作者：黄蔼岚，郭培培，南京医科大学口腔医学院；陆晓庆，吴锦涛，李泽汉，徐秀清，王娟，周莉丽，南京医科大学附属口腔医院

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，分为1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus， T1DM)与2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus， T2DM)，世界范围内罹患T2DM的患者约占90%。流行病学研究表明，DM可造成75%的死亡率并促进相关并发症的发生发展，其中心血管疾病(cardiovascular disease， CVD)发生风险增加了2～4倍，患者预后较差。

DM还是多发性神经病变、糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy， DR)等一些微血管并发症的重要危险因素，可显著降低患者的生活质量。目前，多项研究表明间充质干细胞(mesenchymal stem cells， MSC)治疗糖尿病效果显著且具有安全性。常见的MSC种类包括脱落乳牙牙髓干细胞(stem cell from human exfoliated deciduous teeth， SHED)、牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cell， PDLSC)、牙髓干细胞(dental pulp stem cells， DPSCs)等。

牙髓干细胞继承了MSCs的大多数生物学特性，并表现出更高的增殖、分化等能力，在细胞替代机制、细胞代谢重编程、免疫机制及神经发生机制中发挥了重要作用。利用DPSCs调控糖代谢、自身免疫并发挥神经保护作用有助于控制DM进展、优化DM并发症的治疗与管理。

1. DPSCs的生物学特性

DPSCs是一类具有自我更新、多向分化及高度增殖能力的MSCs， 其更新能力可能受DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA等调控。DPSCs的多向分化常取决于其表面标志物的特异性表达。一般来说，经分离的DPSCs可表达MSC表面标志物(包括CD29、CD44等)，但不表达CD14、CD11b等造血干细胞标志物，因此其可分化为成骨细胞、神经细胞等。此外，在特定诱导条件下，DPSCs形成了独特的内胚层细胞谱系，可促进胰腺再生并恢复胰岛的正常功能。

有研究表明，DPSCs可通过细胞替代机制分化为胰岛样胰岛素分泌细胞(insulin-producing cells， IPCs)或通过旁分泌的方式促进胰岛β细胞再生，实现对DM的治疗。DPSCs还是神经胶质细胞的可靠来源之一，在恒牙上获取的DPSCs被证明是DM后多发性神经病变的保护因素。

DPSCs的增殖、迁移能力较强，可参与机体免疫功能的调节并发挥抗胰岛细胞凋亡的作用，与多种信号通路有关，包括核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、AMP依赖的蛋白激酶(Adenosine 5′-monophosphate(AMP)-activated protein kinase， AMPK)等，多涉及趋化因子、炎症因子的表达。

2. DM细胞治疗发展现状

2.1 促进IPCs分化、胰岛β细胞再生以及胰岛素分泌

胰岛β细胞数量下降至正常水平的20%以下是T1DM典型表现之一；胰岛β细胞功能障碍或发生胰岛素抵抗(insulin resistance， IR)可作为T2DM的关键特征。DPSCs通过分化为功能性IPCs或促进胰岛β细胞再生，促进胰岛素分泌并提高其对葡萄糖的摄取和利用率，从而达到治疗DM的目的。

发育可塑性为DPSCs分化为IPCs提供了可能，这一途径的实现主要依赖于胰岛β细胞替代机制。Govindasamy等最早发现DPSCs可分化为表达胰岛素的胰岛样细胞聚集体(islet-like cell aggregates， ICAs)，首次揭示了DPSCs具有向胰腺细胞谱系分化的潜力。体外细胞实验表明，在内皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子等作用下，DPSCs可分别分化为终末细胞、胰腺祖细胞样细胞(pancreatic progenitor-like cells， PPLCs)以及IPCs， 并伴随着PDX1、NGN3、NEUROG、PAX、NETIN、NKX6.1等转录因子的表达，共同参与胰腺的发育，促进胰岛β细胞再生。有学者在链脲佐菌素制备的小鼠模型中发现，DPSCs在促进胰岛β细胞再生的过程中显著抑制了胰岛α细胞的生成，DPSCs可诱导胰岛α细胞转型为胰岛β细胞，从而实现T1DM的治疗。

不同的诱导方案是导致胰岛β细胞再生效率、胰岛素分泌水平、胰岛β细胞增殖与迁移能力以及DPSCs功能产生差异的关键原因。转录因子的表达类型是影响DPSCs促进胰岛β细胞再生的重要影响因素。有研究发现，在诱导分化过程中，PDX1+/NKX6.1- PPLCs会丧失分化为胰岛β细胞的能力，但PDX1-/NKX6.1+ PPLCs则顺利分化胰岛β细胞，且对葡萄糖产生较好的反应，表明NKX6.1在DPSCs分化过程中发挥着重要作用。

Aly等指出，使用烟酰胺、β-巯基乙醇体外诱导DPSCs分化后可显著提高胰岛素分泌水平。研究表明，与2D细胞培养相比，3D细胞培养技术更侧重于空间微环境的作用以维持细胞的基因表达与代谢功能，3D培养条件下DPSCs分化为IPCs的效率显著提高，胰岛素mRNA表达水平超出2D培养3倍，与葡萄糖摄入量呈剂量依赖型正相关。

Yagi Mendoza等联合2D、3D细胞培养技术诱导DPSCs定向分化后观察到IPCs的分化效率高达100%，8 d后测出胰岛素及其C肽水平较单纯3D培养更高，且对不同浓度的葡萄糖均具有优良的调节能力，说明该方案培养的DPSCs可增强胰岛素分泌，在治疗DM中具有相当可观的前景。

然而，短期的3D培养可能导致DPSCs增殖能力降低、细胞周期停滞以及细胞凋亡率升高，根据DM治疗需求选择正确、合理的诱导分化方案在优化治疗效果中具有重要临床意义。Kuncorojakti等指出，提高PDX1的表达有助于增加PPLCs的数量与胰岛素的分泌水平，在控制T1DM患者的血糖中具有重要优势；而PDX1正常表达也有利于提高胰岛素对葡萄糖刺激的响应程度，适合恢复T2DM患者的胰腺功能，需给予关注。

此外，Kuncorojakti等还提出一种可延长IPCs细胞周期以确保其活性的细胞封装技术，使用海藻酸盐包裹DPSCs分化形成的IPCs能够使其存活长达336 h， 且IPCs的功能与封装前并无差异，但这一封装技术对胰岛素原、胰岛素及其C肽的分泌启动时间产生了一定影响。

2.2 免疫调节及抗氧化作用

2.2.1 免疫调节

T1DM是一种具有遗传易感性的自身免疫性疾病，与人类主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex， MHC)Ⅱ类分子表达有关。树突状细胞(dendritic cell， DC)作为抗原呈递能力最强的免疫细胞，其在T1DM患者的导管细胞中表达大量MHC Ⅱ类分子，而巨噬细胞则显著上调了协同刺激信号的表达。研究表明，DPSCs能够通过下调MHC Ⅱ类分子(HLA-DR)与共刺激分子(CD80、CD83、CD86等)表达的途径显著降低T1DM中DC细胞呈递抗原的能力，并减少炎性因子IL-6、IL-10等的分泌，从而抑制T1DM患者的自身免疫，这一发现可能为T1DM的传统治疗找到了突破。

T2DM常伴随慢性炎症的发生，升高的慢性炎症指标能够直接对胰岛β细胞产生损害，导致胰岛素敏感性下降与胰岛素抵抗，并造成免疫功能障碍。肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor， TNF)是反映T2DM早期炎症状态的重要指标，与部分炎症因子共同影响着胰岛功能，其中TNF-α水平升高可促进血清游离脂肪酸(free fatty acids， FFA)的积累，从而加重胰岛素抵抗。研究表明，DPSCs在降低促炎因子(包括TNF-α、IL-6等)的表达中具有重要作用。

病理组织学结果表明DPSCs在减少T2DM大鼠胰岛内炎性细胞数量、减轻肝脏和肺脏炎症等方面存在明显优势，TNF-α与IL-6的水平均自大鼠接受治疗的第2周起迅速下降，至第6周时分别较初始值下降了10%、20%。作者提出，治疗后大鼠胰岛素分泌均升高，说明DPSCs可通过减少炎性因子表达、降低FFA浓度的途径实现T2DM的治疗。此外，Ma等也在研究中发现DPSCs对T2DM小鼠脂肪代谢具有积极作用，DPSCs还可以通过调节血清天冬氨酸转氨酶等水平缓解小鼠肝脏炎症，提示基于代谢组学探讨DPSCs改善T2DM炎症亦是新的研究思路。

2.2.2 抗氧化作用

氧化应激是T1DM特征之一，应用DPSCs抗氧化应激有助于减轻胰岛素抵抗、促进胰岛素分泌。研究表明，缺氧可诱发氧化应激，采用氧化铈纳米颗粒培养DPSCs并诱导其分化为IPCs以抑制缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)的表达能够保护胰岛素的正常分泌，从而阻止DM快速进展。肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor， HGF)是一种干细胞来源的生长因子，通过上调过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptor， PPAR)-α的表达实现抗氧化应激的作用，进而降低血清中FFA的水平，改善胰岛素抵抗，在促进胰岛β细胞增殖与胰岛素分泌中发挥着不可或缺的作用。

国内学者基于链脲佐菌素诱导大鼠胰岛β细胞损伤后构建氧化应激模型，以研究DPSCs治疗T1DM的关键机制，结果表明DPSCs可通过促进细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases， ERK)、蛋白激酶B磷酸化并激活Keap1/Nrf2信号通路等途径分泌大量HGF来增强胰腺的抗氧化能力，从而达到治疗DM的目的。

总之，DPSCs治疗DM的机制错综复杂，还需更多研究发现DPSCs治疗不同类型DM的差异，以期为临床诊疗提供充分的理论基础。

3. DPSCs治疗DM相关并发症

炎症与氧化应激是胰岛素抵抗与胰岛β细胞功能障碍的重要原因，长期炎症不仅是T2DM进展的促进因素，而且可导致DM相关并发症(如多发性神经病变、视网膜病变以及糖尿病肾病等)发生，使用DPSCs治疗DM引起的并发症可改善患者预后。

3.1 多发性神经病变

糖尿病多发性神经病变(diabetic polyneuropathy， DPN)主要表现为双上肢、双下肢感觉神经受损，约有1/3患者被诊断为远端对称性多发性神经病变(distal symmetric sensorimotor polyneuropathy， DSPN)，其中有25%患者发生疼痛性DSPN，多导致T1DM患者生活质量下降、预后较差，但对T2DM患者可能不产生影响。有效的血糖控制是阻止DSPN进展的可靠措施，DPSCs可通过促进胰岛素分泌来维持血糖水平稳定，有利于规避DSPN的不良风险。

DPSCs来源于神经嵴细胞的未分化细胞，具有促进神经再生、神经修复的功能，其机制包括促进施万细胞分化、刺激血管生成、释放神经营养因子等，已被证明是治疗阿尔茨海默病等神经退行性疾病的有效方案，其能在DSPN中发挥神经保护作用也得到了证实。研究表明，施万细胞异常是DSPN的关键致病原因，DPSCs上清液可显著促进施万细胞增殖与髓鞘相关蛋白的生成，从而维持施万细胞的正常结构并保护周围神经功能。DPSCs也可以分化为神经元、星形胶质细胞以及施万细胞等，使用神经干细胞与施万细胞移植治疗DSPN仍是目前治疗周围神经损伤的金标准。

另有研究表明，DPSCs可通过旁分泌方式促进血管生成并增加骨骼肌毛细血管密度与血流量来改善DM大鼠的神经损害，且疗效可持续16周以上。有证据显示，DPSCs可通过上调血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor， VEGF)、神经生长因子(nerve growth factor， NGF)等途径来提高正中神经运动神经传导速度(motor nerve conduction velocity， MNCV)、正中神经感觉神经传导速度(sensory nerve conduction velocity， SNCV)及感觉阈值等，继而改善DPN。

但VEGF是一种高度特异性的促血管内皮细胞生长因子，通过促进炎症发展来导致糖尿病视网膜病变的发生，临床常使用VEGF抑制剂作为糖尿病视网膜病变的最佳治疗手段，故使用DPSCs治疗DM及其相关并发症时需要对治疗方案的利弊进行评估与衡量。此外，Makino等还指出，DPSCs能够抑制DM大鼠坐骨神经中巨噬细胞的炎性浸润并下调TNF-α的表达，通过发挥抗炎作用对DPN进行有效治疗。值得一提的是，冷冻保存并不会影响DPSCs对DM多发性神经病变的治疗效果，使得该技术的应用限制大量减少。

3.2 口颌系统相关疾病

DM与多种口腔疾病相关。妊娠期DM是新生儿发生唇腭裂的重要危险因素，DPSCs及其细胞外囊泡被证明具有分化为成骨、软骨细胞的能力，可用于修复颌骨缺损。此外，DM还是唾液腺功能障碍的重要原因，可显著增加龋齿、牙周炎的罹患风险。Hu等指出，DPSCs衍生的外泌体通过激活cAMP/PKA/CREB信号通路的途径能够促进唾液腺上皮细胞增殖，进而恢复唾液分泌量，预防口颌系统相关疾病发生。DPSCs还可通过移植或归巢可促进牙髓牙本质复合体再生。

另外，DM炎症反应与氧化应激作用在一定程度上削弱了DPSCs的成骨能力，有研究显示，基于脱矿牙本质基质构建的递送载体能够显著提高DPSCs的分化效率，在治疗口颌系统疾病中存在广阔的应用前景。

3.3 其他并发症

DPSCs还在糖尿病肾病、糖尿病伤口愈合等其他并发症的治疗中彰显了独特或潜在的优势，与DPSCs促进尿素和蛋白尿水平正常化、促血管生成、抗细胞凋亡、减少氧化应激等作用有关，提示DPSCs在DM并发症的治疗中具有良好的应用前景。

4. 小结与展望

中国是全球DM患者数量最多的国家，2021年DM患者人数达1.409亿，占全球总患者人数的26.2%，给我国带来沉重的医疗负担。DPSCs继承了MSCs大部分生物学特性，并表现出更高的增殖与分化能力，在DM及其并发症中的治疗展现出无限的潜力。目前，DPSCs被证明可通过向IPCs分化、促进胰岛β细胞再生、提高胰岛素分泌水平、调节免疫功能以及抗氧化应激等途径对DM实现治疗，根据实际需求制定诱导方案有助于完善DM的个性化管理。

DPN是DM常见的并发症，DPSCs的神经保护作用可改善DPN的症状，值得推广。此外，DPSCs在口颌系统相关疾病、糖尿病肾病等其他并发症中也发挥了积极作用，但相关研究仍较少，加之本文篇幅有限，DPSCs的应用限制有待进一步探讨。

来源：黄蔼岚,郭培培,陆晓庆,等.牙髓干细胞治疗糖尿病的研究进展[J].口腔医学,2024,44(06):452-457.

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