糖尿病的細胞及基因療法

莊峻鍠 長庚紀念醫院 新陳代謝科 2006.12

第一型糖尿病病人胰臟的貝他細胞質量隨著罹病時間而逐漸減少，以致胰島素分泌不足，最後需要依賴注射胰島素來維持生命。傳統的胰島素注射雖然可以降低血 糖，但因藥物作用的時間及高峰與體內血糖變化無法密切配合，因此大多數患者的血糖控制並不理想。1993年美國糖尿病控制及併發症試驗 (Diabetes Control and Complications Trial, DCCT) 的研究結果顯示，與傳統一天注射一至二次胰島素相較，多次胰島素注射或使用胰島素幫浦可以減少或減緩第一型糖尿病患者視網膜、腎臟及神經病變的發生。 (1)雖然如此，這種積極的胰島素治療並無法完全避免糖尿病慢性併發症的發生，且其嚴重低血糖的發生率增加了2-3倍。隨著科技的進步，以胰臟及胰島細胞 移植來補充分泌胰島素的細胞，讓進食、運動或其他因素所造成的血糖變化獲得立即且精確的調節，是最符合第一型糖尿病患生理需求的一種治療方式。近年來由於 移植成績的改善，治癒第一型糖尿病的理想已可實現。胰臟及胰島細胞移植可使病人不需注射胰島素而維持正常的血糖，因而避免糖尿病慢性併發症及嚴重低血糖的 發生，同時病人可以擁有彈性的飲食又不必天天打針，這也大大的提高了他們的生活品質。

第一型糖尿病的主要病變是內分泌細胞(尤其是貝他細胞)，其外分泌細胞仍是正常，因此較符合生理的補充治療應該是胰島細胞移植或貝他細胞移植，而非胰臟移 植。此外，胰島細胞移植還有下列優點：不需大手術、手術併發症較少、可以重覆移植、可以冷凍貯存，需要時再解凍移植，及移植前可先在體外處理以減少其抗原 性。目前人類胰島移植是摘取腦死病人或死屍的胰臟，以膠原蛋白酵素(collagenase)消化後，再藉由內、外分泌細胞的比重不同，以離心方法來分離 及純化細胞，最後將其注入肝門靜脈而至肝臟。與胰臟移植相同，移植後病人亦需長期服用免疫抑制劑來避免排斥及自體免疫反應。

1990-2004年全世界共有941名患者接受胰島細胞移植，大部分在歐美進行。1999年後韓國、日本、中國大陸曾施行數例胰島細胞移植。在1990 -1999年有237位第一型糖尿病患者接受胰島細胞移植，手術一年後C-peptide大於0.5 ng/ml者雖有41%，但不需依賴胰島素者則僅有11%。(2)不過近年來胰島細胞移植的成績已有大幅進步，德國Giessen大學於1992- 1998年所進行的56例胰島細胞移植術後一年的成功率可高達25%。2000年加拿大Alberta大學更令人意外的創下7位糖尿病病人在術後100% 的成功率。(3) 最近他們報告65位第一型糖尿病患者，在胰島細胞移植術後平均35.5個月的追蹤，分別有80及10%患者於術後1年及5年不需依賴胰島素。(4)由以往 的病例分析，人體胰島細胞移植成功的要件包括：從肝門脈植入肝臟、胰臟摘除後冷藏的時間不超過8小時、植入的胰島細胞數量大於每公斤體重6,000個胰島 當量，及使用抗淋巴球蛋白或抗胸腺球蛋白當作誘導免疫抑制劑。(2)一般而言胰島細胞移植是相當安全的，但它仍有潛在的危險性，如感染及肝門脈栓塞或高 壓。

胰島細胞移植最重要的課題是如何提高其成功率，這可從三方面著手：
(一) 植入足量的胰島細胞：
因器官來源缺乏所致的胰島細胞數量不足是目前所遇到的主要問題之一。這方面我們可利用冷凍儲存技術、動物胰島細胞及基因工程改良細胞等方法來解決。 1991年加拿大的Warnock等人發表以冷凍儲存與剛分離的胰島細胞一起移植至第一型糖尿病病人，患者於術後二個多月即不需注射胰島素。(5)至於將 動物胰島細胞移植到人體的異種移植，1994年瑞典的Groth等人曾發表將胎豬胰島細胞團移植至十位第一型糖尿病患者，其中四人的尿中可測得豬的C- peptide，這表示植入的細胞仍存活且有功能，但可能因胰島細胞數量不足及其分化不成熟，以致術後所有患者仍需接受胰島素注射。(6)由於豬與人的胰 島素只差一個胺基酸，二者血糖值又接近，且無動物保護的問題，因此豬仍是將來異種胰島細胞移植的最佳器官來源。加拿大Korbutt 等人發現新生豬胰島細胞團分離容易且有生長及分化的潛能，這提供我們未來發展一個新的方向。(7)

(二) 提供良好的胰島細胞生長環境：
移植後胰島細胞的生長，受下列因素的影響：糖尿病接受者的高血糖、移植部位缺乏血流及含氧量、植入細胞的缺血及再灌流，及非特異的發炎反應。本人曾針對上 述因素深入研究並發現控制胰島細胞接受者的血糖、選擇適當的胰島細胞移植部位，及對胰島細胞接受者施以 pentoxyphylline、高壓氧治療、15-deoxyspergualin 及nordihydroguaiaretic acid等，均可增強植入胰島細胞的生長與功能。至於在胰島細胞的培養液中添加血管內皮生長因子(Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF)，移植後對胰島細胞接受者施以磺醯尿素類降糖劑gliclazide治療等則對移植沒有影響。(8)

(三)避免免疫排斥及自體免疫反應：
免疫排斥的問題是胰島細胞移植最困難，也是最重要的部份。目前在臨床上都使用免疫抑制劑來防止術後的免疫排斥。然而長期服用傳統的免疫抑制劑可能會發生感 染，致癌，生長及發育阻礙(如類固醇)，腎毒性(如cyclosporin)，及胰島毒性(如FK506)等副作用。因此目前科學家們正積極研發新的免疫 抑制劑，來減少這些副作用，如加拿大Alberta大學的Edmonton Protocol所使用的非類固醇免疫抑制劑sirolimus, tacrolimus 及 daclizumab。(3)將胰島細胞移植至體內不會產生免疫反應的部位(immunoprivileged sites)，如眼前房，腦室及睪丸等處，也是避免免疫排斥的理想方法(9)，不過這些地方空間不夠大，無法容納大量的胰島細胞。以巨囊或微囊包埋的胰島 細胞植入糖尿病患者體內，來隔絕免疫反應已有成功的案例，前者由義大利的Calafiore等人在1992年發表短暫成功的病例 (10)，後者則有美國的Soon-Shiong等人在1994年報告一個患者在接受二次微囊包埋的胰島細胞移植後，即不需注射胰島素(11)。體外免疫 調節也有許多成功的動物實驗，包括體外培養胰島細胞於低溫(24℃) 7天或95% O2；以紫外線照射胰島細胞，及以單株抗體對抗MHC class II抗原或dendritic細胞及補體。(12)至於誘導免疫耐受性，如將胰島細胞移植至胸腺內，使用MHC class I抗體，與捐贈者的骨髓同時移植，使用CTLA4-Ig、CD40L (anti-CD154)及anti-CD45 RB等則是目前最熱門的研究課題。(9)

總之，胰島細胞移植近年來成功率已有顯著提升，接下來仍需積極尋找更多的胰島細胞來源，並克服胰島細胞移植後免疫排斥及自體免疫的問題。此外，最近科學家 們正積極開發以其他分泌胰島素的細胞，如培養分泌胰島素的細胞株、以基因工程改造肝、腸細胞使其分泌胰島素，及誘導胚胎幹細胞成為分泌胰島素的細胞等，作 為治癒第一型糖尿病的新療法。(13)

參考文獻

1. The Diabetes Control and Complications Trial Research Group. The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression on long-term complication in insulin-dependent diabetes mellitus. N Engl J Med 1993;329:977-86.

2. Brendel MD, Hering B, Schultz AO, et al. International Islet Transplant Registry Newsletter 2001;8:4.

3. Shapiro AMJ, Lakey JRT, Ryan EA, et al. Islet transplantation in seven patients with type 1 diabetes mellitus using a glucocorticoid-free immunosuppressive regimen. N Engl J Med 2000;343:230-8.

4. Ryan EA, Paty BW, Senior PA, et al. Five-year follow-up after islet transplantation. Diabetes 2005;54:2060-9.

5. Warnock GL, Kneteman NM, Ryan E, et al. Normoglycaemia after transplantation of freshly isolated and cryopreserved pancreatic islets in type 1 (insulin-dependent) diabetes mellitus. Diabetologia 1991;34:55-8.

6. Groth CG, Korsgren O, Tibell A, et al. Transplantation of porcine fetal pancreas to diabetic patients. Lancet 1994;344:1402-4.

7. Korbutt GS, Elliott JF, Ao Ziliang, et al. Large scale isolation, growth and function of porcine neonatal islet cells. J Clin Invest 1996;97:2119-29.

8. Juang JH. Islet transplantation: an update. Chang Gung Med J 27:1-15, 2004.

9. Kenyon NS, Ranuncoli A, Masetti M, et al. Islet transplantation: present and future perspectives. Diabetes Metab. Rev. 1998;14:303-13.

10. Calafiore R. Transplantation of microencapsulated pancreatic human islets for therapy of diabetes mellitus. A preliminary report. ASAIO 1992;38:34-7.

11. Soon-Shiong P, Heintz RE, Merideth N, et al. Insulin independence in a type 1 diabetic patient after encapsulated islet transplantation. Lancet 1994;343:950-1.

12. Lacy PE. Status of islet cell transplantation. Diabetes Rev 1993;1:76-92.

13. Bonner-Weir S, Weir GC: Strategies for –cell replacement in diabetes: obtaining and protecting islet tissue. Current Opinion in Endocrinology & Diabetes 2001;8:213-8.

http://www.cgmh.org.tw/intr/intr2/c3160/meta/文章/糖尿病的細胞及基因療法.htm