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将异体胰岛细胞移植到大网膜上，或许比移植到肝脏更靠谱。

作者｜小码达

1型糖尿病（T1DM）是一种自身免疫性疾病，患者的胰岛细胞受自身免疫系统的攻击而受损，使其胰岛素分泌减少或消失，从而导致血糖水平升高，对人体重要器官造成不可逆的损害，严重者可危及生命。外源性胰岛素是T1DM的标准治疗，它的应用将T1DM从一种致命性疾病拉到了慢性疾病的行列。尽管近年来血糖监测和胰岛素注射技术有巨大进步，但仍无法实现内源性胰岛β细胞的精确生理性血糖控制。

目前，胰岛移植是临床治疗重症T1DM的最佳手段，有望成为T1DM的微创替代疗法。以往的大型临床试验用供体胰岛移植至患者肝脏的方法实现了胰岛移植，然而结果不尽人意，患者在移植后立即损失了50％以上的胰岛细胞，部分患者的移植胰岛功能随着时间的推移逐渐减弱，并且有可能出现严重并发症。尤其是移植由干细胞来源的胰岛，移植物有发生癌变的风险，当肝脏出现癌变并发症时，这种将肝脏作为胰岛移植部位的方法就无法仅去除移植物，而患者将因此失去肝脏。

因此，探索胰岛的肝外移植部位是胰岛移植治疗T1DM的当务之急之一。来自哈佛大学麻省总医院移植中心的Ji Lei（雷骥）及James Markmann教授团队探索了一种将异体胰岛移植到生物工程化的大网膜上的方法，发现将大网膜作为肝脏的替代部位有若干优势。这项研究成果《Bioengineered omental transplant site promotes pancreatic islet allografts survival in non-human primates》已于3月2日凌晨上线，并将于3月21日正式刊登于囯际著名权威期刊《Cell》子刊Cell Reports Medicine（图1）。

图1 文献截图

生物工程大网膜胰岛移植方法

这项新研究建立在雷骥团队2022年发表在《Science》子刊的一项研究上（），当时研究者已得出结论：将一只猴的供体胰岛与一种新型免疫调节生物材料FasL微凝胶囊同时移植到另一只T1DM猴模型的大网膜上安全、有效，这种方法有望实现长期控制T1DM、移植术后无需长期服用抗免疫排斥药物的目的。

这一次，研究者纳入了3只供体猴和3只糖尿病受体猴（T1DM模型），在胰岛移植时用生物工程技术将其固化在由大网膜构建的微环境中，并进行了术后深度功能观察和机制探索以证明大网膜作为胰岛移植部位的可行性（图2）。

图2 胰岛移植方案

生物工程化大网膜及胰岛移植具体步骤：将高纯度的胰岛（a）悬浮在受体自体血浆中，滴到大网膜表面（b），然后用重组凝血酶覆盖在胰岛悬浮液上（c），并在此基础上再加一层自体血浆（d），形成可降解的生物纤维蛋白网（e），将大网膜的位置由凝血酶引起的粘附纤维蛋白胶结定住，形成一个袋状体（f），以此为胰岛提供环境，并增加移植物与周围微血管床的接触面积，以促进移植物的存活。

移植胰岛的血运重建和再神经化

结果显示，移植到生物工程大网膜中的胰岛顺利存活，在没有外源胰岛素的情况下也能维持血糖正常稳定。解剖学检查和组织学检查没有发现明显异常（图3），移植胰岛呈典型的胰岛素染色，CD3和CD20的细胞浸润较少，CD31和b-III-tubulin积累丰富，表明血管再生和再神经化已经在胰岛上得到很好的建立。

图3 移植胰岛的血运重建和再神经化

本文第一作者Helen Deng（邓红萍）分析道，肠系膜是一个理想的胰岛移植部位，具有许多优势：

肠系膜的丰富血管网状结构和组织再生能力可为移植物提供良好的环境。

无血液接触，减少初始移植组织损失。

免疫调节属性可保护移植物。

减少移植物直接暴露于免疫抑制剂的水平。

肠系膜易于监测，以便在发生不良反应时及时移除移植物。

同时，本研究采用的生物工程技术也可增强胰岛的存活能力：将胰岛均匀分布在薄的大网膜表面，由双层外网膜包裹移植物，以增加胰岛与周围大网膜接触面积，使胰岛可以在移植后初期从周围微血管中获取营养和氧气，从而增强其存活能力。

胰岛移植后可维持血糖正常稳定

术后，1号猴和2号猴恢复良好，空腹血糖保持在正常范围（图4）。移植后1个月和3个月，它俩的葡萄糖耐量试验结果表明，其葡萄糖消耗能力和术前相当。长期监测表明， 1、2号猴的胰岛素和C-肽水平恢复正常，且体重持续稳定。

同时，3号猴的血糖水平也在术后恢复正常、不再需要注射外源胰岛素。但它后来突然出现腹泻、活动减少及食欲减退，血液中淋巴细胞、炎性趋化因子增加，提示可能感染了病原体，而提前结束观察。

图4 胰岛移植后血糖控制达标

该研究证实，生物工程化的大网膜是一个有效的胰岛移植环境，可以在只需小剂量胰岛的情况下实现恢复糖尿病个体胰岛功能的目的。实际上，在本研究中，仅用一只供体猴的胰岛（16000IEQ/kg），就可以实现完全血糖控制。葡萄糖耐量试验和空腹血糖检测也表明，移植后1个月和3个月，受体猴的血糖控制能力即可与发病前的能力相当。此外，生物工程大网膜胰岛移植手术的侵入性也很小，本研究中没有出现任何与移植相关的并发症。

小结

本研究表明，选取大网膜作为胰岛移植的部位，可以在灵长类动物模型中安全有效地实现胰岛移植来治疗T1DM。大网膜由于具有可容纳较大移植物组织、丰富的毛细血管网、免疫调节特性、便于手术操作和临床观察，而且是一个非致命的可以切除的器官等特点，可能成为天然成体胰岛移植，或由干细胞来源的胰岛移植最有吸引力的部位。这项研究为临床胰岛移植提供了一种安全有效的全新策略。

此外，此种生物工程化大网膜的的方法将有望让大网膜成为诸多其它非胰岛细胞移植的载体，例如由基因工程改建的新型细胞治疗诸多肝脏、遗传代谢、内分泌紊乱以及血液因子缺乏的疾病。

对话大咖

医学界：这项新研究建立在贵团队2022年发表的一项研究上，请问相比于之前的研究，这项研究有什么延续和创新？

陈涛教授，广州富力医院

此项研究与2022年雷骥教授团队在科学杂志子刊上发表的研究是从2个不同的侧面来突破胰岛移植领域当前所面临的挑战。胰岛移植虽然经历了上百年的发展，该领域目前仍面临各种急待解决的难题：主要包括探索术后无需长期用免疫抑制药物而能保护胰岛存活的策略，开辟新的移植途径，以及需寻找新的胰岛源以克服可移植胰岛的稀缺性。

在之前的研究中，雷骥教授团队主要是研究如何术后不需要长期用免疫抑制剂。用一种新型的免疫调控蛋白在大网膜局部实现了所移植的胰岛在不需要长期使用抗排斥免疫药物的情况下成活，为无需术后长期用免疫抑制药物开辟了新策略，但这种新型的药物还需要一定的时间才能有望临床使用。

在本试验中，我们用猴为模型，将同种异体胰岛移植到糖尿病猴的经由生物工程化改建的大网膜上，并用经典的免疫抑制剂来保护胰岛，目的是为了排除其它可混淆的因素，充分证明大网膜作为细胞或组织移植部位的可行性。

从术后一周开始，每个移植猴都达到正常血糖且不需要用胰岛素，组织学显示有丰富的血管和神经再生。尤其值得关注的是，此成果是由一个供体来源的胰岛纠正了一个糖尿病受体猴的血糖，说明大网膜能给胰岛提供一个安全合适的生活环境。既然胰岛能够生存于大网膜，那么可以推断别的细胞在大网膜生存也有可能。

所以本研究的成功不仅有望为临床胰岛移植开辟一个新的途径，也可能为将来由干细胞诱导分化来源的胰岛及其它细胞治疗开创了一个新的移植策略。

医学界：贵团队通过生物工程技术将胰岛移植至大网膜的方法非常有创新性，请问这个想法最初是怎么构建出来的？是如何获取的灵感？

陈涛教授，广州富力医院

世界上，临床将肝脏作为胰岛移植部位已经做了上千例了。本文开头已提到这种方法的局限性。因此，寻找肝脏外胰岛移植部位有临床实践的需要。科学家们在胰岛移植的研究中对胰岛移植的部位有很多尝试，除了肝脏外，在皮下、腹腔、腹膜后、肾脏包膜，胸腔及肌肉组织等都有过很多的尝试，然而都未能在非灵长类动物猴模型及人体研究中成功。

如本文第一作者华裔科学家Helen Deng（邓红萍）所分析，人体大网膜具有很多适合胰岛移植的特性，是一个胰岛移植理想的部位。而大网膜是一个呈裙状光滑而下垂的膜状结构，所以怎样把胰岛移植在这一光滑的膜状表面是首先要解决的难题。

受启发于血凝块形成的机制，当血浆与凝血酶发生化学反应而形成胶冻状粘绸的可降解的生物基质，从而能将折叠的大网膜粘在一起形成一个囊袋状的结构而容纳移植物。雷骥教授团队在本研究就利用了自身组织生物反应这一特点将胰岛固化在大网膜上。这种方法不仅让胰岛能固化于袋体大网膜，以此为其生存环境，并增加胰岛与周围微血管床的接触，360度都有丰富的血管滋养移植的胰岛，以促其存活。

医学界：本研究中术后动物接受了免疫抑制剂来保护胰岛，那么用这种生物工程改建大网膜方法来移植胰岛术后也需要长期用免疫抑制剂吗？

陈涛教授，广州富力医院

这是一个很好而有趣的问题。异体移植，无论是器官还是细胞，通常都存在被受体免疫系统排斥的现象，而需要使用免疫抑制剂保护供体器官及细胞成活而发挥功能。但是过度或长期使用免疫抑制剂，会对受体免疫系统造成损害，抑制受体免疫系统对外来病菌的侵袭而感染，也有引起继发性肿瘤的可能。因此，免疫抑制剂的使用剂量是越少越好，使用时间越短越好。

虽然之前的研究显示大网膜具有一定的天然免疫保护的作用，但移植物能否在这一部位在低剂量或者仅短时间使用免疫抑制情况下，甚至在不需要免疫抑制剂的情况下自然长期存活还有待于进一步研究。

医学界：目前我国临床上的胰岛移植术发展如何？这项研究对临床上胰岛移植会有怎样的提示意义？

赵高平教授

四川电子科技大学附属医院/四川省人民医院胃肠外科，临床免疫转化医学四川省重点实验室

我国用胰岛移植治疗糖尿病的历史不长，临床通过胰岛移植治疗糖尿病的病例和发达国家相比还有差距。在此要特别提到的是由于由干细胞来源的胰岛的再生技术的逐渐成熟，这项研究的临床提示意义尤显突出。

哈佛大学麻省总医院Ji Lei(雷骥)和James Markmann教授团队早已于2021年6月在美国器官移植大会上首次报告了由人胚胎干细胞来源的胰岛移植到糖尿病猴，术后成功实现了长期治愈1型糖尿病。同年《纽约时报》也报告了在麻省总医院完成的人类历史上首例由人胚胎干细胞来源的胰岛移植的临床试验，其临床结果也实现了完全治愈1型糖尿病患者。中国在诱导干细胞来源的胰岛领域也有重大的突破。

这些重大里程碑的突破虽然可以解决胰岛来源稀缺的问题，可以提供无尽的移植组织治疗更多的糖尿病人，但由于干细胞来源的胰岛可能会在体内发生瘤变，且目前已有临床干细胞来源的胰岛移植术后肿瘤发生并转移的报道，所以肝脏为移植部位是具有潜在的风险。当干细胞来源胰岛的成瘤性这一风险尚未切底解决之前，那么大网膜作为移植部位的优点就尤为突出。

*基于此项研究成果的临床实验正在筹备中。本研究的创新方法已申请美国专利。

*特别鸣谢哈佛大学麻省总医院移植中心雷骥教授、广州富力医院陈涛教授。

专家介绍

雷骥教授

本研究通讯作者，哈佛大学麻省总医院人类胰岛及细胞特殊制备中心主任（Director of the Human Cell Processing and Transplantation Special Service cGMP Facility, MGH）

邓红萍教授

本研究第一作者：Helen Deng（邓红萍）, MD, MSc, 哈佛大学麻省总院移植转化医学研究中心。从事生物材料，免疫调节和干细胞治疗糖尿病的临床和研究。

陈涛教授

陈涛教授是广州富力医院肿瘤卓越中心免疫治疗负责人。广东省保健协会肿瘤防治与康复专业委员会副主任委员。哈佛大学医学院麻省总医院/哈佛大学/麻省理工大学Ragon研究所高级科学家。美国行医执照考试通过证书获得者。在疾病的免疫治疗和细胞治疗有很深的造诣。

赵高平教授

四川省人民医院大外科副主任，胃肠外科主任，电子科技大学医学院教授，博士生导师，博士后合作导师，美国哈佛医学院博士后，第十三批四川省学术和技术带头人，入选第二届四川省“天府万人计划”——天府名医项目，四川省卫生健康首席专家。

参考文献：

[1]Deng et al., 2023, Cell Reports Medicine 4, 100959 March 21, 2023. https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2023.100959

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本文首发：医学界外科频道

责任编辑：大熊

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