面被改变的免疫调节分子。如果完美化,封装可以使无免疫抑制的移植能够极大地扩大合格的病人人口。

异性移植

猪肉碱是研究良好的替代人肉岛,因为猪和人肉胰岛素的解剖和生理相似性,以及无病原体的捐献动物。 基因工程中表达人肉补充的活性蛋白(如CD46、CD55)和快活的α ⁇ 藻类上皮下能显著地减少超急性的拒绝。 对移植到患者体内的新生儿猪肉碱岛的临床试验表明,尽管需要强有力的免疫,但能够实现胰岛素独立。 猪肉碱内生性活性病毒传播的风险仍然令人关切,但为确保安全,正在采用更好的筛选和基因编辑工具。 如果监管和道德障碍得到解决,Xeno移植可以提供无限的活性。

基因编辑和免疫性外逃

正在使用CRISPR-Cas9技术来制造“普遍”的人类小岛,这些小岛是主要与组织相容性复合物(MHC)一级分子的堆积,并设计用于表达免疫-调节蛋白,如PD-L1或HLA-E等。 这些低免疫源性小岛避免了效应细胞T细胞和自然杀手细胞的识别,有可能使长期生殖器存活而不受免疫抑制。 对人性化小鼠的临床研究显示有希望的结果,预计在未来几年内将翻译给人类试验。

替代植入地

肝脏仍然是标准场所,但研究的焦点仍然是为岛屿生存提供更有利的微观环境的替代场所。 眼下袋(腹膜组织一叠)因其血液供应丰富且可进行最小程度的入侵性移植而正在接受调查。 皮下空间虽然最初由于血管化不良而未显好感,但可以通过植入脚手架或生长因素的血管前化而使心肌内和骨髓内空间变得方便。 肌肉内和骨髓内遗址在动物模型中也表现出了早期的希望。 每个场所在地皮上都具有明显的优势和挑战。

结论

岛细胞移植仍然是1型糖尿病患者的显著但不完善的治疗。 目前的成功率 — — 大约是50-60%在一年中实现胰岛素独立,此后逐渐下降 — — 既反映了这种疗法的潜力,也反映了岛粒供应、移植后立即丧失、免疫排斥和免疫抑制的毒性的长期障碍。 尽管如此,对于严重低血糖意识或不易感染糖尿病的人来说,其好处可能是改变生命,大大地改善甘油稳定性和生活质量。 该领域正在准备转型,因为干细胞的分泌物、封装、异性移植和基因分泌策略从实验室转移到临床现实。 虽然1型糖尿病的普遍治疗仍然在发展之中,但移植却继续给最需要的人带来具体希望。

参考和进一步阅读