Инсулин-продуцирующие клетки поджелудочной железы из костного мозга и новые надежды в лечениии диабета: миф или реальность?

А начлось всё ещё 20 лет назад, кода были предприняты первые попытки трансплантации костного мозга при экспериментальном диабете [11,12]. Оказалось что клетки костного мозга способны блокировать развитие аутоиммунного процесса и вызывать нормогликемию у экспериментальных животных. Более "осовременненное" исследование такого рода появилось год назад [7]. Уже "очищенные" гемопоэтические клетки (ГК), более детальный анализ механизма действия на аутоиммунный процесс и Т-клетки хозяина и ко-трансплантация клеток костного мозга и островков.

На ингибирование аутоиммунного процесса направлены и генотерапевтические методы с использованием ГК [10]. Следующий обсуждаемый возможный механизм действия клеток костного мозга - их прямая трансдифференцировка в бета-клетки. Итак, возможно ли это?

Первая "глобальная" работа прошлого года была опубликована группой Andreea Ianus [1], где была показана возможная дифференцировка клеток костного мозга мыши в бета -клетки in vivo (при их введении) без признаков слияния клеток. Клетки костного мозга модифицировали генетически так, что при начале синтеза инсулина они начинали продуцировать и зелёный флюоресцентный белок, (т.е. "светиться зелёным" при флюоресцентной микроскопии). Через 4-6 нед. после трансплантации около 2-3% клеток донорского костного мозга"светились", при 70-90% эффективности интеграции (engraftment). Эти клетки были отсортированы и экспрессировали типичные для бета-клеток маркёры, синтезировали инсулин и отвечали на стимуляцию глюкозой.

В комментарии к этой статье [3] приведены возможные причины и объяснения такого "поведения" клеток костного мозга. В частности указываются некие онтогенетические пути, объединяющие эти ткани, и экспрессию общих поверхностных рецепторов (например Kit (CD117)). Очень интересным представляется поиск возможной популяции клеток костного мозга, обусловливающей подобный "лечебный" эффект. Среди возможных кандидатов - гемопоэтические клетки (положительное влияние которых на течение диабета было описано и ранее) и так называемые MAPC (multipotent adult progenitor cells), открытые 2 года назад группой Catherine M. Verfaillie. Нет никаких указаний на возможное участие мезенхимальных стволовых клеток.

Следующая значительная работа появилась в июльском Nature Biotechnology [2]. Авторы ставят под сомнение возможность прямой трансдифференцировки клеток костного мозга в бета -клетки. Указывается, что коррекция экспериментального диабета происходит из-за стимуляции регенерации собственной поджелудочной железы, за счёт введённых клеток.

Но в середине года появляются in vitro-работы, указывающие на возможность синтеза инсулина клетками костного мозга. Австралийская группа "заставила" человеческие стволовые клетки костного мозга вырабатывать инсулин путём трансфекции ретровирусной ген-конструкцией, содержащей проинсулиновую к-ДНК человека. Причём как гемопоэтические клетки (2 линии, полученные из ACCC), так и первичные мезенхимальные. Да, может быть и незачем заниматься клеточной заместительной терапией, ведь есть генная - тут уж нсулин-продукция наверняка [6].

Сомнительная работа наших учёных (Корочкин ЛИ, Щегельская ЕА и соавт.) выходит в журнале "Онтогенез" [13]. Хотя и показана возможность получения инсулин-продуцирующих клеток из стромальных стволовых костного мозга in vitro, но вызывает сомнение "чистота" эксперимента. Для индукции дифференцировки использовали кондиционированную среду, а инсулин-продукцию регистрировали только иммуноцитохимически. Но при таком подходе очень велика вероятность ложно-положительных результатов и только иммуноцитохимии тут недостаточно.

Простой и красивый эксперимент был проведён недавно японской группой под руководством Watada H. Мышам с экспериментальным диабетом (стрептозотоциновая модель) вводили сингенный костный мозг, трансгенный по зелёному флюоресцентному (GFP) белку. Клетки с зелёным свечением были найдены в ткани железы, в том числе и в островках, но ни одна из них не секретировала инсулин. Для усложнения эксперимента, через 5 недель от момента трансплантации костного мозга, вновь вводили низкие дозы стрептозотоцина. Но и усиление повреждения островков не приводило к появлению инсулин-позитивных донорских клеток в ткани железы. Таким образом, в этом эксперименте не было получено очевидных доказательств прямой трансдифференцировки клеток костного мозга в бета-клетки поджелудочной железы при моделировании диабета.

И наконец, в последнем исследовании [5], опубликованом только что в январском номере журнала Diabetes, изучается роль эндотелиальных прогениторных клеток, исходящих из костного мозга, в регенерации бета-клеток.

Крысам с экспериментальным повреждением бета-клеток вводили сингенный костный мозг, меченый генетически. После трансплантации донорские клетки обнаруживали повсемесно во всей ткани железы. В то время как общее количество донорских клеток костного мозга постепенно снижалось в ткани железы, количество эндотелиальных клеток донорского и собственного происхождения - увеличивалось в зависимости от степени повреждения. Не было выявлено никаких признаков дифференцировки донорских клеток в инсулин-продуцирующие. Наблюдались признаки усиления васкуляризации ткани железы (т.е. стимуляции ангиогенеза). Исследователи делают вывод, что трансплантация костного мозга при экспериментальном диабете способствует регенерации островков и бета-клеток, как минимум за счёт стимуляции ангиогенеза (по-видимому, через эндотелиальные прогениторы), но не восстанавливает количество функционирующих бета-клеток за счёт прямой трансдифференцировки. Так что, введение стволовых клеток костного мозга рекомендуют и как сопутствующее аллогеной трансплантации островков или бета-клеток [5].

Таким образом, набирается около 10 весомых работ по клеточной терапии диабета стволовыми клетками костного мозга. Механизм действия этих клеток остаётся полностью не выясненым. Чётко установлено антиаутоиммунное действие ГК и "стимуляция регенерации" разными путями собственных островков железы. Вопрос о возможной прямой трансдифференцировке клеток костного мозга в бета-клетки остаётся открытым и вызывает сомнения.

Тем не менее, такая терапия, по-видимому, всё-таки имеет смысл.

литература:

1. Ianus A, et al. In vivo derivation of glucose-competent pancreatic endocrine cells from bone marrow without evidence of cell fusion. J Clin Invest 2003; 111: 843–850
2. Hess D, et al. Bone marrow-derived stem cells initiate pancreatic regeneration. Nat Biotechbol 2003; 21; 7: 763-770
3. Lee VM, Stoffel M. Bone marrow: An extra-pancreatic hideout for the elusive pancreatic stem cell? J Clin Invest 2003; 111; 6: 799–801
4. Choi JB, et al. Little evidence of transdifferentiation of bone marrow-derived cells into pancreatic beta cells. Diabetologia 2003; 46; 10: 1366-1374
5. Mathews V, et al. Recruitment of bone marrow-derived endothelial cells to sites of pancreatic beta-cell injury. Diabetes 2004; 53; 1: 91-98
6. Wong RYL, et al. Synthesis and release of human (pro)insulin in human BM progenitor cells. Cytotherapy 2003; 5; 3: 273-275
7. Beilhack GF, et al. Purified allogeneic hematopoietic stem cell transplantation blocks diabetes pathogenesis in NOD mice. Diabetes 2003; 52; 1: 59-68
8. Domenick MA, Ildstad ST. Impact of bone marrow transplantation on type I diabetes. World J Surg. 2001; 25; 4: 474-480
9. Lechner A, Habener J. Stem/progenitor cells derived from adult tissues: potential for the treatment of diabetes mellitus. Am J Physiol Endocrinol Metab 2003; 284; 2: E259-E266
10. Steptoe RJ, et al. Transfer of hematopoietic stem cells encoding autoantigen prevents autoimmune diabetes. J Clin Invest. 2003; 111; 9: 1357-1363
11. Ikehara S, et al. Prevention of type I diabetes in nonobese diabetic mice by allogenic bone marrow transplantation. PNAS 1985; 82: 7743–7747
12. LaFace DM, Peck AB: Reciprocal allogeneic bone marrow transplantation between NOD mice and diabetes-nonsusceptible mice associated with transfer and prevention of autoimmune diabetes. Diabetes 1989; 38: 894–901
13. Shchegel'skaia EA, et al. Pluripotency of bone marrow stromal cells and perspectives of their use in cell therapy. Ontogenez 2003; 34; 3: 228-235