间充质干细胞外泌体在糖尿病治疗中的应用

间充质干细胞（MSCs）是一种来自于中胚层的多能干细胞，具有高度的自我更新及多向分化潜能，并在适宜的条件下具有诱导分化为肌细胞、软骨细胞、成骨细胞、成脂细胞 等多种细胞的能力。

MSCs不仅具有多向分化潜能，而且还具有免疫调节功能，可抑制多种免 疫细胞的性能，调节免疫应答。

近年来，研究发现，来源于 MSCs 的外泌体（MSCs-Exo）具有与 MSCs 相似的组织损伤修复和再生功能。外泌体（exosome）是多种细胞分泌的膜外小囊泡，直 径 30 ~ 200 nm，可以转运核酸、脂质和蛋白质，参与细胞间的信息交流。

与 MSCs 相比，外泌体 用于临床疾病的治疗更加稳定，体内同种异体给药后免疫排斥反应的可能性较低，并可为各种 疾病提供替代疗法。MSCs-Exo 逐渐成为新的研究热点。

胰岛图像显示胰岛素产生细胞（绿色）的细胞核（蓝色）中的增殖标记（红色染色）。

目前,全世界约有 4.25 亿糖尿病患者。糖尿病是一种慢性疾病，是由于胰岛素缺乏而导致的血糖异常升高。持续的高血糖会诱导糖尿病的发生，从而降低了患者的生活质量，给全球的卫生系统带来了相当大的负担。

2 型糖尿病(T2DM)是糖尿病中最为常见的类型，大约占90％左右，其特点是胰岛素缺乏的同时，伴有胰岛素作用靶组织出现不同程度的胰岛素抵抗，而 且大多患者有肥胖症状。

除此以外还有其他类型的糖尿病，比如由于β细胞的自身免疫破坏导致的胰岛素绝对缺乏形成的 1 型糖尿病(T1DM)、由于β细胞关键的功能基因发生突变导致的年轻的成年发病型糖尿病(MODY)，以及成人隐匿性自身免疫性糖尿病(LADA)等。

目前治疗糖尿病药物很难保证血糖的稳态，血糖的波动导致并发症的控制并不理想。因此，提供一种易于检测的生物标志物，尽早的发现血糖的异常波动,有效预防危及生命的并发症的发生发展十分重要。

近年来,外泌体(exosomes, Exos)不仅被认为是代谢性疾病的生物标志物，而且与疾病的发病的病因有关。因此，有关糖尿病 期患者外泌体相关研究可能会帮助医学工作者识别出具有患糖尿病风险的病人，并且可以提供患者发病原因的信息，来源于糖尿病患者的外泌体中的 miRNA 还可以监测病情的发展情况,使人类对于糖尿病有更加深入的了解。

近几年，外泌体中的 miRNA 在糖尿病中作用的研究已经成为热点，这可能会为治疗糖尿病开发出新的治疗药物或是药物的运输载体。

外泌体富含 mRNAs、microRNAs、lncRNAs 和蛋白质等，可以介导细胞增殖、细胞分化、细胞存活、 免疫调节与组织再生。外泌体还能够通过血液 循环到达机体的各个组织与器官，释放内容物影响细胞的生理病理状态，与多种疾病的发生发展密切相关。

截至目前，全球注册的有关细胞外泌体治疗糖尿病的临床试验有243项。其中我国注册项目46项，主要涉及1型糖尿病、2型糖尿病及糖尿病血管病变、神经病变、糖尿病足等并发症的治疗。总之，近年来外泌体在糖尿病及其并发症诊断与治疗方面的应用前景获得了广泛关注。

1.外泌体在糖尿病治疗中的应用研究

外泌体可在细胞间传递生物活性分子，对靶细胞产生明显的生物学效应，理论上为开发新的治疗应用提供了应用基础。 

外泌体作为治疗载体有以下 优点：患者自身血液中分离出的外泌体具备免疫相容性；外泌体因其自身机构特点，可穿过血脑屏障， 有更高的组织相容性；外泌体具备与其来源细胞相似的功能，如间充质干细胞释放的外泌体具有 与其类似的免疫调节作用，可诱导组织再生。 

改善糖耐量，提高胰岛素敏感性

在高脂肪饮食和链脲佐菌素注射下诱导的 2 型 糖尿病大鼠模型中，尾静脉注射人脐带间充质干细胞来源外泌体可以改善糖耐量，提高胰岛素敏感性， 表现为空腹血糖明显下降和大鼠体重显著降低。 

研究显示，鼠外泌体源 miR-106b-5p 和 miR-222-3p 可参与骨髓移植诱导的 β细胞再生，且静脉注射相 应的 miRNA 模拟物可促进损伤后 β细胞的增殖，改善胰岛素缺乏性糖尿病患者的高血糖；骨髓移植可增加血清外泌体中 miR-106b-5p 和 miR-222-3p 的水 平；miR-106b-5p 和 miR-222-3p 抑制骨髓移植诱导 的 β细胞再生，外源性给药 miR-106b 和 miR-222 促 进创伤后 β细胞再生，从而改善糖尿病大鼠的血糖水平。

研究发现，外泌体对改善糖尿病患者胰岛功能和肝脏糖脂代谢有显著功效，患者治疗后实现降糖或停用胰岛素，C 肽水平升高，生活质量提升。

临床研究发现，糖尿病患者接受外泌体移植治疗1年后，血糖控制水平较移植前明显改善，糖化血红蛋白显著下降，检查显示移植的胰岛细胞存活并保持良好功能，胰岛功能恢复有效率达90%以上。

促进受损胰腺β细胞修复再生

糖尿病的病理解剖均呈现为细胞损伤性疾病。由于胰岛β细胞的功能被破坏缺失，造成胰岛β细胞数量减少，胰岛素分泌不足或胰岛素产生抵抗，从而导致血糖升高，形成糖尿病。

外泌体疗法以其极强的自我更新能力及多向分化潜能成为获得大量胰岛β细胞的最佳种子细胞来源。目前已证实人脐带间充质干细胞、人诱导多能干细胞来源间充质干细胞可以分化为胰岛素分泌细胞。

通过将外泌体移植到糖尿病患者体内，利用细胞外泌体的生物学特性，重启患者机体自身修复和再生能力，不断修复体内受损的胰岛组织和替代受损的胰腺β细胞，恢复胰岛功能，促进胰岛素分泌，从而达到临床治愈糖尿病及其并发症目的。

2.外泌体在糖尿病并发症诊断中的应用研究 

糖尿病患者体内长期高血糖水平和微炎症环境，使大血管、微血管受损，可危及心、脑、肾、眼、足等器官及周围神经，引发糖尿病并发症，如糖尿病肾 病、糖尿病视网膜病变以及糖尿病心血管疾病等。 

在糖尿病并发症中，随着病情的发展，循环外泌体也 出现了一系列变化：糖尿病肾病的尿外泌体 WT1 （Wilms tumor 1）miRNA 明显增加，可作为糖尿病肾病患者的诊断标志物，且体外实验表明高糖处理的 足细胞中 WT1 表达降低，即高糖刺激显著影响足细胞的稳态平衡，导致 WT1 的细胞质易位，并释放含 有 WT1 蛋白和 mRNA 的外泌体。

外泌体携带的 hsa_circ_0005015 表达在糖尿病视网膜中显著上调， 即糖尿病视网膜病变患者的视网膜前纤维血管膜的 circ_0005015 表达明显高于非糖尿病患者特发性视网膜前膜，且糖尿病视网膜病变患者血浆中的 circ_ 0005015 表达升高对比白内障患者和健康对照者具有一定特异性，有望成为糖尿病视网膜病变的潜在 生物标志物。

3.外泌体在糖尿病并发症治疗中的应用研究

外泌体在糖尿病视网膜病变治疗中的应用

研究发现，视网膜组织中外泌体携带 miR-222 的表达水平与血清葡萄糖浓度之间存在显著的负相关，并与血清胰岛素呈显著正相关，miR-222 在糖尿 病对照组的视网膜组织中表达显著降低。在链脲佐菌素诱导的糖尿病家兔模型中，静脉、结膜下和眼内注入间充质干细胞外泌体，可以促进兔糖尿病视网膜变性的修复，即间充质干细胞衍生的外泌体通过其向视网膜细 传递 miR-222 的作用，在视网膜组织修复中发挥重 要作用。

外泌体在糖尿病肾病治疗中的应用 

糖尿病长期高血糖浸润和微炎症环境可导致肾脏实质性损伤，间质干细胞来源外泌体治疗后可显著降低血糖、血清肌酐、尿素氮和尿蛋白排泄量水平，改 善肾脏结构与功能。 

此外，在链脲佐菌素诱导的 糖尿病大鼠模型中，尾静脉注射人尿干细胞来源的 外泌体，可通过抑制 caspase-3 蛋白酶的过表达，促进血管再生和细胞存活，减少足细胞凋亡，表明尿干细胞外泌体可能具有预防糖尿病肾脏损害的能力；人尿来源干细胞外泌体用于糖尿病大鼠，可显著抑制尿白蛋白肌酐比值，对肾脏起到一定的保护作用。

Balb/c 鼠经链脲佐菌素诱导糖尿病后，肾脏重 量、血糖、24h尿微量白蛋白和尿肌酐水平异常升高，反复尾静脉注射鼠源脐带间充质干细胞可显著 改善异常血糖、24h尿微量白蛋白和尿肌酐水平， 也可改善其肾小球肥大、基底膜增厚和纤维化。

外泌体在糖尿病心血管并发症中的应用

糖尿病大鼠心肌细胞中的心脏保护信号可以通过非糖尿病动物的胞体被激活。分离非糖尿病大鼠和糖尿病大鼠心肌细胞，缺氧复氧后，非糖尿病大鼠的细胞死亡数少于糖尿病大鼠，表明非糖尿病大鼠 心肌细胞中外泌体对细胞有一定保护作用；此外，研 究还发现，糖尿病患者血液中分离出的外泌体不足以保护原代心肌细胞免受缺氧和复氧损伤，而非糖尿病患者血液中的外泌体可将细胞死亡率降低近 20％。由此表明，从血浆或适当的细胞来源中获得 的外泌体，可能会成为一种糖尿病治疗的新型心脏保护剂。

总之，外泌体在体液中的稳定循环及其与反应病程具 有一致性的特点，为外泌体作为糖尿病及其并发症 的生物标志物提供了基础。此外，与细胞疗法相 比，外泌体疗法稳定性更高，储存和管理更容易，移植安全隐患小；免疫排斥反应可能性低，为开发新的治疗应用提供了条件。对外泌体的深入研究可以帮助我们深入了解代谢性疾病的发生机制， 为糖尿病及其并发症防治提供新的思路与方向。