引言
糖尿病（DM）是一种以持续性高血糖为特征的慢性代谢性疾病，由胰岛素分泌不足或胰岛素作用受损引起。1型糖尿病（T1DM），也称为胰岛素依赖型糖尿病，主要由胰岛β细胞的自身免疫性破坏导致，造成绝对胰岛素缺乏，需要终身外源性胰岛素治疗。虽然外源性胰岛素是T1DM管理的基石，但它不能复制生理性葡萄糖调节，并可能引起局部炎症、注射相关疼痛和低血糖等不良反应。因此，实现长期血糖控制、预防并发症以及开发能够实现自主胰岛素调节的治疗策略迫在眉睫。
胰岛移植已成为血糖控制不佳的T1DM患者的一种有前景的治疗方法。尽管取得了这些进展，但胰岛移植的临床应用仍受到若干挑战的限制。一个主要限制是 viable donor islets 的短缺，加上移植前培养阶段的高凋亡率。胰岛分离破坏了胰岛周围血管系统和细胞外基质（ECM），使移植物在移植后易遭受7-10天的缺氧缺血期。这种缺氧损伤引发线粒体功能障碍和过量的活性氧（ROS）产生，最终导致氧化应激、细胞损伤和局部炎症。β细胞固有的低抗氧化酶表达进一步加剧了这种易感性。因此，血管内皮生长因子（VEGF）信号传导受损，新生血管形成延迟，形成缺氧和氧化应激的反馈循环。此外，移植物排斥和自身免疫仍然是巨大的障碍。
为了克服这些障碍，间充质干细胞（MSCs）已被探索作为一种支持疗法。MSCs是从多种组织（包括骨髓、脂肪组织、脐带血和胎盘）中提取的多能基质细胞，具有强大的免疫调节、血管生成和抗氧化能力。当与胰腺胰岛共培养或共移植时，MSCs可以通过调节宿主免疫反应、减少炎症损伤和增强移植物耐受性来发挥保护作用。它们还部分通过其血管生成和抗氧化特性来保护胰岛结构和活力。值得注意的是，MSCs能够将线粒体转移至β细胞，从而恢复线粒体功能并减轻氧化损伤。然而，诸如供体变异性、免疫原性、表型不稳定和分离方案不一致等局限性限制了其临床可扩展性。
新出现的证据表明，MSCs的许多治疗作用是通过旁分泌信号介导的——主要是通过外来体（Exosomes）的释放。这些纳米大小的细胞外囊泡（30–120 nm）充当细胞间通讯介质，运输蛋白质、信使RNA（mRNA）和调节性非编码RNA，如微RNA（miRNA）。源自MSCs的外来体（MSC-exos）可以传递促血管生成信号（如VEGF）至缺血组织，增强新生血管形成，并抑制促炎通路。MSC-exos中的特定miRNA，如miR-21和miR-375，已被证实参与调节凋亡、胰岛素信号传导和胰岛存活。此外，MSC-exos表现出免疫调节特性，可能减少针对移植胰岛的自身免疫反应。
间充质干细胞在胰岛移植中的应用
间充质干细胞（MSCs）是源自中胚层和神经外胚层的多能基质细胞，具有自我更新和多向分化潜能。在胰岛移植的背景下，移植物衰竭通常归因于缺氧、免疫排斥、氧化应激和血管化不足。MSCs可以通过协同的抗氧化和促血管生成作用来减轻这些损伤：它们清除ROS，恢复VEGF信号传导，并促进新生血管形成。新血管的形成缓解了缺血并限制了线粒体ROS的积累，而MSCs直接上调VEGF表达，保护线粒体完整性并抑制氧化损伤。此外，MSCs促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化，并抑制M1相关细胞因子和ROS，共同增强胰岛植入和功能稳定性。
抑制排斥反应
胰岛移植后，免疫介导的攻击或免疫抑制药物的副作用可能进一步损害移植物存活。实现长期胰岛素独立取决于植入后足够数量存活胰岛的保存。
MSCs表现出独特的免疫调节特性，归因于其低免疫原性和抑制免疫细胞活化的能力。表型上，MSCs仅表达人类白细胞抗原-I（HLA-I），这可能有助于其“免疫豁免”状态和对T细胞介导的清除的敏感性降低。虽然MSCs诱导免疫抑制的完整机制仍在研究中，但体外证据表明MSCs可以调节各种免疫细胞——包括T淋巴细胞、B细胞、自然杀伤（NK）细胞、树突状细胞（DCs）和巨噬细胞——通过直接接触和分泌免疫调节因子。
使用水凝胶共包埋脂肪来源的MSCs（ADMSCs）和胰岛的实验模型显示，免疫浸润减少，调节性细胞因子和Treg细胞群增加，免疫刺激转录因子下调。除了基线功能外，MSCs的免疫抑制能力可以通过暴露于炎症细胞因子、缺氧条件、化学引发或药物给药来增强。
减轻氧化应激
胰岛的酶学和机械分离破坏了其天然血管系统，导致移植后急性缺氧。在移植后的初始阶段，氧合完全依赖于扩散，直到足够的新生血管形成。这种缺氧微环境诱导氧化应激和广泛的细胞损伤。胰岛β细胞由于其固有的低水平抗氧化酶而特别脆弱，使其更容易发生线粒体损伤、ROS过量产生和凋亡。
人脐带来源的MSCs（hucMSCs）已证明能够通过调节氧化还原信号通路来保护新生儿胰岛细胞团（NICCs）免受缺氧诱导的凋亡。这些抗氧化作用很大程度上是旁分泌性质的，可能由MSCs衍生的外来体（MSC-exos）介导。例如，hucMSC-exos将miR-21递送至β细胞，减轻缺氧诱导的内质网应激并抑制p38/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路。体内证据进一步支持了hucMSCs依赖核因子E2相关因子2（Nrf2）/血红素加氧酶-1（HO-1）的抗氧化作用。
由于胰岛素分泌与线粒体ATP生成紧密相关，线粒体功能障碍会损害葡萄糖反应性。MSCs可以直接将健康的线粒体转移至胰岛β细胞，恢复氧化磷酸化并降低ROS水平。值得注意的是，人胰岛比小鼠胰岛具有更高的线粒体摄取率，可能反映了临床环境中对细胞应激的敏感性增加。
促进血管生成
成功的胰岛植入严重依赖于及时的血管再形成，这通常在移植后需要长达14天。在此期间，缺氧、缺血再灌注损伤和即时血液介导的炎症反应（IBMIR）可能导致广泛的凋亡。
MSCs分泌血管生成因子，包括Wnt蛋白，它们激活内皮细胞中β-连环蛋白依赖性通路以促进血管再生。最近的计算模型已确定胰岛素基因增强子蛋白ISL1是血管内皮生长因子A（VEGFA）表达的潜在调节因子。在大鼠糖尿病模型中，骨髓来源的MSCs（BMSCs）增加了胰岛和胰岛素分泌细胞系1（INS-1）细胞中ISL1和VEGFA的表达，显著改善了血管再形成，从而将ISL1确定为未来促血管生成治疗的靶点。
临床上，通过肝门静脉输注胰岛仍然是标准方法，尽管存在出血、血栓形成和移植物追踪性差的风险。替代部位，如腹膜下或皮下空间，提供了更可控的输送和更容易的取出。
改善胰岛功能
胰岛功能和活力在分离和培养过程中常常恶化，主要是由于血管支持丧失和暴露于炎症应激。此外，移植期间的手术创伤和缺氧损伤会激活内质网应激（ERS）和氧化损伤，破坏胰岛素生物合成。
越来越多的证据表明，将胰岛与MSCs共培养可以保持其功能并改善移植后结果。值得注意的是，直接的细胞-细胞相互作用似乎比间接接触更有效。在共培养系统中，MSCs延伸F-肌动蛋白丰富的突起形成隧道纳米管（TNTs），促进线粒体转移并增强β细胞代谢和胰岛素分泌。进一步证明，N-钙粘蛋白介导的MSC-胰岛粘附改善了朗格汉斯胰岛的体外存活和功能。
封装策略也显示出前景。在混合藻酸盐-PEG水凝胶中共封装的胰岛和MSCs在小鼠中表现出比单独胰岛更好的葡萄糖耐量。类似地，在石墨烯基支架上接种的ADMSCs移植到糖尿病小鼠的附睾脂肪垫中后恢复了正常血糖，并增强了血糖反应性。
总的来说，这些发现支持使用MSCs通过代谢支持、旁分泌信号传导和细胞外基质稳定等机制在体外和体内增强胰岛活力和功能。
间充质干细胞衍生的外来体
外来体的生物学特性
细胞释放各种类型的细胞外囊泡（EVs），可以根据其大小、内容和生物发生进行分类。三个主要类别包括凋亡小体、微囊泡和外来体。外来体（直径30–120 nm）起源于质膜向内出芽形成早期内体，早期内体成熟为多泡体（MVBs）。这些MVBs然后与质膜融合，将腔内囊泡（ILVs）作为外来体释放到细胞外空间。
在缺氧或促炎条件下，MSCs能够释放大量介导免疫调节和促血管生成作用的外来体。一旦释放，这些外来体可以通过被动扩散、配体-受体相互作用或膜融合等机制进入胰腺胰岛细胞。MSCs衍生的外来体的货物是复杂的，包括细胞因子、蛋白质、脂质、信使RNA（mRNA）、微RNA（miRNA）和核糖体RNA（rRNA）。值得注意的是，特定的外来体标记蛋白——如四跨膜蛋白CD9、CD63和CD81；热休克蛋白（如HSP90）；和肿瘤易感基因101（TSG101）——通常用于确认外来体身份。
对于外来体表征，标准的分析方法包括透射电子显微镜（TEM）、纳米颗粒跟踪分析（NTA）和蛋白质印迹法。这些工具提供了对外来体形态、大小分布和蛋白质组成的全面了解，确保了下游应用的可靠鉴定。
外来体的分离
多种技术已被开发用于外来体分离。虽然分离方法对胰岛移植治疗效果的影响仍在探索中，但初步证据表明，不同的方法可能会影响外来体的生物活性和临床疗效。例如，微流体等高纯度技术更有效地保留生物活性货物，从而增强外来体介导的β细胞再生、免疫耐受和血管生成作用。相比之下，传统的超速离心方法可能由于高剪切应力而损害膜完整性，降低分离囊泡的功能质量。
将优化的分离策略——如基于微流体的系统——整合到胰岛移植方案中，可以促进免疫调节外来体的精确递送，可能改善移植物接受和功能。这强调了需要标准化分离程序，以更好地使外来体技术与临床应用保持一致。
外来体在胰岛移植中的应用
外来体作为递送载体
外来体是源自真核细胞的纳米级细胞外囊泡（30–120 nm）。与MSCs相比，MSC-exos显示出更大的结构稳定性（例如，耐冻融循环）、可忽略的致瘤性和改善的组织穿透性，这归因于其较小的尺寸和低表面抗原表达。这些特征使它们成为向胰腺胰岛靶向递送治疗剂的有前途的载体。
在功能上，MSC-exos可以运输生物活性分子来拯救受损的胰岛。例如，富含外来体的MSCs条件培养基（MSC-CM）显著改善了缺氧新生猪胰岛细胞团（NICCs）的存活，而去除外来体的MSC-CM效果减弱。类似地，人脐带MSCs衍生的外来体（hucMSC-exos）通过上调抗凋亡基因（Bcl-2）、下调促凋亡基因（Bad、Bax）和激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/VEGF信号通路来促进小鼠胰岛细胞存活。在糖尿病小鼠模型中，静脉注射的骨髓MSC-exos优先定位于胰腺胰岛，促进再生并增强移植疗效。
在外来体货物中，微RNA（Exo-miRNA）在调节胰岛发育、存活、抗凋亡和β细胞增殖中起着关键作用。例如，MSC-exos中的miR-21减轻内质网（ER）应激并抑制p38/MAPK磷酸化，从而保护β细胞免受缺氧诱导的凋亡。它们固有的膜特性和生物相容性使外来体相对于合成载体具有独特优势，使它们能够同时介导细胞间信号传导和治疗分子递送，特别是miRNA和mRNA。
工程化的外来体药物递送系统
虽然天然外来体显示出治疗潜力，但其可变的内容物和有限的货物控制对临床转化提出了挑战。最近的进展集中在工程化外来体上，以封装小分子药物、蛋白质或核酸，用于靶向递送至胰岛细胞。加载方法可分为分泌前（例如，将MSCs与治疗剂一起孵育或转染）或分泌后（例如，通过超声处理、电穿孔、挤压或冻融循环直接加载外来体）。这些方法的效率取决于药物特性，如疏水性、分子量和稳定性。
电穿孔
电穿孔使用电脉冲暂时破坏外来体膜，允许治疗性货物进入。槲皮素是一种具有抗炎作用的黄酮类化合物，可以抑制胰岛细胞中核因子κB（NF-κB）的激活和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达，但存在生物利用度低的问题。为了解决这个问题，通过电穿孔将槲皮素封装到hucMSC-exos中，提高了其在胰岛中的稳定性和局部浓度。此外，用超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs）修饰外来体，以在磁场（MF）引导下增强靶向性。新出现的临床前数据显示，这种Qu-exosome-SPION/MF系统促进了槲皮素在小鼠胰腺胰岛中的精确递送，增强了胰岛保护和抗糖尿病功效——这一策略需要在更大的动物模型中进行验证以确认可转化性。
转染
基于MSC的基因工程能够生产具有定制miRNA或蛋白质谱的治疗性外来体。通过病毒转染或电穿孔，可以修饰MSCs以分泌富含功能货物的外来体，靶向胰岛生物学中的关键通路。
例如，POY等人首次报道miR-375通过靶向磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）（PI3K通路的关键组分）负调节胰岛素分泌。为了克服游离miRNA抑制剂的递送限制，Wen等人通过脂质体将Fas和miR-375抑制剂转染人骨髓MSCs。将所得的外来体与人BMSCs和外周血单核细胞（PBMCs）共培养，通过减少T细胞浸润和增强葡萄糖耐量，显著改善了糖尿病小鼠的胰岛移植物功能。
另一项研究表明，BMSCs衍生的外来体可以将miR-21-5p递送至胰岛，在那里它靶向PDCD4以防止凋亡。体内通过转染的BMSCs递送miR-21-5p导致胰岛存活和胰岛素分泌增加，以及凋亡减少。
此外，Ying Wang等人使用腺病毒载体工程化BMSCs以过表达ISL1，当与胰腺胰岛共移植时，增强了血管生成并减少了移植物凋亡。ISL1上调了VEGFA并促进了含有ANLN、INHBA和咖啡因的外来体分泌，所有这些都有助于胰岛存活。这些发现为外来体辅助的共移植策略和设计用于胰岛支持的ISL1模拟微环境奠定了基础。
外来体与胰岛封装
埃德蒙顿方案的临床应用受到供体稀缺和长期使用免疫抑制剂的限制。基于生物材料的封装策略被提出来解决这些问题，通过提供物理免疫隔离同时支持功能性胰岛素分泌。
将MSCs衍生的外来体与封装生物材料相结合正在成为一种协同方法。例如，负载MSC纳米囊泡的GelMA水凝胶显著减轻了小鼠的软骨退化并改善了骨关节炎严重程度，显示出良好的生物相容性和机械完整性。类似地，工程化以缓解缺氧的外来体可以嵌入封装基质中，以促进胰岛存活和移植物 longevity。
水凝胶——特别是藻酸盐基系统——由于成本低和良好的生物相容性而被广泛使用。然而，来自藻类来源的残留杂质可能在移植后诱导纤维化，限制了其效用。为了克服这一点，Mohammadi等人开发了AlgXOs：负载了hucMSC-exos的混合藻酸盐微胶囊。完善的临床前证据表明，这些胶囊在将封装的大鼠胰岛异种移植到糖尿病小鼠后抑制了免疫反应，维持正常血糖超过170天——这是一种经过临床前验证的策略，等待临床试验评估。
这种免疫隔离封装与生物活性外来体释放的结合为增强移植物功能、减少纤维化以及为胰岛存活建立保护性微环境提供了一种有前景的策略。未来的研究应探索将外来体工程与下一代封装技术相结合，以促进T1DM的稳健临床转化。
结论与展望
胰岛移植代表了T1DM的一种潜在治愈性策略，但其临床疗效仍然受到氧化应激、免疫排斥和移植物血管化不足的阻碍。MSCs及其分泌的外来体已成为解决这些多方面挑战的有希望的候选者，越来越多的临床证据支持其转化潜力。
MSCs已进入临床研究的高级阶段，多项随机对照试验（RCTs）和荟萃分析验证了其安全性和有效性。值得注意的是，解放军总医院的一项I/II期双盲对照试验报告，20%的UC-MSCs治疗的T2DM患者在48周时达到HbA1c<7.0%且胰岛素剂量减少≥50%，而安慰剂组仅为4.55%，且无严重不良事件。这些临床发现与临床前数据一致，表明MSCs抑制促炎细胞因子（如IL-1β、IFN-γ），清除ROS，恢复血管内皮生长因子（VEGF）信号传导，并促进血管生成。此外，它们将功能性线粒体转移至β细胞的能力支持代谢恢复并减少氧化应激诱导的凋亡。
MSCs衍生的外来体（MSC-exos）由于其低免疫原性、结构稳定性和可定制的货物谱，正迅速向临床转化迈进。尽管大多数MSC-exos研究仍处于临床前阶段，但新出现的数据显示出有希望的结果。例如，AlgXO平台——负载hucMSC-exos的藻酸盐微胶囊——在免疫正常的糖尿病小鼠中维持正常血糖超过170天，同时抑制局部免疫反应并减少纤维化。工程化的外来体，如负载槲皮素、SPION修饰的外来体，已证明改善了靶向性和体内滞留，解决了快速清除的固有局限性。
重要的是，临床前证据支持MSCs和外来体的互补功能：MSCs在长期微环境调节方面表现出色，而MSC-exos在减轻急性移植后损伤方面特别有效。一个新出现的假设表明，顺序策略——早期给予外来体用于保护，随后给予MSCs用于长期支持——可能产生协同结果。这一概念仍有待临床试验验证。
尽管取得了令人鼓舞的进展，但一些转化挑战和未解决的监管与安全问题仍然存在。对于MSCs，担忧包括供体变异性、表型不稳定以及缺乏标准化的分离方案，这些都限制了可重复性。对于MSC-exos，分离技术（例如，基于微流体的方法）的标准化和实施稳健的质量控制措施（例如，货物分析、生物活性测定）对于减少批次异质性至关重要。此外，需要大型动物模型和多中心临床试验来评估工程化外来体和封装平台的可扩展性、有效性和安全性。监管模糊性——例如MSC-exos分类不一致以及跨辖区缺乏统一的放行标准——仍然是一个关键障碍。
展望未来，MSCs生物学、外来体工程和生物响应材料的融合为胰岛移植带来了变革潜力。随着临床证据的不断积累，MSCs可能成为长期移植物支持的基础疗法，而工程化的外来体可能作为急性损伤缓解和靶向干预的一线药物。这些进展不仅解决了当前T1DM胰岛移植的瓶颈，而且拓宽了再生医学的范围。通过持续的努力实现标准化和验证，MSCs及其外来体有望从实验前景转变为临床现实——为T1DM患者实现持久的血糖控制和β细胞再生带来新的希望。
