胰島移植部位可分為原位胰島移植和異位胰島移植兩大類。原位胰島移植指從移植胰島所分泌釋放的胰島素,通過肝門靜脈系統入肝代謝,沒有改變原來的胰島素代謝途徑,包括肝臟的門靜脈系統、大網膜等部位的胰島移植。異位胰島移植所分泌的胰島素改變了其原有的代謝途徑。理想的胰島移植部位一般具備以下特點:移植的成功率高同時移植物遠期存活率高、手術操作簡單創傷小、并發癥少,同時風險小,便于重復檢測等特點。該文就對胰島移植部位的研究現狀作一綜述,以為后續相關研究提供借鑒。
引用本文: 吳年瑋, 童南偉. 胰島移植部位的研究現狀. 華西醫學, 2023, 38(12): 1929-1933. doi: 10.7507/1002-0179.202204097 復制
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胰腺移植和胰島移植是目前用于替代損傷β細胞的 2 種主要方法。胰腺器官移植因供體短缺、免疫排斥強烈、手術風險大等缺陷,臨床上難以普及[1]。在國際胰島移植登記處登記的胰島移植患者中,胰島素非依賴的比例從 27%(1999 年—2002 年,n=214)提高到 44%(2007 年—2010 年,n=208)[2]。胰島移植可實現內源性胰島素的自主分泌,繼而控制血糖,不少患者可擺脫胰島素藥物的使用,且可在一定程度上避免糖尿病相關的靶器官損傷(習慣稱為慢性并發癥)的發生發展,進而延長患者壽命并改善生活質量。因此,胰島移植在國內外引起廣泛關注,涉及移植中的任何一個小環節的技術進步或理念進展都很有可能帶來巨大進步。如何使胰島移植更加符合人體的生理功能一直是糖尿病研究的重要思路;而胰島移植部位就是其中最重要的一個關鍵因素。因為胰島移植的部位就決定了移植后胰島細胞所處在的內環境,對移植的胰島細胞的存活、功能有重要作用。所以如何選擇合適的胰島移植部位是最近胰島移植領域內研究的重要內容之一。從胰島移植一開始,有關于如何選擇胰島移植部位就一直存在爭論。理想的胰島移植部位一般有以下特點:足夠的空間、盡量減少移植胰島細胞與血液的直接接觸,以避免或降低急性血液介導的炎癥反應的發現;可提供充足的營養和氧供;移植手術操作簡單創傷小,有利于移植物的成像或活檢和移植物修復[3]。為給后續研究提供借鑒,本文現就胰島移植各個部位的研究現狀作一綜述。
1 肝臟門靜脈系統
Kemp 等[4]通過對小鼠行同種胰島移植,將胰島分別移植到糖尿病大鼠的皮下組織、腹膜和門靜脈進行比對,結果發現胰島皮下移植組并沒有改變糖尿病的狀態,雖胰島腹腔內移植可改善糖尿病的治療效果,但未恢復至正常尿糖、血糖水平;胰島直接注射入門靜脈,則可使大鼠的血糖、尿糖正常;而在超聲引導下行經皮穿刺肝門靜脈系統成功后輸注胰島細胞,可使得胰島移植在臨床上各項指標較移植前改觀明顯。這一技術較為成功的臨床應用使肝臟門靜脈穿刺后輸注胰島細胞成為臨床上開展最廣泛和最成熟的治療方法。
然而,隨著的本穿刺路徑的胰島移植的逐漸開展,相關并發癥逐漸顯現,主要是與肝臟門靜脈系統穿刺相關的并發癥。常見的并發癥有出血、血栓形成、疼痛、肝功能異常、肝內脂肪變性、感染和膽囊穿孔等[5]。同時,肝臟門靜脈系統內有其固有的生理特點導致了本途徑的一些不足。肝臟是個肝動脈和肝靜脈雙重血供的器官,肝門靜脈內為消化道來源的靜脈血,這就導致了移植后的胰島細胞的生長環境是相對缺氧的情況,因此就有可能導致胰島細胞血管化的不成功和經血液介導的炎癥反應。其次,由于肝臟是解毒代謝最主要的器官,肝臟內環境中代謝廢物的濃度較高,因此移植在肝內的胰島細胞容易受到具有一定毒性的代謝廢物的損傷。
肝臟門靜脈系統的固有不足和手術及術后潛在并發癥也提示肝臟門靜脈系統有可能不是最理想的胰島移植部位選擇。但即使存在這些不足,目前臨床上最成熟最常規開展的還是選肝臟門靜脈系統作為胰島移植的部位。中華醫學會器官移植學分會在《胰島移植臨床技術操作規范(2019 版)》中為了進一步規范胰島移植的臨床技術操作,仍舊選擇肝臟門靜脈系統作為胰島移植植入的部位[5]。
段金良等[6]回顧性分析了 16 例次接受全程超聲引導下經皮門靜脈穿刺胰島移植治療糖尿病的受者的臨床資料,結果發現移植術后,全部受者血糖穩定維持在 4~12 mmol/L;5 例次(31.3%)實現胰島素撤除 2 個月以上,10 例次(62.5%)胰島素用量較術前減少 1/2 以上;10 例次(62.5%)空腹 C-肽水平恢復或高于正常水平,其余空腹 C-肽水平亦有提升;11 例次(68.8%)胰島移植后受者出現肝臟轉氨酶短暫輕度升高,未見其他并發癥。
可見,雖肝臟門靜脈系統的胰島移植有出血、血栓形成、疼痛、肝功能異常、感染等并發癥,肝臟門脈系統仍是目前臨床胰島移植最成熟、最常用的部位。
2 網膜和網膜囊
根據解剖學可知,大網膜的血供來自于腹腔干的胃網膜動脈和腸系膜上動脈的分支等。在生理上,與肝臟相比,大網膜有血供豐富的特點,這就可減少植入的胰島細胞經歷的缺血時間。同時,形成血栓的風險也降低。因此,大網膜可能是一個更合適的胰島移植部位。Litbarg 等[7]在實驗中發現腹腔中的大網膜組織能分泌多種血管生成因子,如血管內皮生長因子等,這些因子可促進血管生成。
高度血管化的網膜是一個有吸引力的胰島移植位點[8]。有研究對小鼠和人胰島在大網膜內與在肝臟門靜脈的移植進行了比較,發現移植到大網膜上的胰島血管化和神經支配在第 1 個月內就完成,胰島的血流灌注和氧合與內源性胰島相似;而且,大網膜內胰島移植物在移植后 1 個月表現出的功能優于肝臟門靜脈內移植物,故其認為與肝臟相比,在植入胰島的純度相同情況下大網膜為移植胰島提供了優良的移植條件[9]。
另外,大網膜的解剖位置位于腹腔內,在胃腸道的漿膜上,因此腹腔鏡下直視操作容易。在氣腹建立后,就可以行大網膜的胰島移植,臟器損傷小,風險低,且操作可重復性高,這一特點也使得術后監測植入胰島細胞的活性的操作簡單易行。
同時也有研究指出,同腹膜移植比,網膜囊內移植也具有一定優勢。血供豐富是網膜囊的一個特點,同時,其血流入肝的生理特點更符合人體;網膜囊移植后其胰島素分泌反應與腹膜移植相比,可能更具有優勢。已有研究表明,將同種胰島移植于大鼠網膜囊中可有效控制糖尿病大鼠的血糖[10]。
目前己有研究在臨床上成功的將生物支架移植于網膜上。王樹森等[11]進行了大網膜生物支架相關的胰島移植臨床研究;其胰島移植策略是用血漿凝血酶作為生物支架,2 例 1 型糖尿病患者通過腹腔鏡手術的途徑將移植物移植固定于大網膜上,術后無嚴重外科手術并發癥;胰島移植手術后血糖平穩,糖化血紅蛋白數值較移植手術前下降,胰島素分泌指標 C-肽比移植術前提高。由此,大網膜生物支架相關的胰島移植的成功應用在臨床上為糖尿病患者提供了更多的可行性手術選擇。
Saudek 等[12]報道了 2 例使用生物相容性血漿纖維蛋白凝膠將胰島移植到大網膜袋的結果,受試者通過腹腔鏡手術將胰島細胞與自體血漿的混合物種植并固定在大網膜上,隨訪 9 個月,2 例患者均未出現任何中度或重度低血糖,同時其血糖得到改善,胰島素劑量減少約 50%,1 年時 2 例患者的 C-肽分別為 0.22 和 0.14 pmol/mL;但第 1 例患者的 C-肽在 1 年后逐漸下降,低血糖復發。該報道提示,此方法具有一定的可行性和安全性。
因此,可認為這類部位的胰島移植患者術后存在雖無完全擺脫外源性胰島的情況,但網膜和網膜囊的解剖和生理特點所帶來的優勢,如血供豐富、解剖表淺、易操作、并發癥低等,與肝臟門靜脈系統行胰島移植比,這些特點均有優勢。可見,在將來,網膜囊或網膜作為胰島細胞的移植部位或許可以作為臨床的可供胰島移植選擇的主流部位之一。
3 胃腸道黏膜下層
隨著內鏡技術的日新月異,消化內鏡手術迅猛發展,較外科手術比有創傷風險更小、并發癥更小、更具操作重復性的優勢。根據解剖學可知,消化道負責食物的消化,動脈血量大,胃腸道黏膜下層血供豐富,胃的血液有豐富的靜脈經門脈系統進入肝臟,這符合胰島素的代謝途徑;胰和胃在胚胎發育上均是由內胚層發育而來,由此可能有著部分相似的內環境;在手術操作上,內鏡下就可以完成胃腸道黏膜下或漿膜下移植操作,和在網膜上移植比,同樣具有可多次重復移植和容易術后隨訪等優勢;同時由于消化內鏡已經在臨床上廣泛開展,在門診就可以完成,和腹腔鏡手術比,消化內鏡創傷更小,無需更深度的麻醉,更容易實現手術操作和隨訪,患者更容易接受。因此胃腸道黏膜下層也被認為是胰島移植的理想部位之一。
消化內鏡下行胃腸道的胰島移植研究證實了這種移植手術方式在實驗室和臨床上的可行性。Echeverri 等[13]從成年豬中分離出胰島,用鏈脲佐菌素使受體豬患糖尿病;實驗分組為:供體胰島通過剖腹手術(1A 組,n=4)或內鏡(1B 組,n=8)注入胃黏膜下間隙,或通過剖腹手術(2 組,n=3)注入門靜脈;實驗中在術后觀察 28 d,第 1 組豬的 C-肽監測表明,胰島的即刻損失最小,而在第 2 組中,胰島的損失相當大;在第 1 組中,移植前和移植后 20 d 之間,平均血糖和平均外源性胰島素需求顯著降低;在第 2 組中,兩個參數都沒有顯著降低;胰島素陽性細胞出現在第 1 組的胃黏膜下間隙中,而在第 2 組的肝臟中未見胰島素陽性細胞;該研究提示內鏡下胃黏膜下胰島移植為胰島移植提供了一種微創的方法。Yin 等[14]分析對比胃黏膜下層(gastric submucosa, GS)和肝臟作為胰腺切除糖尿病比格犬胰島自體移植部位的初步結果;實驗者將比格犬進行全胰腺切除術,然后將從切除的胰腺中提取的胰島移植到 GS(GS 組,n=8)和經門靜脈肝內移植(PV 組,n=5);移植后 48 h,從受者身上獲取的含有移植物的組織顯示存在胰島素陽性細胞;GS 組所有受者均在 1 d 內達到血糖正常,但在移植后 6~8 d 恢復到糖尿病狀態[平均生存時間為(7.16±0.69)d];而 PV 組所有動物在移植后 85~155 d 內均保持正常血糖[平均生存時間為(120±28.58)d];GS 組的平均生存時間和 PV 組的平均生存時間比較差異有統計學意義(P<0.01);靜脈葡萄糖耐量試驗結果證實,自體肝內胰島移植術后糖代謝顯著改善;其研究結果表明,肝臟作為胰島細植的位置仍然優于 GS,至少在該次的胰腺切除糖尿病比格犬胰島自體移植模型中是這樣。
國外報導了 1 例在胰島細胞輸注門靜脈觀察到門靜脈壓力升高后轉行 GS 同種異體移植的 4 年隨訪結果:1 例患有糖尿病 30 年以上的 36 歲女性患者,在該文章發表前 2 年同時接受了胰腺移植與腎臟移植,移植后血糖控制不佳,患者的每日胰島素需求量為 60 U,相當于 1.15 U/kg 體重,糖化血紅蛋白水平為 7.4%,空腹和刺激后的 C-肽水平均為 0.01 ng/mL,考慮胰腺移植失敗,遂又行胰島移植,將在 300 mL 胰島浮液中的 100 mL 輸入門靜脈后,門靜脈內的壓力從 5 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)增加到 23 mm Hg,盡管停止了輸液,但 30 min 后門靜脈血壓沒有下降;遂將胰島懸液(200 mL)移植到 GS;移植后患者的胰島素需求量在移植后降至 15 U/d,在同時進行胰島和腎移植后 18 個月和 48 個月分別為 20 U/d 和 27 U/d;作者認為在有門靜脈移植禁忌癥的情況下,將胰島移植到 GS 可能是一種安全選擇[15]。但由于該部位移植的研究時間短,缺乏大量的動物實驗及臨床試驗來進一步驗證。
綜上可認為胃腸道黏膜下層作為胰島移植部位具有消化內鏡創傷更小,無需更深度的麻醉,更容易實現手術操作和隨訪的特點,患者更容易接受,但該部位的臨床應用仍需要更多的研究。
4 皮下組織
皮下組織在解剖上很表淺,因此容易監測,同時移植物也便于取回;但由于皮下組織血供欠佳,對移植后的胰島細胞的存活缺乏有力的支持。因此借助生物材料就是一個可以考慮的調控移植胰島細胞環境的有效手段。Song 等[16]借助于 3D 打印技術將干細胞來源的β細胞置于可降解纖維蛋白凝膠中,然后移植到小鼠的皮下,結果顯示β細胞可以存活 12 周,之后可完整回收 3D 打印裝置。
胰島移植于皮下組織移植這方案具有可獲得相對較大的移植空間,同時移植的胰島細胞取回方便,但皮下組織血供差,胰島素的傳輸和外觀問題是皮下移植的缺點[17]。因此隨著相關技術的發展,比如 3D 打印和細胞封裝等技術,就可以促進該部位的胰島移植的進一步研究和臨床應用。
綜上可認為皮下組織手術操作簡單便捷,作為胰島移植有操作簡單的特點,同時可選擇的部位多,還有移植部位出現出血、感染等并發癥術后再次處理難度低的特點,若封裝和 3D 打印等技術獲得發展,可能是胰島移植臨床應用最廣泛的部位之一。
5 眼前房
眼前房是人體上唯一能不借助于手術就可以直接通過眼科專科工具進行觀察的部位,是可以在體觀測評估胰島移植效果的天然窗口。通過解剖可知,眼前房具有虹膜血管網豐富且氧供充足等特點,這些解剖和生理特點為大家在活體生理狀態下研究胰島移植提供了新思路。
Perez 等[18]將同種異體胰島移植到糖尿病狒狒模型的前房,實驗結果顯示胰島很容易移植到虹膜上,由于眼內移植物分泌胰島素,外源性胰島素需求減少;移植期間未觀察到對眼睛結構和功能的重大不良影響;這提示移植到眼前房后同種異體胰島可以長期存活并且保持功能。
Tun 等[19]將同種異體供體胰島移植到高脂飲食誘導的 2 型糖尿病猴子的一只眼前房虹膜,移植后 1 個月發生血管化,沒有發現該猴子眼壓變化、白內障形成、眼炎或視網膜血管變形,同時觀察到空腹血糖水平顯著降低,移植可以逆轉糖尿病的進展,糖化血紅蛋白和果糖胺在胰島移植后改善;這些結果進一步支持眼前房可能作為 2 型糖尿病患者臨床胰島移植位點。雖然實驗研究有一定效果,但眼前房空間小,無法容納較多的胰島是影響該部位進一步發展的制約因素。
可見,眼前房胰島移植操作簡單,眼前房有虹膜血管網豐富且氧供充足,動物實驗效果明顯,具有臨床研究前景。
6 腎與生殖腺
有研究將胰島細胞分別移植到腎包膜下和大網膜,研究結果顯示腎包膜下的胰島移植不如大網膜的移植效果[8]。劉定志等[20]觀察受體糖尿病小鼠分別接受同基因和異基因腎包膜下、小網膜囊和腋窩胰島移植,觀察不同部位移植胰島的組織學變化,組織學檢查發現腎包膜組和小網膜組胰島完整,有少量炎癥細胞浸潤;腋窩組胰島細胞被破壞,大量炎癥細胞浸潤;其認為腎包膜下胰島移植控制血糖效果良好,是胰島移植部位理想選擇之一。
Karakose 等[21]采用 3 組大鼠(對照組、卵巢組和腎包膜下組)進行研究,建立糖尿病模型后行胰島移植,移植后 30 d,結果顯示卵巢和腎包膜下組的平均血糖和 C-肽水平變化有統計學意義;組織學檢查顯示,在卵巢和腎包膜下組的胰島移植物中均檢測到顆粒胰島素承載細胞;腎包膜下組在組織學檢查中有炎癥征象;卵巢和腎包膜下組的胰島細胞均無空泡化;卵巢可能是胰島移植的新部位;但此研究的初步結果是否能在更多的動物模型中重現,并最終在人類身上重現仍有不確定因素。
在動物隱睪內移植胰島,移植后的胰島也能改善接受這些胰島移植的糖尿病動物的血糖控制,該提示胰島移植隱睪部位似乎提供了一個免疫保護作用,有助于胰島移植物的長期存活和功能維持[22]。
綜上可認為腎臟位于腹膜后,解剖位置深,臨床上如需開展,操作難度高,不是臨床胰島移植首要考慮的部位之一;在人類中,女性卵巢由于在盆腔內,位置深,不便于操作,而男性睪丸位置表淺可作為臨床胰島移植的部位選擇之一。
7 其他部位移植
除了上文敘述的這些部位,人們還嘗試過其他部位的胰島移植,不論是動物實驗,還是臨床試驗,目前均相對不成熟。其他嘗試過的部位如下:
7.1 骨髓腔
Wang 等[23]比較了糖尿病猴骨髓細胞與肝臟作為胰島移植部位的差異,發現移植到糖尿病恒河猴骨髓腔中的同種異體胰島比移植到肝臟中的胰島存活和功能維持的時間更長,這是首次在非人靈長類動物的骨髓腔中成功的同種異體胰島移植。由此可認為骨髓腔胰島移植開展研究少,需更多研究來分析,臨床上暫不會考慮其作為胰島移植的部位。
7.2 胰腺
和其他所有的胰島移植部位比,胰腺內行胰島移植會更接近生理特點。有研究在大鼠模型中行胰島細胞胰島實驗,發現和經門靜脈途徑(移植 3 200 個胰島)和腎包膜下途徑(1 000~2 000 個胰島)比較,不需同等多的胰島細胞量(移植 600 個胰島)移植到胰腺內就可調控血糖到正常水平,其認為胰腺是胰島的天然環境,與其他常規部位相比,它的優勢是需較少的胰島細胞量,從而增加了一個供體胰腺為一個或多個受體服務的可能性[24],但對全胰切除者不合適。由此可認為胰腺位于腹膜后,胰腺前方為胃腸道,臨床上操作難度不低,不是臨床胰島移植首要考慮的部位之一。
7.3 腎上腺
從生理學上可知,類固醇激素主要由腎上腺所分泌;從藥理學上可知,腎上腺分泌的皮質激素有抗炎和免疫抑制的作用。因此,胰島移植到腎上腺有構建局部抗炎和免疫抑制環境的優勢,但腎上腺內胰島移植的效果和腎包膜下胰島移植途徑的效果比較差異無統計學意義[25]。由此可認為腎上腺位于腹膜后,解剖位置深,同時臟器不大,增加了操作難度,不是臨床胰島移植首要考慮的部位之一。
8 小結與展望
不論是在實驗室還是在臨床上,目前已有大量研究對胰島移植的各個部位進行了不同程度的探索。隨著科技進步和醫學水平提高,伴隨著組織工程材料、預血管化技術、3D 打印、干細胞技術、細胞封裝等技術的進一步發展,肝臟門靜脈、大網膜、皮下組織可成為胰島移植的較為理想的選擇位點。
利益沖突:所有作者聲明不存在利益沖突。
胰腺移植和胰島移植是目前用于替代損傷β細胞的 2 種主要方法。胰腺器官移植因供體短缺、免疫排斥強烈、手術風險大等缺陷,臨床上難以普及[1]。在國際胰島移植登記處登記的胰島移植患者中,胰島素非依賴的比例從 27%(1999 年—2002 年,n=214)提高到 44%(2007 年—2010 年,n=208)[2]。胰島移植可實現內源性胰島素的自主分泌,繼而控制血糖,不少患者可擺脫胰島素藥物的使用,且可在一定程度上避免糖尿病相關的靶器官損傷(習慣稱為慢性并發癥)的發生發展,進而延長患者壽命并改善生活質量。因此,胰島移植在國內外引起廣泛關注,涉及移植中的任何一個小環節的技術進步或理念進展都很有可能帶來巨大進步。如何使胰島移植更加符合人體的生理功能一直是糖尿病研究的重要思路;而胰島移植部位就是其中最重要的一個關鍵因素。因為胰島移植的部位就決定了移植后胰島細胞所處在的內環境,對移植的胰島細胞的存活、功能有重要作用。所以如何選擇合適的胰島移植部位是最近胰島移植領域內研究的重要內容之一。從胰島移植一開始,有關于如何選擇胰島移植部位就一直存在爭論。理想的胰島移植部位一般有以下特點:足夠的空間、盡量減少移植胰島細胞與血液的直接接觸,以避免或降低急性血液介導的炎癥反應的發現;可提供充足的營養和氧供;移植手術操作簡單創傷小,有利于移植物的成像或活檢和移植物修復[3]。為給后續研究提供借鑒,本文現就胰島移植各個部位的研究現狀作一綜述。
1 肝臟門靜脈系統
Kemp 等[4]通過對小鼠行同種胰島移植,將胰島分別移植到糖尿病大鼠的皮下組織、腹膜和門靜脈進行比對,結果發現胰島皮下移植組并沒有改變糖尿病的狀態,雖胰島腹腔內移植可改善糖尿病的治療效果,但未恢復至正常尿糖、血糖水平;胰島直接注射入門靜脈,則可使大鼠的血糖、尿糖正常;而在超聲引導下行經皮穿刺肝門靜脈系統成功后輸注胰島細胞,可使得胰島移植在臨床上各項指標較移植前改觀明顯。這一技術較為成功的臨床應用使肝臟門靜脈穿刺后輸注胰島細胞成為臨床上開展最廣泛和最成熟的治療方法。
然而,隨著的本穿刺路徑的胰島移植的逐漸開展,相關并發癥逐漸顯現,主要是與肝臟門靜脈系統穿刺相關的并發癥。常見的并發癥有出血、血栓形成、疼痛、肝功能異常、肝內脂肪變性、感染和膽囊穿孔等[5]。同時,肝臟門靜脈系統內有其固有的生理特點導致了本途徑的一些不足。肝臟是個肝動脈和肝靜脈雙重血供的器官,肝門靜脈內為消化道來源的靜脈血,這就導致了移植后的胰島細胞的生長環境是相對缺氧的情況,因此就有可能導致胰島細胞血管化的不成功和經血液介導的炎癥反應。其次,由于肝臟是解毒代謝最主要的器官,肝臟內環境中代謝廢物的濃度較高,因此移植在肝內的胰島細胞容易受到具有一定毒性的代謝廢物的損傷。
肝臟門靜脈系統的固有不足和手術及術后潛在并發癥也提示肝臟門靜脈系統有可能不是最理想的胰島移植部位選擇。但即使存在這些不足,目前臨床上最成熟最常規開展的還是選肝臟門靜脈系統作為胰島移植的部位。中華醫學會器官移植學分會在《胰島移植臨床技術操作規范(2019 版)》中為了進一步規范胰島移植的臨床技術操作,仍舊選擇肝臟門靜脈系統作為胰島移植植入的部位[5]。
段金良等[6]回顧性分析了 16 例次接受全程超聲引導下經皮門靜脈穿刺胰島移植治療糖尿病的受者的臨床資料,結果發現移植術后,全部受者血糖穩定維持在 4~12 mmol/L;5 例次(31.3%)實現胰島素撤除 2 個月以上,10 例次(62.5%)胰島素用量較術前減少 1/2 以上;10 例次(62.5%)空腹 C-肽水平恢復或高于正常水平,其余空腹 C-肽水平亦有提升;11 例次(68.8%)胰島移植后受者出現肝臟轉氨酶短暫輕度升高,未見其他并發癥。
可見,雖肝臟門靜脈系統的胰島移植有出血、血栓形成、疼痛、肝功能異常、感染等并發癥,肝臟門脈系統仍是目前臨床胰島移植最成熟、最常用的部位。
2 網膜和網膜囊
根據解剖學可知,大網膜的血供來自于腹腔干的胃網膜動脈和腸系膜上動脈的分支等。在生理上,與肝臟相比,大網膜有血供豐富的特點,這就可減少植入的胰島細胞經歷的缺血時間。同時,形成血栓的風險也降低。因此,大網膜可能是一個更合適的胰島移植部位。Litbarg 等[7]在實驗中發現腹腔中的大網膜組織能分泌多種血管生成因子,如血管內皮生長因子等,這些因子可促進血管生成。
高度血管化的網膜是一個有吸引力的胰島移植位點[8]。有研究對小鼠和人胰島在大網膜內與在肝臟門靜脈的移植進行了比較,發現移植到大網膜上的胰島血管化和神經支配在第 1 個月內就完成,胰島的血流灌注和氧合與內源性胰島相似;而且,大網膜內胰島移植物在移植后 1 個月表現出的功能優于肝臟門靜脈內移植物,故其認為與肝臟相比,在植入胰島的純度相同情況下大網膜為移植胰島提供了優良的移植條件[9]。
另外,大網膜的解剖位置位于腹腔內,在胃腸道的漿膜上,因此腹腔鏡下直視操作容易。在氣腹建立后,就可以行大網膜的胰島移植,臟器損傷小,風險低,且操作可重復性高,這一特點也使得術后監測植入胰島細胞的活性的操作簡單易行。
同時也有研究指出,同腹膜移植比,網膜囊內移植也具有一定優勢。血供豐富是網膜囊的一個特點,同時,其血流入肝的生理特點更符合人體;網膜囊移植后其胰島素分泌反應與腹膜移植相比,可能更具有優勢。已有研究表明,將同種胰島移植于大鼠網膜囊中可有效控制糖尿病大鼠的血糖[10]。
目前己有研究在臨床上成功的將生物支架移植于網膜上。王樹森等[11]進行了大網膜生物支架相關的胰島移植臨床研究;其胰島移植策略是用血漿凝血酶作為生物支架,2 例 1 型糖尿病患者通過腹腔鏡手術的途徑將移植物移植固定于大網膜上,術后無嚴重外科手術并發癥;胰島移植手術后血糖平穩,糖化血紅蛋白數值較移植手術前下降,胰島素分泌指標 C-肽比移植術前提高。由此,大網膜生物支架相關的胰島移植的成功應用在臨床上為糖尿病患者提供了更多的可行性手術選擇。
Saudek 等[12]報道了 2 例使用生物相容性血漿纖維蛋白凝膠將胰島移植到大網膜袋的結果,受試者通過腹腔鏡手術將胰島細胞與自體血漿的混合物種植并固定在大網膜上,隨訪 9 個月,2 例患者均未出現任何中度或重度低血糖,同時其血糖得到改善,胰島素劑量減少約 50%,1 年時 2 例患者的 C-肽分別為 0.22 和 0.14 pmol/mL;但第 1 例患者的 C-肽在 1 年后逐漸下降,低血糖復發。該報道提示,此方法具有一定的可行性和安全性。
因此,可認為這類部位的胰島移植患者術后存在雖無完全擺脫外源性胰島的情況,但網膜和網膜囊的解剖和生理特點所帶來的優勢,如血供豐富、解剖表淺、易操作、并發癥低等,與肝臟門靜脈系統行胰島移植比,這些特點均有優勢。可見,在將來,網膜囊或網膜作為胰島細胞的移植部位或許可以作為臨床的可供胰島移植選擇的主流部位之一。
3 胃腸道黏膜下層
隨著內鏡技術的日新月異,消化內鏡手術迅猛發展,較外科手術比有創傷風險更小、并發癥更小、更具操作重復性的優勢。根據解剖學可知,消化道負責食物的消化,動脈血量大,胃腸道黏膜下層血供豐富,胃的血液有豐富的靜脈經門脈系統進入肝臟,這符合胰島素的代謝途徑;胰和胃在胚胎發育上均是由內胚層發育而來,由此可能有著部分相似的內環境;在手術操作上,內鏡下就可以完成胃腸道黏膜下或漿膜下移植操作,和在網膜上移植比,同樣具有可多次重復移植和容易術后隨訪等優勢;同時由于消化內鏡已經在臨床上廣泛開展,在門診就可以完成,和腹腔鏡手術比,消化內鏡創傷更小,無需更深度的麻醉,更容易實現手術操作和隨訪,患者更容易接受。因此胃腸道黏膜下層也被認為是胰島移植的理想部位之一。
消化內鏡下行胃腸道的胰島移植研究證實了這種移植手術方式在實驗室和臨床上的可行性。Echeverri 等[13]從成年豬中分離出胰島,用鏈脲佐菌素使受體豬患糖尿病;實驗分組為:供體胰島通過剖腹手術(1A 組,n=4)或內鏡(1B 組,n=8)注入胃黏膜下間隙,或通過剖腹手術(2 組,n=3)注入門靜脈;實驗中在術后觀察 28 d,第 1 組豬的 C-肽監測表明,胰島的即刻損失最小,而在第 2 組中,胰島的損失相當大;在第 1 組中,移植前和移植后 20 d 之間,平均血糖和平均外源性胰島素需求顯著降低;在第 2 組中,兩個參數都沒有顯著降低;胰島素陽性細胞出現在第 1 組的胃黏膜下間隙中,而在第 2 組的肝臟中未見胰島素陽性細胞;該研究提示內鏡下胃黏膜下胰島移植為胰島移植提供了一種微創的方法。Yin 等[14]分析對比胃黏膜下層(gastric submucosa, GS)和肝臟作為胰腺切除糖尿病比格犬胰島自體移植部位的初步結果;實驗者將比格犬進行全胰腺切除術,然后將從切除的胰腺中提取的胰島移植到 GS(GS 組,n=8)和經門靜脈肝內移植(PV 組,n=5);移植后 48 h,從受者身上獲取的含有移植物的組織顯示存在胰島素陽性細胞;GS 組所有受者均在 1 d 內達到血糖正常,但在移植后 6~8 d 恢復到糖尿病狀態[平均生存時間為(7.16±0.69)d];而 PV 組所有動物在移植后 85~155 d 內均保持正常血糖[平均生存時間為(120±28.58)d];GS 組的平均生存時間和 PV 組的平均生存時間比較差異有統計學意義(P<0.01);靜脈葡萄糖耐量試驗結果證實,自體肝內胰島移植術后糖代謝顯著改善;其研究結果表明,肝臟作為胰島細植的位置仍然優于 GS,至少在該次的胰腺切除糖尿病比格犬胰島自體移植模型中是這樣。
國外報導了 1 例在胰島細胞輸注門靜脈觀察到門靜脈壓力升高后轉行 GS 同種異體移植的 4 年隨訪結果:1 例患有糖尿病 30 年以上的 36 歲女性患者,在該文章發表前 2 年同時接受了胰腺移植與腎臟移植,移植后血糖控制不佳,患者的每日胰島素需求量為 60 U,相當于 1.15 U/kg 體重,糖化血紅蛋白水平為 7.4%,空腹和刺激后的 C-肽水平均為 0.01 ng/mL,考慮胰腺移植失敗,遂又行胰島移植,將在 300 mL 胰島浮液中的 100 mL 輸入門靜脈后,門靜脈內的壓力從 5 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)增加到 23 mm Hg,盡管停止了輸液,但 30 min 后門靜脈血壓沒有下降;遂將胰島懸液(200 mL)移植到 GS;移植后患者的胰島素需求量在移植后降至 15 U/d,在同時進行胰島和腎移植后 18 個月和 48 個月分別為 20 U/d 和 27 U/d;作者認為在有門靜脈移植禁忌癥的情況下,將胰島移植到 GS 可能是一種安全選擇[15]。但由于該部位移植的研究時間短,缺乏大量的動物實驗及臨床試驗來進一步驗證。
綜上可認為胃腸道黏膜下層作為胰島移植部位具有消化內鏡創傷更小,無需更深度的麻醉,更容易實現手術操作和隨訪的特點,患者更容易接受,但該部位的臨床應用仍需要更多的研究。
4 皮下組織
皮下組織在解剖上很表淺,因此容易監測,同時移植物也便于取回;但由于皮下組織血供欠佳,對移植后的胰島細胞的存活缺乏有力的支持。因此借助生物材料就是一個可以考慮的調控移植胰島細胞環境的有效手段。Song 等[16]借助于 3D 打印技術將干細胞來源的β細胞置于可降解纖維蛋白凝膠中,然后移植到小鼠的皮下,結果顯示β細胞可以存活 12 周,之后可完整回收 3D 打印裝置。
胰島移植于皮下組織移植這方案具有可獲得相對較大的移植空間,同時移植的胰島細胞取回方便,但皮下組織血供差,胰島素的傳輸和外觀問題是皮下移植的缺點[17]。因此隨著相關技術的發展,比如 3D 打印和細胞封裝等技術,就可以促進該部位的胰島移植的進一步研究和臨床應用。
綜上可認為皮下組織手術操作簡單便捷,作為胰島移植有操作簡單的特點,同時可選擇的部位多,還有移植部位出現出血、感染等并發癥術后再次處理難度低的特點,若封裝和 3D 打印等技術獲得發展,可能是胰島移植臨床應用最廣泛的部位之一。
5 眼前房
眼前房是人體上唯一能不借助于手術就可以直接通過眼科專科工具進行觀察的部位,是可以在體觀測評估胰島移植效果的天然窗口。通過解剖可知,眼前房具有虹膜血管網豐富且氧供充足等特點,這些解剖和生理特點為大家在活體生理狀態下研究胰島移植提供了新思路。
Perez 等[18]將同種異體胰島移植到糖尿病狒狒模型的前房,實驗結果顯示胰島很容易移植到虹膜上,由于眼內移植物分泌胰島素,外源性胰島素需求減少;移植期間未觀察到對眼睛結構和功能的重大不良影響;這提示移植到眼前房后同種異體胰島可以長期存活并且保持功能。
Tun 等[19]將同種異體供體胰島移植到高脂飲食誘導的 2 型糖尿病猴子的一只眼前房虹膜,移植后 1 個月發生血管化,沒有發現該猴子眼壓變化、白內障形成、眼炎或視網膜血管變形,同時觀察到空腹血糖水平顯著降低,移植可以逆轉糖尿病的進展,糖化血紅蛋白和果糖胺在胰島移植后改善;這些結果進一步支持眼前房可能作為 2 型糖尿病患者臨床胰島移植位點。雖然實驗研究有一定效果,但眼前房空間小,無法容納較多的胰島是影響該部位進一步發展的制約因素。
可見,眼前房胰島移植操作簡單,眼前房有虹膜血管網豐富且氧供充足,動物實驗效果明顯,具有臨床研究前景。
6 腎與生殖腺
有研究將胰島細胞分別移植到腎包膜下和大網膜,研究結果顯示腎包膜下的胰島移植不如大網膜的移植效果[8]。劉定志等[20]觀察受體糖尿病小鼠分別接受同基因和異基因腎包膜下、小網膜囊和腋窩胰島移植,觀察不同部位移植胰島的組織學變化,組織學檢查發現腎包膜組和小網膜組胰島完整,有少量炎癥細胞浸潤;腋窩組胰島細胞被破壞,大量炎癥細胞浸潤;其認為腎包膜下胰島移植控制血糖效果良好,是胰島移植部位理想選擇之一。
Karakose 等[21]采用 3 組大鼠(對照組、卵巢組和腎包膜下組)進行研究,建立糖尿病模型后行胰島移植,移植后 30 d,結果顯示卵巢和腎包膜下組的平均血糖和 C-肽水平變化有統計學意義;組織學檢查顯示,在卵巢和腎包膜下組的胰島移植物中均檢測到顆粒胰島素承載細胞;腎包膜下組在組織學檢查中有炎癥征象;卵巢和腎包膜下組的胰島細胞均無空泡化;卵巢可能是胰島移植的新部位;但此研究的初步結果是否能在更多的動物模型中重現,并最終在人類身上重現仍有不確定因素。
在動物隱睪內移植胰島,移植后的胰島也能改善接受這些胰島移植的糖尿病動物的血糖控制,該提示胰島移植隱睪部位似乎提供了一個免疫保護作用,有助于胰島移植物的長期存活和功能維持[22]。
綜上可認為腎臟位于腹膜后,解剖位置深,臨床上如需開展,操作難度高,不是臨床胰島移植首要考慮的部位之一;在人類中,女性卵巢由于在盆腔內,位置深,不便于操作,而男性睪丸位置表淺可作為臨床胰島移植的部位選擇之一。
7 其他部位移植
除了上文敘述的這些部位,人們還嘗試過其他部位的胰島移植,不論是動物實驗,還是臨床試驗,目前均相對不成熟。其他嘗試過的部位如下:
7.1 骨髓腔
Wang 等[23]比較了糖尿病猴骨髓細胞與肝臟作為胰島移植部位的差異,發現移植到糖尿病恒河猴骨髓腔中的同種異體胰島比移植到肝臟中的胰島存活和功能維持的時間更長,這是首次在非人靈長類動物的骨髓腔中成功的同種異體胰島移植。由此可認為骨髓腔胰島移植開展研究少,需更多研究來分析,臨床上暫不會考慮其作為胰島移植的部位。
7.2 胰腺
和其他所有的胰島移植部位比,胰腺內行胰島移植會更接近生理特點。有研究在大鼠模型中行胰島細胞胰島實驗,發現和經門靜脈途徑(移植 3 200 個胰島)和腎包膜下途徑(1 000~2 000 個胰島)比較,不需同等多的胰島細胞量(移植 600 個胰島)移植到胰腺內就可調控血糖到正常水平,其認為胰腺是胰島的天然環境,與其他常規部位相比,它的優勢是需較少的胰島細胞量,從而增加了一個供體胰腺為一個或多個受體服務的可能性[24],但對全胰切除者不合適。由此可認為胰腺位于腹膜后,胰腺前方為胃腸道,臨床上操作難度不低,不是臨床胰島移植首要考慮的部位之一。
7.3 腎上腺
從生理學上可知,類固醇激素主要由腎上腺所分泌;從藥理學上可知,腎上腺分泌的皮質激素有抗炎和免疫抑制的作用。因此,胰島移植到腎上腺有構建局部抗炎和免疫抑制環境的優勢,但腎上腺內胰島移植的效果和腎包膜下胰島移植途徑的效果比較差異無統計學意義[25]。由此可認為腎上腺位于腹膜后,解剖位置深,同時臟器不大,增加了操作難度,不是臨床胰島移植首要考慮的部位之一。
8 小結與展望
不論是在實驗室還是在臨床上,目前已有大量研究對胰島移植的各個部位進行了不同程度的探索。隨著科技進步和醫學水平提高,伴隨著組織工程材料、預血管化技術、3D 打印、干細胞技術、細胞封裝等技術的進一步發展,肝臟門靜脈、大網膜、皮下組織可成為胰島移植的較為理想的選擇位點。
利益沖突:所有作者聲明不存在利益沖突。