THÁO ĐƯỜNG TÍP 2
1.3.1. Cơ sở lý luận của phương pháp ghép tế bào gốc trên bệnh nhân đáitháo đường típ 2 tháo đường típ 2
Tế bào gốc đã được ứng dụng trong y học tái tạo, sử dụng để điều trị các bệnh khác nhau cũng như trong điều trị ĐTĐ, xơ gan, tái tạo biểu mô, da và chấn thương chỉnh hình như sửa chữa sai hỏng xương, sụn, dây chằng, gân. Đặc biệt vai trò của tế bào gốc trong điều trị các bệnh tự miễn: viêm khớp tự miễn, bệnh Crohn đã được chứng minh [50], [53], [73], [74], [87]. Trong các loại tế bào gốc, tế bào gốc trung mô là loại tế bào có thuộc tính điều hòa miễn dịch mạnh mẽ nhất và đã được chứng minh qua mô hình động vật thí nghiệm cũng như trên các thử nghiệm lâm sàng trên người. Mặc dù vậy chúng có thể được nuôi cấy và tăng sinh rất tốt ở điều kiện phòng thí nghiệm [59].
Cơ chế tác động của MSC được thể hiện trong Hình 1.6 với khả năng biệt hóa thành tế bào tụy (IPC) làm tăng khả năng tiết insulin và cải thiện chức năng của tế bào bêta tụy. Cùng với đó là sự thúc đẩy tái tạo các tế bào tuyến tụy thông qua việc tiết ra các cytokine và các nhân tố tăng trưởng như VEGF, IGF0-1, PDGF-BB, angiopoietin-1 phục hồi tế bào bêta, thúc đẩy sự chuyển đổi tế bào alpha sang tế bào beta. Tiếp theo là cải thiện sự kháng insulin sự hoạt hóa con đường tín hiệu IRS-1/PI3K, sự chuyển đổi của đại thực báo gây viêm M1 thành các đại thực báo kháng viêm M2, ngoài ra cũng giảm các cytokines và chemokines gây viêm. Với khả năng điều hòa miễn dịch, chống oxyhoa và tắng sự tự thực bào, MSC giúp tăng cường bảo vệ các tế bào tụy nội sinh [118].
Hình 1.6. Cơ sở lý luận của phương pháp ghép tế bào gốc trên bệnh nhân đái tháo đường típ [118]
Khả năng biệt hóa thành tế bào tụy (IPC)
Tiềm năng biệt hóa thành IPC được cho là cơ chế chính giúp MSC cải thiện tình trạng tăng đường huyết trong ĐTĐ T2 [44]. Sự biệt hóa của MSC thành các khoang nội tiết của tuyến tụy được kiểm soát bởi các yếu tố phiên mã quan trọng như Pdx-1, Ngn-3, NeuroD1, Pax4, Pax6 [44]. Việc tạo lập chính xác con đường tín hiệu này giúp MSC có thể biệt hóa thành IPC. Chen và cộng sự đã thu được IPC biệt hóa không hoàn toàn có biểu hiện insulin và nestin bằng cách nuôi cấy BM-MSC chuột trong môi trường không có huyết thanh với sự hiện diện của nồng độ Glucose cao, novotinamide và mercaptoethanol [114]. Nhiều các nghiên cứu về sau đã được sửa đổi với các tác nhân kích thích khác nhau đã được áp dụng để cải thiện sự biệt hóa và hiệu quả. Mortiscot và cộng sự lần đầu tiên biệt hóa tế bào BM-MSC của con người thành IPC bằng cách sử dụng các véc tơ adenovirus trên chuột Pdx-1 và Xie đã tạo ra IPC theo một quy trình biệt hóa ba bước trong đó có sử dụng Activin A như là một chất biệt hóa ở bước cuối cùng, kết quả thu được là IPC đã có thể giải phóng insulin theo cách phụ thuộc glucose [82], [116]. Các nguồn tế bào gốc trung mô cũng có thêm nhiều lựa chọn hơn, đặc biệt là tế bào gốc trung mô từ dây rốn UC-MSC. Các tế bào gốc trung mô có nguồn gốc từ lớp Wharton Jelley (WJ-MSC) của
dây rốn có thể biệt hóa thành công thành IPC, tiềm năng biệt hóa của dòng tế bào này nổi trội hơn rất nhiều so với BM-MSC. Chao và cộng sự, đã biệt hóa thành công WJ-MSC bằng cách sử dụng môi trường điều hòa neuron trong in vitro và chứng minh rằng các IPC đã thể hiện chức năng của các tế bào beta điển hình tronng in vivo [23]. Tuy nhiên, thời gian tồn tại của các tế bào biệt hóa, kết quả từ việc sử dụng các tác nhân kích thích và véc tơ adenovirus trong quá trình biệt hóa đã hạn chế ứng dụng của việc thiết lập tái tạo đảo tủy trước khi ghép. Vì vậy, ghép trực tiếp các MSC được cho là cách hiệu quả và an toàn nhất để tránh các hậu quả không mong muốn này. Các nghiên cứu về khả năng tái tạo tiếp theo được nghiên cứu trên chuột. MSC đã được truyền trực tiếp vào mô tụy bị tổn thương, tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ các tế bào dương tính với insulin được tìm thấy trong tuyến tụy, chúng không thể hoàn toàn giải thích được cho sự đổi mới của các tế bào đảo tụy [51]. Ianus và cộng sự, 2003, đã quan sát sự tái sinh đáng kể của các tế bào beta trưởng thành ở chuột mắc bệnh tiểu đường sau khi cấy BM – MSC, mặc dù chỉ có khoảng 3 % tế bào đảo tụy có nguồn gốc từ tủy xương. Lecher và cộng sự , 2003, không tìm thấy sự biệt hóa đáng kể nào của BMMSC trong các tế bào beta khi nuôi cấy invivo (chỉ có 2 tế bào trên tổng số 100.000 tế bào beta có nguồn gốc từ BM –MSC) [55]. Choi và cộng sự, 2003, đã báo cáo rằng các tế bào được dán nhãn GFP đã được tìm thấy trong các đảo nhỏ sau khi ghép tủy xương, nhưng không có tế bào nào trong số này biểu hiện insulin [25]. Từ các dữ liệu cho thấy được nguồn gốc của tụy được tái tạo chưa thực sự rõ ràng và đó có phải là kết quả của sự biệt hóa từ MSC hay không vẫn còn nhiều tranh cãi.
Điều hòa hệ thống miễn dịch trong cơ thể
Ngoài các đặc tính tái tạo, MSC cũng đã chứng minh khả năng điều hòa miễn dịch. MSC còn được gọi là các tế bào đặc quyền miễn dịch vì biểu hiện phức hệ hoà hợp miễn dịch (MHC) thấp và các phân tử đồng kích thích [67], [70]. Là tác nhân chính của đáp ứng miễn dịch thích ứng, tế bào lympho T đóng vai trò nổi bật trong bệnh tự miễn và thải ghép. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng các chất ức chế sự tăng sinh của tế bào lympho T bằng cách ức chế sự chuyển hóa năng lượng của quần thể tế bào T, thúc đẩy sự dung nạp tế bào T hoặc gây ra sự tăng sinh của quần
thể tế bào T điều tiết [48]. Hơn nữa, MSC cũng ức chế sự tăng sinh của các tế bào B và ngăn chặn một loạt các chức năng tế bào miễn dịch, bao gồm bài tiết cytokine và độc tế bào của tế bào T và tế bào giết người tự nhiên (NK), tế bào B trưởng thành và bài tiết kháng thể [110]. Các tác dụng ức chế miễn dịch của MSC làm giảm các quá trình tự miễn dịch có nguy cơ dẫn đến phá hủy các tế bào beta tuyến tụy.
Các nghiên cứu đã cho thấy MSC thúc đẩy sự sống sót của đảo nhỏ bằng việc chống lại tình trạng thiếu oxy và stress oxy hóa [22]. Trong nghiên cứu của Chdravanshi và cộng sự, 2017, sau 48 giờ nuôi cấy tiếp xúc trực tiếp với các MSC có nguồn gốc từ thạch của Wharton, các tế bào đảo tụy thể hiện khả năng sống sót cao hơn và giảm việc chết theo chu trình so với điều kiện của chúng mà không cần nuôi cấy [22]. Ngoài sự tăng biểu hiện của các cytokine chống viêm như TGF-β và TNF-α và giảm các cytokine gây viêm, các tế bào đảo đồng nuôi cấy cho thấy mức độ giảm của các loại oxy phản ứng, oxit nitric cho thấy tác dụng bảo vệ của MSC trên các tế bào đảo chống lại các tổn thương tế bào qua trung gian căng thẳng oxy hóa. Tổn thương do stress oxy hóa gây ra do tăng đường huyết được công nhận là yếu tố căn nguyên chính trong sự phát triển của bệnh tiểu đường, nghiên cứu thêm về khả năng chống oxy hóa của các sản phẩm MSC để thúc đẩy sự sống sót của đảo nhỏ có thể xác nhận tính hữu ích của việc ghép đồng với MSC [66].
Tự thực bào (autophagy) đóng một vai trò không thể thiếu trong một loạt các bệnh, chẳng hạn như rối loạn thoái hóa thần kinh và bệnh tim mạch. Tự thực bào cần thiết để duy trì kiến trúc và chức năng của các tế bào beta đảo tụy. Cả sự thiếu hụt và tăng cường của tự thực bào đều đóng một vai trò trong cơ chế bệnh sinh của ĐTĐ T2 [8], [31], [60], [98]. Trong một nghiên cứu gần đây, Zhao và cộng sự, 2015, nhận thấy rằng việc nuôi cấy cùng với BM-MSC đã làm giảm đáng kể độc tính của tình trang đường huyết tăng cao của các tế bào INS-1. Độc tính của glucose trong các tế bào INS-1 được đặc trưng bởi giảm khả năng sống của tế bào, tăng apoptosis của tế bào và suy giảm bài tiết insulin cơ bản và bài tiết insulin do glucose kích thích. Một nghiên cứu sau đó cho thấy tác dụng bảo vệ của BM-MSC trên các tế bào INS-1 được trung gian bằng cách thúc đẩy sự hình thành sự tự thực bào [123].
Tất cả những kết quả này cung cấp bằng chứng hỗ trợ cho việc tăng cường khả năng tự trị của MSC như là một chiến lược lý tưởng để điều trị ĐTĐ T2.
Cải thiện tình trạng kháng insulin
Rối loạn chức năng của các tế bào beta đảo tụy sản xuất insulin và IR cùng tồn tại trong T2DM. Do đó, cơ chế điều trị ĐTĐ T2 được mô tả ở trên không thể được giải thích thỏa đáng chỉ bằng khả năng tiềm năng của MSC để thúc đẩy chức năng tế bào beta đảo tụy. Si và cộng sự lần đầu tiên phát hiện ra rằng cấy ghép BM-MSC làm giảm mức tăng đường huyết ở chuột với chế độ ăn nhiều chất béo gây ra bởi STZ bằng cách kích hoạt đường dẫn tín hiệu của chất nền thụ thể insulin (IRS) - 1. Điều này dẫn đến tăng khả năng chuyển vị và biểu hiện của GLUT-4, cải thiện tình trạng IR qua trung gian BM-MSC trong các mô đích của insulin ngoại biên [104]. Điều thú vị là, truyền MSC trong giai đoạn đầu (7 ngày) có thể khôi phục chức năng tế bào, cải thiện sự phá hủy các đảo nhỏ tụy, thúc đẩy các tế bào đến các mô bị tổn thương và giảm IR, trong khi truyền vào giai đoạn muộn (21 ngày) chỉ đơn thuần là tình trạng IR được cải thiện, gợi ý một cửa sổ thời gian điều trị hợp lý trong giai đoạn đầu của bệnh tiểu đường [46]. Sau phát hiện hấp dẫn này, Hughey và cộng sự đã có một khám phá tình cờ rằng sự hấp thu glucose ở các mô ngoại biên, bao gồm cả cơ xương và mô mỡ, đã tăng lên ở những con chuột được điều trị bằng MSC bị nhồi máu cơ tim. Hơn nữa, sự hấp thu glucose tăng cường trong các mô này có liên quan đến việc truyền tín hiệu insulin được cải thiện khi được đánh giá bởi sự phosphoryl hóa Akt và biểu hiện của GLUT-4 [54]. Tuy nhiên, không thể hiểu hoàn toàn cơ chế MSC cải thiện tình trạng IR.
Hiện nay tình trạng IR được coi là có liên quan chặt chẽ với viêm mạn tính toàn thân. Cytokine và chemokine, chẳng hạn như yếu tố hoại tử khối u alpha (TNF- α) và interleukin-1 beta (IL-1β) được tạo ra bởi các đại thực bào mô mỡ (ATM) ở trạng thái viêm nhiễm M1 đã được xác định là tác nhân quan trọng trong khởi đầu viêm và sự phát triển IR [88]. Tuy nhiên, còn có các thành phần chống viêm được gọi là M2, hoặc các đại thực bào được kích hoạt xen kẽ, đã được chứng minh là có vai trò trong việc ngăn ngừa IR [37]. MSC đã được chứng minh là có tác dụng chống viêm bằng cách thúc đẩy M2 trong các vết thương ngoài da và tổn thương thận
trong cả in vitro và in vivo [39], [119]. Một nghiên cứu gần đây đã xác nhận rằng UC-MSC làm giảm bớt tình trạng IR ở chuột T2DM bằng cách lập trình lại các đại thực bào được kích hoạt cổ điển (M1, pro-viêm) thành một kiểu hình được kích hoạt xen kẽ (M2, chống viêm). Phân tích sâu hơn cho thấy các UC-MSC được kích thích bằng M1 tăng biểu hiện IL-6. IL-6 điều chỉnh tăng biểu hiện IL4R, thúc đẩy quá trình phosphoryl hóa STAT6 trong các đại thực bào và cuối cùng được lập trình lại các đại thực bào thành kiểu hình M2 [116]. Ngoài ra, môi trường được điều hòa từ các MSC có nguồn gốc từ mô mỡ đã đảo ngược tình trạng kháng insulin trong các mô hình tế bào IR, bằng chứng là insulin được phục hồi và kích thích sự hấp thu glucose, thông qua việc tăng biểu hiện gen GLUT4 và giảm chất ức chế IL-6 và chất ức chế plasminogen trong biểu hiện gen 1 (PAI-1) [103]. Các kết quả khác cho thấy UC-MSC làm giảm bớt tình trạng IR ở chuột bị mắc bệnh T2DM bằng cách điều chỉnh biểu hiện NLRP3 trong các mô mục tiêu insulin ngoại biên. Mặc dù nhiều câu hỏi về MSC và tình trạng kháng insulin vẫn chưa được trả lời, nhưng những kết quả này đã làm sáng tỏ những tác động mới của MSC với tình trạng IR liên quan đến béo phì trong ĐTĐ T2.