干细胞疗法成为修复糖尿病视网膜神经血管的新方法

糖尿病视网膜病变 (DR) 是糖尿病 (DM) 最常见的微血管并发症，并且仍然是全球工作年龄成年人失明的主要原因。在糖尿病患者中，2020年DR的全球患病率估计为22.27%，威胁视力的DR患病率为6.17%。

糖尿病是一种日益严重的全球疾病，国际糖尿病联合会估计，到2021年，全球糖尿病患者人数将达到5.37亿，预计到2030年将达到6.43亿，到2045年将达到7.83亿。因此，DR在未来几年将成为一个更具挑战性的健康问题，并且在疾病的各个阶段都需要新的治疗方法。

目前的临床分类主要基于微血管病变，但糖尿病会对视网膜的脉管系统、神经元和神经胶质造成损害是公认的。

与糖尿病相关的主要微血管和大血管并发症。部分图像改编自Servier Medical Art。[描述和图片取自rcsb.org]

糖尿病视网膜病变的临床分类

临床上，DR根据解剖学特征和眼底照片上可检测到的血管病变的存在和严重程度进行分类（见图1）。

图1：根据DR的国际分类，显示糖尿病视网膜病变 (DR) 五个阶段的超广角眼底图像

DR的第一级是“无视网膜病变”（指视网膜眼底图像中没有“明显的”视网膜病变）。

第二级“轻度NPDR”，其特征在于仅微动脉瘤。两组在几年内发生重大进展的风险都非常低。

第三级，“中度NPDR”，其特征不仅仅是微动脉瘤，例如存在视网膜内出血和/或硬性渗出物和/或静脉串珠，但低于重度NPDR；该组进展的风险显著增加。

第四级，“重度NPDR”，具有以下任一特征：四个象限各有20次以上的视网膜内出血；至少两个象限出现静脉串珠，至少一个象限出现视网膜内微血管异常 (IRMA)，但没有增殖性视网膜病变 (PDR) 的迹象。

造成糖尿病视网膜病变主要因素

视网膜神经血管单元完整性的进行性丧失是疾病发病机制的核心要素。视网膜缺血和炎症过程驱动相互关联的病理，例如血视网膜屏障破坏、液体积聚、神经胶质增生、神经元丢失和/或异常新血管形成。

长久的血管扩张导致了微动脉瘤和血管结构上的改变：基底膜增厚、周细胞变性和内皮细胞增生。周细胞变性破坏了毛细血管的完整性，继而损害血-视网膜屏障，导致了管腔缩窄和血流改变，到DR后期出现了视网膜缺血及新生血管。一旦出现新生血管则标志着进入增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)。视网膜新生血管及纤维化是PDR的特征，其与VEGF、Ang-2等多种因素有关。

目前对DR主要有以下几个方面的防治手段

1. 控制血糖、血脂，以保护血-视网膜屏障，降低微血管并发症风险，但仍无法阻止DR的发生发展。

2. 抗VEGF药物：此类药物主要代表有Lucentis和Conberept 两种。通过对VEGF的拮抗作用从而 抑制新生血管的产生、使减视网膜微血管渗漏轻，使视网膜水肿减轻，其在眼内新生血管类疾病的临床治疗中取得较确切的疗效，但其作用的时间较短，存在一定的全身及眼部并发症风险。

3. 激光治疗：是通过破坏视网膜外层，降低其耗氧量和新陈 代谢，使得内层获得更多的营养供给和氧，以减少新生血管，从而延缓增殖性病变的发生、发展，但它是一项破坏性治疗，仅能延缓病程，治标不治本。

4. 玻璃体手术治疗：是目前治疗PDR较为有效的方法，但手术存在风险，多是用于DR发展到晚期的患者，其可以改善部分患者视功能，但无法修复已造成的损害和改变疾病的发展。不难看出，目前对于DR的治疗手段非常有限，而且缺乏针对其早期微血管损害及发病机制的治疗措施。

干细胞治疗视网膜血管病变

随着干细胞研究的不断深入，其在临床治疗研究也取得了飞速的发展。目前国外已有多项干细胞临床试验获得正式批准，其中骨髓来源的干细胞已获批用于DM及其并发症(如糖尿病神经病变、慢性肢体缺血及糖尿病足等)的多项临床研究。

当前治疗视网膜血管病变的细胞有胚胎干细胞、成体干细胞、间充质干细胞、髓样血管生成细胞、内皮集落形成细胞、诱导多能干细胞、脂肪干细胞(ASC) 。

视网膜的结构和可用于恢复糖尿病视网膜病变中受损细胞的各种干细胞的概述

ECFC内皮集落形成细胞；MAC骨髓血管生成细胞；MSC间充质基质/干细胞；ASC脂肪基质/干细胞；iPSC诱导的多能干细胞；RPC视网膜祖细胞。

众多细胞当中对糖尿病视网膜病变最为颇深的还是要属间充质干细胞了。

间充质干细胞(MSCs)是来源于胚胎中胚层的一类成体干细胞，其具有多向分化、定向损伤部位迁移及修复、神经营养、免疫抑制和抗炎等功能。MSCs的免疫原性极低，性能稳定，且易于获取及扩增，因而具有相当的临床应用潜力。

目前，美国国立卫生研究院记录在案的有关MSCs的临床研究已有上百项，其中包括多种退行性病变、神经损伤、自身免疫性疾病、器官移植、血管性疾病、重度感染和骨关节重建等病种，而且已取得了一些可喜的结果。

干细胞移植治疗糖尿病视网膜机制

近年来，间充质干细胞用于DR动物实验已有较多文献报道，结果表明间充质干细胞对糖尿病视网膜病变有良好的保护和修复作用，主要体现在：

1.通过全身输注的方式给药，部分细胞定向归巢于胰腺，并分化为胰岛细胞，发挥降低血糖的作用；

2.受损细胞可被间充质干细胞定向分化替代，有研究发现，间充质干细胞静脉注射糖尿病大鼠后，其能够向受损的视网膜进行迁移，并能表达星形胶质细胞和光感受器细胞的标志物；

3.间充质干细胞的神经保护作用可以延缓或减轻视网膜组织的损伤：间充质干细胞能大量分泌神经营养因子，在DR动物模型中，静脉注射间充质干细胞后血-视网膜屏障功能和视网膜组织结构可有效地被改善；

4.间充质干细胞向组织受损部位和炎症迁移的功能，其可以快速地被招募到损伤部位，继而促进血管的修复，另外局部炎性反应通过旁分泌机制被抑制，从而保护和营养细胞组织，促进创伤的愈合。

干细胞移植治疗糖尿病视网膜病变的临床案例

临床探究采用自体骨髓间充质干细胞(ABMSCs)静脉输注的治疗方式，初步探讨其对DR治疗的安全性和有效性，为临床治疗DR探索新的治疗方法。

方法

1. 纳入确诊的DR患者17例，其中包括重度非增殖性糖尿病视网膜病变 (NPDR)19眼和轻度增殖性糖尿病视网膜病变 ( PDR)15眼。

2、采集患者病史，并进行全身及眼部检查，主要项目包括肝肾功、糖化血红蛋白 (HbA1c)、最佳矫正视力(BCVA)、眼底荧光造影(FFA)、光学相干断层扫描(OCT)、视觉电生理指标等，并对结果进行分析。

3、经骨髓穿刺获取患者自体骨髓，再由自体骨髓分离MSCs，在完成ABMSCs的扩增及鉴定后，对患者进行单次静脉输注ABMSCs：3×106细胞/Kg。

4、通过对治疗前及治疗后1月、3月和6月的肝功、肾功、心肌酶谱、炎症因子、HbA1c、BCVA、电生理指标、OCT、FFA等结果分析，对ABMSCs静脉输注治疗的 安全性和有效性作出初步评价。

结果

1、17例患者进行骨髓采集和MSCs的分离与扩增，均获得成功。

2、17例患者在自体骨髓间充质干细胞静脉输注治疗过程中及6个月随访期间无一例不良事件发生，定期监测肝肾功、心肌酶谱等指标，16例患者治疗前后各项指标均无较大波动，仅1例患者CK值在随访期间有明显上升，但定期随访并无不良反应及其他生化指标的明显异常。

3、自体骨髓间充质干细胞移植具有明显的降血糖作用

自体骨髓间充质干细胞治疗后患者的空腹血糖值明显降低。

治疗前该组患者的空腹血糖值为8.30±2012mmol/L，治疗后1月降低为7.01±2.51mmol/L，治疗后3月降低最显著，为6.51±2.35mmol/L，6月时空腹血糖值为6.97±2.10mmol/L，虽略有回升，但仍显著低于治疗前，见表4和图5。可见，ABMSCs移植治疗具有显著的降血糖作用。

糖化血红蛋白(HbA1c)是血糖和血红蛋白结合的不可逆产物，其生成量与血糖浓度成正比，且可维持120天左右，该指标的测定反映了患者近8～12周的血糖水平。ABMSCs移植治疗后患者的HbA1c值明显降低。治疗后1月、3月和6月HbA1c值均显著低于治疗前水平 (p值均<0.05)(表5，图6)，表明ABMSCs移植对DR患者的血糖控制具有显著作用，且作用时间持久。

4、自体骨髓间充质干细胞移植对血中炎症因子含量的影响

IL-6显著升高：ABMSCs移植治疗后外周血中IL-6水平较治疗前显著升高。治疗前IL-6平均水平在正常值范围内，治疗后均高于正常参考值。治疗后患者的外周血IL-6平均水平在治疗后1月显著增高(p<0.05)，3月时增高达高峰(p<0.05)，6月仍显著高于治疗前水平(p<0.01)，见表6和图7。

5、静脉输注自体骨髓间充质干细胞治疗对患眼视力具有明显改善作用

自体骨髓间充质干细胞移植治疗后，所有患眼中，治疗后1月时较治疗前有8眼提高(8/34，23.53%)，19眼稳定(19/34，55.88%)，7眼下降(7/34, 20.59%)；3 月时15眼提高(15/34, 44.12%)，14眼稳定(14/34，41.18%)，5眼下降(5/34, 14.71%)；6月时11眼提高(11/28, 39.29%)，12眼稳定(12/28，42.86%)，5眼下降(5/28, 17.86%)。虽然改善的趋势明显，ABMSCs治疗对NPDR组BCVA稳定及改善作用较PDR组好。

6、FERG是神经节细胞之前的视网膜功能的客观反映。Ops波幅值及暗适应3.0b/a值均在治疗后呈现上升的趋势，但无统计学意义。NPDR组OPs波幅值在治疗前后均明显高于PDR组(p<0.05)。FVEP P2波幅值、 波峰时、波幅/峰时值ABMSCs治疗后无显著变化(P>0.05)。

但是，PVEP P100波幅值在治疗后6月较治疗前明显下降(P<0.05)，P100波峰时在治疗后6月较治疗前明显延迟(p<0.05)，P100波A/P值在治疗后较治疗前6月较治疗前明显下降(p<0.05)。

7、黄斑中心凹厚度及黄斑区平均厚度，在治疗前后均无显著差异(P>0.05)。治疗 前后NPDR组黄斑中心凹厚度均明显低于PDR组(p<0.05)。

8、自体骨髓间充质干细胞移植治疗重度非增殖性糖尿病视网膜病变（NPDR）

视网膜微血管瘤数量治疗前后无显著差异(p>0.05)。观察眼底新生血管情况，治疗后3月19眼中有3眼出现新生血管(3/19，15.79%)，治疗后6月14眼中有9眼出现新生血管(9/14，64.29%)。

研究中也对自体骨髓间充质干细胞静脉输注治疗的安全性进行了严格的观察与验证。17例患者在自体骨髓间充质干细胞静脉输注治疗过程中及6个月随访期间无一例不良事件发生，定期监测肝肾功、心肌酶谱等指标，16例患者治疗前后各项指标均无较大波动， 仅1例患者CK值在随访期间有升高，但定期随访并无不良反应，拟延长随访时间观察其是否有不良反应。

现已有较多的动物实验和临床研究也很好地证明了间充质干细胞用于静脉输注治疗的安全性。故应用自体骨髓间充质干细胞静脉输注治疗DR是具有足够安全性的.

控制血糖是治疗糖尿病视网膜病变的关键。文献报道MSCs可分化为β细胞促进胰岛的修复，发挥控制血糖水平的作用。本研究中，自体骨髓间充质干细胞治疗后患者血糖水平明显降低，但在随访6个月后有所回升，说明自体骨髓间充质干细胞治疗可以控制血糖水平，但有 一定的时效性。血糖水平的控制，对延缓DR病程的发展将会发挥重要作用。

结论

本研究首次采用自体骨髓间充质干细胞静脉输注治疗DR，经长达6个月的多项指标观察，证明此治疗方案具有很好的安全性。

总之，研究表明自体骨髓间充质干细胞静脉输注治疗DR具有较好的安全性，并显示显著的降血糖和调节炎症反应的作用，对视力、视觉电生理指标以及眼底病理改变具有一定的改善趋势。