全球間充質干細胞治療發展趨勢概述

成體干細胞是存在于部分或完全分化的產前，胎兒，成人組織中的多能干細胞，例如間充質干細胞(MSCs)(發現于胎盤，臍帶，臍帶血，脂肪組織，骨髓，牙髓和其他組織) ，造血干細胞(HSC) ，肌肉干細胞(MuSCs)。

在本文中，重點介紹間充質干細胞。MSC來源廣泛，如脂肪組織_[19] ，羊水_[20] ，骨髓_[21] ，牙髓_[22] ，外周血_[23] ，臍帶_[24]和臍帶血_[25]。

iPSC衍生的MSC能夠有效地生成骨和軟骨，但致瘤性和成脂能力較低_[26,28]。iPSC衍生的MSC (iPS-MSC)可以結合可生物降解的3D材料和納米材料，用于組織工程研究_[28]。iPS-MSCs也是一種有臨床前景的細胞來源。

國際細胞治療學會(ISCT)建立了獨特的標準，適用于從不同來源分離的所有間充質干細胞_[29]。

根據間充質干細胞的ISCT標準，真正的人類間充質干細胞樣細胞必須表達某些MSC陽性表面標志物5’-核苷酸酶(CD73) ，Thy-1(CD90)和Endoglin (CD105)，不表達巨噬細胞標志物 CD14，HSC標志物CD34，淋巴細胞標志物CD45，B細胞標志物 CD19，B細胞抗原受體復合物相關蛋白α鏈（CD79a）和MHC II類細胞表面受體HLA-DR。

間充質干細胞還必須表現出在體外的成脂肪，成骨和軟骨的能力_[29]。除此以外，間充質干細胞還分泌有利于組織重塑和修復的生物活性因子，發揮其免疫調節特性。

間充質干細胞的再生特性使它們成為臨床試驗中涉及最廣泛的成體干細胞。

根據美國國立衛生研究院( https://clinicaltrials.gov/)研究人員發起的注冊數據，在過去十年中，臨床試驗使用間充質干細胞的細胞療法有了迅速的發展。以MSC為基礎的臨床試驗的數量在過去五年中翻了一番。

截至2021年7月14日，已有1014項以間充質干細胞為基礎的臨床試驗在 clinicaltrials.gov 數據庫中注冊，這些試驗已經完成或正在進行中。

Owen在1988年定義的骨髓基質細胞_[31] ，Arnold Caplan 在1991年定義間充質干細胞(MSC)_[32]，在2005年由 ISCT 的一組科學家定義為間充質基質細胞_[34]，以及 Arnold Caplan 在2017年定義的藥物信號傳導細胞_[35]。

間充質干細胞(MSCs)改名為藥物信號傳導細胞的呼吁源于對其作用機制的深入了解。在胚胎和胎兒階段，MSC來源于中胚層，并且可以產生骨骼組織，如軟骨，骨，肌腱，韌帶，骨髓中的基質細胞和結締組織。

在成人組織中，大量研究證實了組織駐留的MSC的再生能力，表明這些細胞可以在體外進一步分化成基質細胞如脂肪細胞，軟骨細胞，成肌細胞和成骨細胞_{[36,37,38,39]}。

然而，在大多數基于間充質干細胞的細胞療法中，間充質干細胞通過分泌營養因子而不是通過分化成某一類細胞來促進組織修復和再生。

2017年至2021年(根據PubMed，2021年11月) ，有超過27,000篇科學論文以“間充質干細胞”的名義發表，而只有4,000篇以“間充質基質細胞”發表，29篇以“藥用信號細胞”發表。

MSC的一個主要優勢是臨床應用廣泛。可以從胚胎、產前、胎兒和成人組織中分離出來，并且可以在特定的培養條件下產生多個譜系。

出生后分離的間充質干細胞主要來源于臍帶和胎盤組織。來自成人組織的MCS主要來源于骨髓_[21]和脂肪組織_[19]。骨髓來源的MSC (BM-MSC)在20年前是最常見的來源，但臍帶來源的MSC (UC-MSC)和脂肪組織來源的 MSC (AT-MSC)也被廣泛探索。

自體BM-MSCs和AT-MSCs的應用，必須考慮到患者的健康狀況，年齡，性別，體細胞突變等因素，包括采集BM-MSC 和 AT-MSC的所帶來的創傷。UC-MSCs、 AT-MSCs、牙髓和其他來源的MSC的深低溫保存在發達國家已經完成商業化。

從不同來源分離的間充質干細胞表現出不同的特征，例如，與BM-MSC和 AT-MSC相比，UC-MSC顯示出更高的增殖能力、壽命和分化能力_[41,42,43]。UC-MSCs 衍生的營養因子和囊泡的治療作用目前正在廣泛的研究。

除了組織來源的 MSC之外，從多能干細胞(ESC和iPSC)產生的功能性MSC_[26,28,45]，一個巨大優勢是可以利用體外二維或三維培養系統產生大量的細胞，這是細胞治療的重要標準（規模化生產）。

不同來源的MSC臨床試驗概述

最初，人們認為間充質干細胞的治療效果歸因于它們的遷移和定植的歸巢能力。但后來經大量研究表明，MSCs 發揮再生作用，主要是由于其分泌的營養(再生)因子介導細胞間通訊，調節細胞增殖/分化和抗炎特性_{[46,47,48,49,50,51]}。

通過產生細胞外囊泡(_EVs)、細胞因子和生長因子，間充質干細胞顯示出調節適應性和先天免疫系統的潛力。這些發現得到了體外和體內實驗以及臨床數據的支持，顯示了免疫細胞和間充質干細胞之間復雜的相互作用。

間充質干細胞的免疫調節功能是通過分泌的旁分泌因子如β-成纖維細胞生長因子(_bFGF) ，胰島素樣生長因子(IGF-1) ，血管內皮生長因子(VEGF) ，表皮生長因子(EGF) ，金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMP-1) ，神經營養因子(BDNF)_[52]，或通過與各種免疫細胞如T細胞，B細胞，自然殺傷(NK)細胞，巨噬細胞，單核細胞，樹突狀細胞(DC)和嗜中性粒細胞的直接細胞間通信，刺激或抑制其免疫應答_{[53,54,55,56,57]}。

間充質干細胞還有一種特殊的功能，稱為“免疫系統的傳感器和轉換器”。當免疫系統不活躍時，這個功能可精確的控制開關來促進炎癥，或者當免疫系統過度活躍時，去控制炎癥_[53]。

間充質干細胞與免疫系統之間的持續相互作用是平衡炎癥反應和維持組織穩態的關鍵。間充質干細胞與免疫細胞之間的幾種協同通訊在間充質干細胞的臨床應用中起著重要作用。

例如，MSC可以抑制CD4 + (輔助)和CD8 + (細胞毒性) T細胞_[58] ，通過細胞間接觸影響B 細胞功能_[59] ，抑制NK細胞的增殖和細胞毒性，以及通過細胞通訊增加調節性 T 細胞(Tregs)產生可溶性因子_[60,61,62]。MSCs還表達幾種表面粘附分子，包括與T 細胞具有高親和力的整聯蛋白，血管細胞粘附分子蛋白(VCAM-1) ，細胞間粘附分子(ICAM-1，ICAM2) ，CD72和CD58(LFA-3) ，它們在免疫抑制中起重要作用_[63]。

一些臨床前和臨床試驗表明，盡管MSC和調節性 T 細胞(Tregs)是兩種不同的細胞類型，但它們具有共同的特性，如抑制或調節有害的免疫應答。Tregs 是調節免疫反應、預防炎癥或炎癥反應的抑制性 T細胞_[64]。通過研究 BM-MSCs 輸注對小鼠膠原抗體誘導的關節炎的影響，Nam等人發現 MSCs 可以遷移到發炎的組織并促進CD4 + T細胞向Treg的分化_[65]。

Reux及其同事報道了類似的發現，當與人誘導的多能干細胞衍生的MSC (hu-iPS-MSCs)體外共培養時誘導功能性CD4 + FOXP3 + Tregs。當huiPS-MSCs在人源化小鼠模型中施用時，這些發現在體內研究中得到了證實_[66]。

Wang及其同事靜脈輸注同種異體 UC-mSCs治療了30例紅斑性狼瘡患者，并報道了Tregs百分比顯著升高_[71]。重要的是要強調，雖然有針對MSCs和Treg的臨床試驗，但是 MSCs/Treg 相互干擾的機制仍然沒有得到很好的理解。需要更多的隨機、安慰劑對照的臨床研究來確定在何種條件下，MSCs 給藥可以誘導 Treg 分化和擴增。

分泌素(營養因子)

間充質干細胞可以分泌生長因子、趨化因子、細胞因子、細胞粘附分子、白細胞介素、激素、胞外囊泡、脂質、蛋白質、微小 RNA 等生物活性分子，以改造組織微環境。這些營養因子通過調節免疫系統，抑制細胞死亡和纖維化，刺激血管形成，促進組織重塑和修復，促進傷口愈合，具有促進再生的作用_[52]。

越來越多的研究表明，MSCs 的許多治療效果可能是細胞外囊泡（MSC-EV）等活性因子的分泌結果_[81,82]。

異質性

眾所周知，不同組織的 MSC 表達組織特異性基因，并表現出各種分化潛能_[84,85,86]，所以MSC存在異質性。比較不同組織來源的間充質干細胞的治療效果，是非常有意義的。探索間充質干細胞的異質性具有重要的臨床價值，這取決于多種因素，包括供體和組織來源、供體的健康狀況、細胞異質性、移植方案以及用于分離、培養、深低溫保存和解凍的試劑。

除了組織來源之外，由于性別、年齡、遺傳學和健康狀況的差異，從不同個體分離的 MSCs 可能具有不同的特征_{[95,96,97,98]}。

全球趨勢

自1995年第一次報告以來，已注冊的臨床試驗顯著增加。在第一個十年(從1995年到2005年) ，只有9個注冊的臨床試驗。從2006年到2015年，全世界的臨床試驗增加了500個，2016-2022年間報告了幾乎相同數量的新項目，其中53個試驗在2021年開始登記，2022年有2個。值得一提的是，2020年臨床試驗數量迅速增加。通過更精確的分析，大多數 MSC 的臨床試驗(n = 65)都涉及治療2019冠狀病毒疾病。

總體而言，中國進行了294項臨床試驗，美國216項，韓國78項，西班牙70項，伊朗39項，法國29項，印度尼西亞21項，約旦20項。許多這些臨床試驗是在不同國家的不同中心之間進行的，這強調了國際合作的重要性。

在介入性研究中，中國的研究小組注冊了289項研究，其次是美國(192) ，韓國(70) ，西班牙(69) ，伊朗(39)和其他國家。

在觀察性研究中，11個來自美國，8個來自韓國，5個來自中國，3個來自意大利，2個來自德國，1個來自白俄羅斯，加拿大，哥倫比亞，埃及，法國，西班牙，土耳其和泰國。在中國進行的大多數研究是介入性的。

在所有注冊的臨床試驗中，28項為早期I期，250項為I期，341項研究為I期/II期，183項研究為II期/III期，255項研究為II期/III期，31項研究為III期，4項研究為IV期臨床試驗。

在III期的31項臨床試驗中，歐洲和以色列的近50家醫院進行了一項雙盲研究(NCT01541579) ，研究了212例克羅恩病和肛周瘺患者同種異體脂肪來源的干細胞(Cx601)。一年后，隨訪研究表明，與安慰劑相比，Cx601是安全有效的。這項臨床試驗的結果于2018年發表。治療幾年后需要更多的臨床后研究觀察_[116]。

另一項關于臍帶來源的間充質干細胞治療視網膜色素變性的臨床研究（NCT04224207）。該研究證實，臍帶MSCs 移植是安全有效的，可以減緩或阻斷疾病進展_[117]。

在所有注冊的臨床試驗中，有55,733名注冊參與者，18,215名通過中國進行的臨床試驗招募，其次是美國(15,411) ，韓國(2,518) ，西班牙(2,348)和其他國家。

注冊的MSC臨床試驗現狀概述，所有數據于2021年7月14日獲得。

各國家MSC 的臨床試驗參與者人數概覽。數據收集于2021年7月14日。

MSC臨床試驗中常見的移植方法包括：靜脈注射、皮下注射和腹腔注射。心臟內注射主要用于心血管疾病，而關節內注射用于膝關節損傷和骨關節炎，神經系統疾病涉及到蛛網膜下腔注射。這三種施治方法都需要專業醫生的精確操作。

在大多數試驗中，除了采用靜脈回輸方法外，MSC均在病變部位定向給藥。Lalu及其同事提供的一份系統性綜述，對1000多名患者進行了全面的薈萃分析，證實了 MSCs 給藥與急性炎癥相關毒性、器官衰竭、感染、惡性腫瘤或死亡發展之間沒有生物學聯系，證實了靜脈注射是安全可靠的_[119]。

在后來對參與70項臨床試驗的1400多名患者進行的研究中，脂肪來源的MSC療法被證明是安全的，并且在第一次給藥后3年的隨訪中僅報道了少量副作用_[120]。根據紐約心臟協會功能分類_[121] ，在II類心力衰竭患者心肌內基質血管注射4周后，報告了一例肺部栓塞的嚴重病例。

間充質干細胞臨床試驗的給藥途徑的概述

細胞劑量、移植頻次、移植間隔周期，是MSC 給藥的考量因素。許多臨床試驗中報道的劑量取決于注射途徑_[123]。MSC的劑量通常取決于患者的病情。在MSC 臨床試驗中，通常以細胞/公斤體重(0.5-12×10⁶個細胞/kg單劑量)來描述。同種異體間充質干細胞移植劑量可能高達1×10⁸個細胞。

在一項MSC給藥一年后進行的隨訪研究中，在膿毒癥、用藥禁忌冠狀動脈疾病、肛周瘺、小腦萎縮癥、類風濕性關節炎或嚴重骨關節炎患者中沒有發現嚴重的不良反應_{[116,124,125,126,127,128]}。還有一些報道移植超過2×10⁸個 MSC。

也有文獻表明，如果沒有嚴重的副作用，可逐漸增加MSC的移植劑量_[129]。許多早期的 MSCs 試驗只給予一個劑量，以簡化程序和降低成本。但一些慢性適應癥，如骨關節炎和慢性肝功能衰竭需要多劑量，以確保有效的治療。

有幾項研究證實，劑量調整和間隔周期必須精心設計。例如，在一項研究(NCT02223897)中，66名患有缺血性膽管病變的患者在第一個月每周一次，每月一次，持續6個月(共9次) ，劑量為1×10⁶個細胞/kg 體重。另一項注冊號為 NCT01933802的clinicaltrials.gov 研究，在20名非進行性多發性硬化癥(MS)患者中使用 BM-MSCs 衍生的神經祖細胞，3個月內分3個劑量，最多1×10⁷個細胞/次。酒精性肝硬化(NCT01875081)研究中，每年注射兩次MSCs_[130]。

靜脈注射是臨床治療中最常用的方法。在動物模型的研究中表明，通過靜脈注射移植的細胞將在肺中累積，并且由于遇到肺截流，多數細胞不能遷移到其他器官_{[132,133,134,135]}。

例如，Eggenhofer 及其同事發現，在最初的幾個小時內，60%靜脈注射的間充質干細胞在小鼠肺部聚集，并且隨后沒有遷移到肝臟。隨后的研究表明，MSC可能被免疫細胞清除_[134]。Higashimoto等_[135]對ConA誘導的肝炎小鼠模型進行的另一項研究表明，靜脈注射的 GFP 標記的MSC僅在肺中累積，而不在肝中。此外，龐等人的進一步研究顯示，靜脈注射的 MSCs 在小鼠的肺中迅速發生凋亡，表明免疫細胞誘導MSC調亡的患者，對MSC的治療產生響應_[136]。

總之，在選擇最佳的MSC移植劑量和給藥方法之前，必須在臨床前研究中進行評估，并徹底評估患者的狀況、疾病進展程度、治療方案和潛在的風險。

MSC 臨床試驗的數量在過去兩年中迅速增加。大多數注冊的間充質干細胞臨床試驗是用于治療2019冠狀病毒疾病。雖然部分試驗已經公開了研究結果，可以肯定的是MSC 治療是一種安全有效的方法_[145]。

MSC 治療性臨床試驗數量最多的健康問題是肌肉骨骼疾病，全世界有212個試驗。其次是神經科和呼吸科，臨床試驗數量分別為163和117。其他涉及 MSC 臨床試驗包括免疫疾病、心臟病、肝病。

肌肉骨骼疾病

一項全球疾病負擔研究顯示，到2020年，全世界有超過17.1億人患有肌肉骨骼疾病_[146]。基于間充質干細胞的細胞療法可以為老年人或受傷患者提供骨和軟骨再生。此外，間充質干細胞的免疫調節能力可以緩解與骨變性相關的炎癥癥狀_[147]。

最常見的肌肉骨骼疾病治療的MSC試驗是骨關節炎。骨關節炎是一種伴有炎癥和疼痛的退化性關節炎。目前，還沒有明顯有效的藥物，可以恢復關節的結構和功能。骨關節炎的常見治療方法往往局限于癥狀和疼痛控制，而不是長期治愈_[148]。因此，骨關節炎的治療是間充質干細胞為基礎的臨床試驗中最集中的肌肉骨骼疾病之一。

CARTISTEM是由同種異體臍血衍生的間充質干細胞和4% 透明質酸水凝膠(NCT01041001，NCT01626677)組成的MSC產品。作為一種治療骨關節炎患者膝關節軟骨缺損的有前途的藥物，于2012年在韓國 MFDS 監管機構批準下進入市場。

Lim 及其同事描述了CARTISTEM III 期多中心隨機48周臨床試驗和2021年延長5年臨床隨訪的結果_[149]。這項臨床試驗招募了103名 ICRS (國際軟骨修復學會)4級的參與者。參與者被隨機分為兩組，比例為1:1，包括 UCB-MSC-HA 組(50名參與者)和微骨折組(53名參與者)。

主要評價結果是在48周關節鏡檢查時 ICRS 評估至少達到1分的參與者。UCB-MSC-HA 組有97.7%達到主要療效，而微骨折組有71.7% 達到主要療效。UCB-MSC-HA 組在活檢組織學評估中得分較高。兩組治療48周后 VAS 和 WOMAC 評分均有顯著改善。在5年的隨訪研究中，UCB-MSC-HA 組 ICRS、VAS和WOMAS的積極作用保持不變。

神經系統疾病

神經系統疾病種類繁多，主要是神經損傷和神經退行性疾病，而且哺乳動物神經元的再生潛能有限。腦部和脊髓的創傷性神經損傷有很高的致殘率和死亡率，并可能誘發認知和行為障礙等癥狀_[153]。

先前有報道說 BM-MSCs 可以穿過血腦屏障而不受任何損傷_[154] ，遷移到損傷部位，并通過產生神經營養因子來改善和促進神經元再生。一些神經系統疾病包括阿爾茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、多發性硬化癥(MS)和肌萎縮性嵴髓側索硬化癥(ALS)在老年人中更為常見，其患病率隨著預期壽命的增加而增加_[157]。

臨床前和臨床試驗研究使用各種來源的間充質干細胞治療 AD _[158,159] ，PD，MS和AML。這些疾病是由于老化導致的神經元中異常蛋白質聚集而引起的_[160,161]。

使用間充質干細胞治療神經系統疾病的163項臨床試驗已在 clinicaltrials.gov 數據庫中登記。盡管許多注冊的臨床試驗已經用在AD 患者(NCT01297218，NCT01696591，NCT02054208，NCT03172117，NCT03117738，NCT04228666，NCT02600130，NCT04855955)中使用 MSC 或 MSC-EV 產品，但是很少有正式完成實驗并公布結果的_[159]。

使用 MSC 方面有許多挑戰需要解決，包括在前期和臨床試驗方面的改進，如建立有效的動物模型以及細胞注射數量和遞送路徑的優化_[162]。

一項使用人胎盤間充質干細胞的1b 期研究顯示，16名患者靜脈注射是安全的，大多數患者在治療后病情穩步改善_[166]。Fernandez 的另一項研究將不同劑量的AT-MSC 注射到19名 MS患者和11名對照組受試者中，在安全的基礎上顯示出有益的臨床效果_[167]。Riordan 及其同事使用多次輸注方案將 UC-MSC 靜脈注射到20名患者體內_[168]。

研究表明，該方法是安全的。哈里斯等人進行的另一項研究注射間充質干細胞來源的神經祖細胞(MSC-NP)鞘內注射(IT)三個劑量間隔三個月。沒有觀察到嚴重的不良事件，同一組顯示重復的 IT-MSC-NP 治療的安全性和有效性維持了2年，然而，一部分患者的殘疾逆轉程度沒有持續_[170]。

新冠狀病毒疾病

間充質干細胞治療對急性呼吸窘迫癥狀有效，如一項臨床I期試驗所示（NCT04355728），使用臍帶來源的間充質干細胞(UC-MSCs)治療新冠狀病毒病(ARDS)的雙盲1/2a 期急性呼吸窘迫癥_[183]。24例患者隨機分為治療組和對照組，未觀察到與 UC-MSC 輸注有關的嚴重不良事件和死亡。治療組有91% 的患者存活，與對照組(42%)相比有明顯改善。此外，在第6天，血液分析顯示，治療組的炎癥細胞因子顯著降低。UC-MSCs 治療組的恢復時間也明顯縮短。這項研究表明 UC-mSCs 治療是安全的，在治療新冠狀病毒病急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)患者方面具有潛力。

另一項臨床試驗(NCT04288102)也顯示了 UC-MSCs 對嚴重新冠狀病毒病患者肺損傷的積極作用。研究人員招募了101名嚴重患者，并按2:1的比例隨機分組。66例患者在第0天、第3天和第6天靜脈注射3劑4×10⁷個UC-MSC，35例患者分別接受安慰劑輸注。與安慰劑組相比，UC-MSCs 治療組的全肺病變體積明顯改善，中位數差為-13.31% 。此外，UC-MSCs 組患者的實體成分病變體積比例顯著降低，中位數差為-15.45% 。治療組6分鐘的步行距離也增加了27米。這些結果表明 UC-MSCs 治療在短期觀察研究中是安全的，對于肺損傷的新冠狀病毒疾病患者可能是有效的治療方法_[186]。

參考資料：暫不提供