综述：无支架内分泌组织工程：胰岛组织的作用及在 1 型糖尿病中的意义

这篇综述聚焦 1 型糖尿病（T1D），探讨无支架内分泌组织工程中 “假胰岛” 的应用。文中详述了 T1D 的发病机制、胰腺细胞间的相互作用，分析了假胰岛的制备技术及在疾病研究、治疗方面的应用，为 T1D 治疗提供了新方向和思路。

　　

1 型糖尿病现状与治疗困境

1 型糖尿病（T1D）是一种因 β 细胞（胰腺中分泌胰岛素的细胞）受自身免疫攻击引发的慢性高血糖疾病。在 T1D 发病的遗传和环境背景方面，遗传因素涉及人类白细胞抗原（HLA）和非 HLA 基因位点。HLA 基因位于 6p21 染色体，其中 HLA - DR 和 HLA - DQ 的某些 II 类基因与 T1D 遗传关联紧密，如 HLA - DR3 - DQ2 和 / 或 HLA - DR4 - DQ8 是重要风险因素，而 HLA - DR15 - DQ6 有一定保护作用 。非 HLA 基因则参与免疫系统细胞发育、分化及多种信号通路。环境因素如饮食中的麸质、肥胖、维生素 D 缺乏、感染（包括 COVID - 19）、肠道微生物群和药物等，也对 T1D 的病理生理过程有影响。

目前，糖尿病治疗的主要目标是实现血糖正常。T1D 患者因 β 细胞被破坏，治疗依赖每日多次注射胰岛素，严重时需进行 β 细胞替代疗法，如胰腺 / 胰岛移植。但胰腺移植受供体来源、手术并发症、免疫抑制药物使用等限制；胰岛移植虽有潜力，但也面临供体短缺、疾病传播风险、需多次移植等问题。

胰腺的细胞环境与通讯

1. 内分泌细胞：胰腺分为内分泌和外分泌两部分，内分泌部分中的胰岛（islets of Langerhans）对调节血糖和代谢活动至关重要。胰岛主要包含五种细胞：α 细胞（分泌胰高血糖素）、β 细胞（分泌胰岛素、C 肽和胰淀素）、δ 细胞（分泌生长抑素）、ε 细胞（分泌胃饥饿素）和 γ 细胞（分泌胰多肽）。这些细胞分泌的激素在血糖调节中发挥关键作用，例如胰岛素是血糖稳态的核心调节因子，参与从骨骼生长到内皮细胞功能等多种机制；C 肽能减轻糖尿病对心血管、神经和肾脏系统的不良影响；胰高血糖素与胰岛素作用相反，共同调节血糖水平 。此外，这些激素还通过旁分泌信号相互调节，如生长抑素抑制胰岛素和胰高血糖素释放，胰岛素对胰高血糖素分泌有负调节作用，但两者关系也存在争议 。不同细胞在胰岛中的定位和数量不同，且存在转录和功能异质性，细胞间的直接接触对胰岛素分泌至关重要，胰岛形态也影响胰岛素对葡萄糖刺激的反应。在 T1D 中，β 细胞大量减少，导致 α 细胞行为改变，如数量和胰高血糖素水平变化，同时还会出现功能障碍。此外，T1D 患者的 δ 细胞、γ 细胞等也会发生相应变化，影响胰腺的内分泌活动。
2. 细胞间接触信号传导：β 细胞具有极性，其极性决定了分泌行为，例如葡萄糖转运体（GLUT） - 2 位于侧面，含紧密连接蛋白 ZO - 1 的结构位于顶端。间隙连接（gap junctions），尤其是由连接蛋白 36（connexin - 36）构成的间隙连接，对 β 细胞间的代谢和电耦合至关重要，在 T1D 发病时，间隙连接耦合减少，增加了 β 细胞对凋亡的敏感性 。黏着连接（adherens junctions）由 E - 钙黏蛋白和 N - 钙黏蛋白等构成，对 β 细胞功能有重要作用，能调节胰岛素颗粒池，促进葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS），还参与胰岛的组织形成和细胞分化。此外，胰岛中还存在其他细胞间通讯相关蛋白，如 EphA 受体酪氨酸激酶及其配体 ephrin - A，对胰岛素分泌有调节作用；紧密连接蛋白如 claudin - 4 与 β 细胞的成熟和去分化有关；跨细胞神经连接蛋白 - 2（neuroligin - 2）能刺激胰岛素释放 。
3. 胰岛毛细血管与细胞通讯：胰岛富含血管，以运输激素并维持自身功能 。胰岛素分泌受血糖浓度调控，高血糖刺激胰岛素分泌，胰岛素经内皮细胞间隙和小窝介导的跨内皮运输进入血液循环 。内皮细胞通过多种方式摄取胰岛素，并与 β 细胞通过物理和可溶性因子相互作用，如内皮细胞分泌的因子能刺激胰岛素释放，支持 β 细胞存活；β 细胞分泌的因子也能调节内皮细胞的生理活动 。此外，胰岛还产生细胞外囊泡，对内皮细胞有抗凋亡和促血管生成作用 。周细胞覆盖胰岛血管，调节血管直径和血流，支持 β 细胞功能，但在 T1D 中，周细胞功能失调，影响胰岛灌注，导致血管变化。
4. 外分泌胰腺与细胞接触：外分泌胰腺负责消化过程，分泌多种消化酶 。在 T1D 中，外分泌胰腺受损，相关酶和蛋白质水平下降，腺泡细胞数量减少，部分细胞可重编程为 β 细胞 。外分泌胰腺中的细胞间连接，如基于连接蛋白 32 和 26 的间隙连接，以及 E - 钙黏蛋白等，对维持外分泌胰腺的结构和功能至关重要。
5. 免疫系统细胞及其他：胰腺中还存在胰腺星状细胞（PSCs）、免疫细胞和神经系统细胞等。PSCs 在胰腺中储存维生素 A，激活后可分泌细胞外基质（ECM）蛋白和多种可溶性因子，在糖尿病和胰腺癌等疾病中发挥重要作用 。巨噬细胞是胰腺中主要的免疫细胞，具有双向作用，既能促进 β 细胞损伤和胰岛素抵抗，也能保护和再生 β 细胞 。树突状细胞参与抗原呈递，T 细胞、B 细胞等淋巴细胞也在胰腺免疫调节中发挥作用 。神经系统通过神经纤维分泌的因子参与胰腺活动调节，如影响胰岛素分泌等。

无支架人工胰岛设计策略

鉴于 T1D 的病因，细胞治疗和实验模型旨在模拟天然环境，促进胰岛素分泌，减少细胞 / 移植数量，寻找替代胰岛素分泌细胞来源，并提供辅助细胞以促进细胞活力和血管化 。无支架策略中的多细胞组装是研究热点，通过细胞组合和基因工程，可构建类似胰岛的 3D 结构，即假胰岛（pseudoislets）。常见的假胰岛制备技术包括非粘附塑料培养皿法、PDMS 凹形模具法、悬滴法、3D 旋转培养法、微流控芯片法等，每种技术都有其优缺点，但都为糖尿病研究提供了有效工具 。

人工胰岛的应用

1. β 细胞替代疗法：3D 培养系统在 β 细胞替代疗法中应用越来越广泛，假胰岛在研究中展现出控制细胞数量、防止移植后无限生长、模拟天然胰岛组织等优势，有望实现血糖正常化 。但假胰岛与天然胰岛仍存在差异，如内分泌细胞分布、胰岛素分泌模式、基因表达等方面，不过它们在糖尿病研究和临床移植中仍具有重要意义，可用于建立 T1D 发展的模型，分析细胞因子介导的损伤和药物效果等 。
2. β 细胞来源探索：β 细胞来源是 T1D 治疗的关键问题，目前研究了多种替代来源，如重编程的胰岛 α 和 γ 细胞、胰腺外分泌细胞、转分化的人类肝细胞、干细胞等 。通过建立分化方案，可将这些细胞诱导形成具有胰岛素分泌功能的细胞团，但仍面临胰岛素分泌水平低、细胞功能不稳定等挑战 。
3. 免疫保护策略：免疫排斥是器官 / 细胞移植的难题，免疫隔离屏障和细胞免疫抑制方案是解决途径 。调节性 T 细胞（Tregs）、Sertoli 细胞等可提供免疫保护，基因工程细胞表达 Treg 招募因子也有潜力增强移植效果 。
4. 优化培养条件：氧气水平和氧化应激影响胰岛素分泌和假胰岛功能 。控制氧气转移、减少氧化应激的方法包括设计特殊的培养系统、添加抗氧化剂、促进血管化等 。此外，动态培养系统模拟体内环境，对假胰岛的转录组学和代谢组学有独特影响，可用于疾病建模、药物筛选等 。
5. 基因操作与临床应用：基因操纵可改善胰岛功能，如转导相关基因可促进胰岛素分泌、抑制免疫反应 。目前，胰岛和胰岛样组织已进入临床试验阶段，干细胞在其中备受关注，部分研究显示出良好的血糖控制效果，但仍需更多研究验证。

结论与未来展望

T1D 发病率不断上升，现有治疗方法存在诸多弊端 。无支架人工胰岛为 T1D 治疗带来希望，假胰岛在模拟天然组织、免疫保护和功能改善方面有进展，但仍处于临床前阶段，面临标准化、β 细胞异质性、模拟细胞和细胞外环境、供体短缺和临床试验不足等挑战 。未来研究需利用更稳定的细胞，分析神经系统对假胰岛电生理学的影响，采用基于流动的系统，开发自体胰岛来源系统，以推动胰岛模拟物从实验室走向临床应用。