1426項注冊臨床：55年間充質(zhì)干細胞發(fā)現(xiàn)開啟了一個細胞治療時代

截止2022年底，已有1426 項跨越不同試驗階段的注冊臨床試驗將間充質(zhì)干細胞（ MSC） 用于治療目的，這是 2013 年報告數(shù)量的四倍。在大量臨床前研究和臨床試驗進展的支持下，MSC已被用于臨床試驗。已證明可有效治療多種疾病，包括神經(jīng)系統(tǒng)和腦部疾病、肺部疾病、171種心血管疾病、172種傷口愈合等。

本文作者美國斯坦福大學Michael Heke博士等，原標題Stem cell-based therapy for human diseases（基于干細胞的人類疾病療法），原文發(fā)表在國際學術期刊Signal Transduction and Targeted Therapy上。

大約 55 年前，成纖維細胞樣塑料粘附細胞，后來被科學家 Arnold L. Caplan 命名為間充質(zhì)干細胞 (MSCs)，這是首次在小鼠骨髓 (BM) 中被發(fā)現(xiàn)，后來被證明能夠形成菌落樣結構，增殖并分化成骨/網(wǎng)狀組織、軟骨和脂肪。

隨后制定了直接在體外培養(yǎng)來自 BM 的基質(zhì)細胞亞群并刺激它們分化為脂肪細胞、軟骨母細胞和成骨細胞的方案。

從那時起，MSC 在不同的人體組織來源中被發(fā)現(xiàn)并衍生自不同的人體組織來源，包括脂肪組織 (AT)、臍帶 (UC)、骨髓（BM）、UC 血液、胎盤、牙髓、羊水等。為了標準化和定義 MSC，國際細胞和基因治療協(xié)會 (ISCT) 為來自多個組織來源的 MSC 設定了最低限度的識別標準。其中，源自 AT、BM 和 UC 的 MSC 是人體臨床試驗中最常研究的 MSC，它們構成了 MSC 的三大組織來源。

MSCs 的發(fā)現(xiàn)開啟了一個時代，在此期間，已經(jīng)進行了臨床前研究和臨床試驗以評估 MSCs 在治療各種疾病中的安全性和有效性。

這些研究和試驗的主要結論是基于 MSC 的治療是安全的，盡管無論 MSC 組織來源、輸注途徑、劑量、給藥方式如何，就臨床相關終點而言，結果通常是中性的或充其量只是輕微陽性持續(xù)時間和預處理。

重要的是要注意，所有這些研究都產(chǎn)生了堅實的知識背景，這些研究推動了最近基于 MSC 的治療的轉(zhuǎn)化研究。由于 MSC 在過去 55 年中得到了深入研究，并已成為多項評論、系統(tǒng)評論和薈萃分析的主題。

臨床醫(yī)生和研究人員目前正在探索的關于基于 MSC 的治療的問題，努力尋找以下問題的答案：

• 憑借來自臨床前和臨床研究的大量數(shù)據(jù)支持其安全性，MSCs 的組織來源是否也在其治療不同人類疾病的下游臨床應用中發(fā)揮作用？
• 源自 AT、BM 和 UC 的 MSCs 在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病、代謝/內(nèi)分泌相關疾病、生殖功能障礙、皮膚灼傷、肺纖維化、肺部疾病和心血管疾病方面是否表現(xiàn)出相似的功效？

為了回答這些問題，我們將首先關注最近發(fā)表的關于這些目標疾病的臨床數(shù)據(jù)，包括神經(jīng)障礙、肺功能障礙、代謝/內(nèi)分泌相關疾病、生殖障礙、皮膚灼傷和心臟相關疾病，以分析來自 AT、BM 和 UC 的 MSC 的潛在功效。

基于在每個試驗中觀察到的臨床改善水平，我們分析了來自每個來源的 MSC 的潛在功效，以可視化患者改善與 MSC 來源之間的相關性。

然后，我們將討論獨家使用基于 MSC 的產(chǎn)品的最新趨勢，重點關注上述每種來源的 MSC 的治療效果，我們將分析來自這些來源的 MSC 的各自功效與目標疾病狀況之間的關系。

最后，我們提出了一個假設和機制來實現(xiàn)目前尚未實現(xiàn)的目標，即評估來自 AT、BM 和 UC 的 MSCs 在再生醫(yī)學中的應用。

MSC 組織起源和治療潛力

一般來說，據(jù)報道 MSCs 是從許多組織類型中分離出來的，但所有這些類型都可以分為兩個主要來源：成人和圍產(chǎn)期來源（下圖）。

MSC 的成人來源被定義為可以從個體獲取或獲得的組織，例如牙髓、骨髓（ BM）、外周血、脂肪組織（ AT）、肺、頭發(fā)（毛囊）、或心臟。

成人 MSC 通常存在于稱為干細胞壁龕的特殊結構中，它提供維持干細胞和分化能力所必需的微環(huán)境、生長因子、細胞間接觸和外部信號。

BM 是科學家 Friedenstein發(fā)現(xiàn)的第一個成人 MSC 來源，并且已成為迄今為止記錄最多和使用最廣泛的 MSC 來源之一，其次是 AT。

BM-MSC 是使用 Ficoll 梯度離心法或紅細胞裂解緩沖液從 BM 抽吸物中分離和體外培養(yǎng)的，以收集 BM 單核細胞群，而 AT-MSC 是從通過酶消化的 AT 的基質(zhì)血管部分獲得的吸脂術、脂肪成形術或脂肪切除術。

盡管 BM 抽吸和脂肪吸脂被認為是 BM 和 AT 活檢的安全程序，但這些組織收集程序?qū)颊邅碚f是侵入性的和痛苦的，并且伴隨著感染的風險。

可以從這些成人組織中分離出的 MSC 數(shù)量以組織依賴性方式顯著變化。梯度離心后，BM 單核細胞中 MSC 的百分比范圍為 0.001 至 0.01%。

AT 中的 MSC 數(shù)量至少是 BM 中的 500 倍，每1g AT 中大約有 5,000 個 MSC。

圍產(chǎn)期 MSC 來源包括 UC 衍生成分，如 UC、沃頓氏膠和 UC 血，以及胎盤結構，如胎盤膜、羊膜、絨毛膜和羊水。

圍產(chǎn)期 MSCs（如 UC-MSCs）的收集是無創(chuàng)的，因為胎盤、UC、UC 血液和羊膜被認為是通常在出生后丟棄的廢物（沒有道德障礙）。

盡管 MSC 僅占UC 中發(fā)現(xiàn)的細胞的10-7 %，但它們較高的增殖率和快速的群體倍增時間使這些細胞能夠在體外培養(yǎng)過程中快速復制并增加數(shù)量。

在標準化的無異種和無血清培養(yǎng)平臺下，AT-MSC 顯示出比 BM-MSC 更快的增殖速度和更多的集落形成單位。在常規(guī)培養(yǎng)條件以及異種和無血清環(huán)境中，與AT-MSC 和 BM-MSC 相比，UC-MSC 的群體倍增時間最快。從 AT、BM 和 UC 中提取的MSC 表現(xiàn)出 ISCT 列出的所有最低標準，包括形態(tài)學（塑料粘附和紡錘形）、MSC 表面標記（CD73、CD90和 CD105 95% 陽性；CD11陰性不到2%，CD13、CD19、CD34、CD45 和 HLR-DR) 以及向軟骨細胞、骨細胞和脂肪細胞的分化能力。

事實上，盡管來自成人或圍產(chǎn)期來源的MSCs表現(xiàn)出相似的形態(tài)和MSCs 的基本特征，但研究表明這些細胞也彼此不同。

關于免疫分型，AT-MSC表達高水平的CD49d和低水平的Stro-1。對CD49d和CD106表達的分析表明，與BM-MSCs相比，前者在AT-MSCs 中強烈表達，而CD106在BM-MSCs中表達，但不在AT-MSCs中表達。與其他來源的MSC相比，在BM-MSC中觀察到與干細胞再生、分化和代謝功能相關的CD133表達增加。

最近的一項研究表明，UC-MSC中的CD146表達高于AT-和BM-MSC，支持觀察到UC-MSC比其他來源的MSC具有更強的附著力和更高的增殖率，因為CD146是一種血管和內(nèi)皮細胞類型中的關鍵細胞粘附蛋白。

在分化能力方面，供體匹配的BM-MSC表現(xiàn)出比AT-MSC更高的分化成軟骨細胞和成骨細胞類型的能力，而AT-MSC表現(xiàn)出更強的脂肪形成譜系能力。

體外分化研究的結果表明，BM-MSCs易于成骨分化，而AT-MSCs具有更強的脂肪形成分化能力，這可以解釋為從BM或AT獲得的表觀遺傳記憶驅(qū)動了受青睞的MSCs沿成骨細胞或脂肪細胞譜系分化。

有趣的是，盡管UC-MSCs具有分化成脂肪細胞、骨細胞或軟骨細胞的能力，但其成骨分化能力已被證明比BM-MSCs更強。

MSCs 最有趣的特征是它們的免疫調(diào)節(jié)功能，推測這與細胞間接觸或響應環(huán)境/微環(huán)境刺激的生長因子和細胞因子分泌有關。

研究發(fā)現(xiàn)，來自不同來源的 MSC 在 PBMC:MSC 比例為 1:1 和 10:1 時幾乎完全抑制外周血單核細胞 (PBMC) 的增殖。在更高的比例下，BM-MSC 顯示出比 AT-或 UC-MSC 顯著更高的抑制作用。對 BM-和 UC-MSC 的免疫抑制作用的直接分析表明，這些細胞在體外發(fā)揮相似的抑制作用，但涉及不同的機制。由于這些相互矛盾的數(shù)據(jù)，與不同來源的 MSCs 免疫反應相關的作用機制仍然知之甚少，需要在臨床前研究和臨床試驗環(huán)境中進行長期調(diào)查，以闡明這種復雜的免疫調(diào)節(jié)功能。

間充質(zhì)干細胞的給藥方式

基于 MSC 的治療中最令人擔憂的是這些細胞給藥后的命運，尤其是通過不同的遞送途徑，包括通過靜脈內(nèi) (IV) 途徑的全身給藥或組織特異性給藥，如背胰給藥。

重要的是了解注射后這些細胞的分布，以擴大我們對治療作用的潛在機制的理解；此外，在臨床試驗中使用這些細胞之前，授權機構（美國食品和藥物管理局 (FDA) 或歐洲先進治療藥物法規(guī)，第 1394/2007 號要求具備這些知識。

使用各種標記技術的臨床前數(shù)據(jù)提供了重要信息，表明 MSC 沒有不需要的歸巢，這可能導致細胞的錯誤分化或不適當?shù)哪[瘤形成。在小鼠模型中，通過 IV 途徑遞送的人 BM-MSC 和 AT-MSC 會迅速被困在肺部，然后在第一次栓塞過程后通過身體再循環(huán)，在栓塞后主要在肝臟中發(fā)現(xiàn)少量輸注細胞二次栓塞。

使用 technetium-99 m 標記方法，靜脈輸注的人類細胞在骨骼、BM 室、脾臟、肌肉和軟骨中顯示出長達 13 個月的長期持久性。

在狒狒中的試驗報告了類似的結果，證實了人類 MSCs 在給藥后在各種組織中的長期歸巢。盡管 MSCs 在肺部的保留可能會降低其全身治療效果， 但當這些細胞用于治療呼吸系統(tǒng)疾病時，它提供了強大的優(yōu)勢。

局部注射 MSCs 也揭示了它們的組織特異性歸巢，因為通過腎動脈途徑注射 MSCs 導致大部分注射細胞存在于腎皮質(zhì)中。

已經(jīng)進行了大量研究來追蹤管理的 MSCs 在人類受試者中的遷移?？茖W家Henriksson 和他的團隊使用標記有鐵蔗糖的 MSCs 治療椎間盤退變。他們的研究表明，在 8 個月時可以在受傷的椎間盤中檢測到從輸注的 MSC 中分化出的軟骨細胞，但在 28 個月時檢測不到。

使用 In-oxine 標記的 MSCs 在血友病 A 患者中進行的一項研究表明，大多數(shù)細胞在給藥后 1 小時被困在肺部和肝臟中，隨后肺部減少，細胞數(shù)量增加6天后在肝臟中。

有趣的是，24 小時后在右腳踝的關節(jié)積血部位發(fā)現(xiàn)了一小部分注入的 MSC，這表明 MSC 被吸引并遷移到受傷部位。在使用 18-FDG 標記的 MSC 治療 21 名診斷為 2 型糖尿病的患者時，還報告了 MSC 的分布，并使用正電子發(fā)射斷層掃描 (PET) 進行了可視化。

結果表明，通過動脈內(nèi)途徑局部遞送 MSCs 比通過 IV 途徑遞送更有效，因為 MSCs 位于胰頭（胰十二指腸動脈）或身體（脾動脈）。因此，盡管與注入的 MSCs 生物分布相關的可用數(shù)據(jù)仍然有限，但從臨床前和臨床研究中獲得的結果說明了一組可比較的數(shù)據(jù)支持關于歸巢、遷移到受傷部位以及注入 MSCs 的主要器官的結果。

截止2022年年末，已有 1426 項跨越不同試驗階段的注冊臨床試驗將 MSC 用于治療目的，是 2013 年報告數(shù)量的四倍。在大量臨床前研究和臨床試驗進展的支持下，MSC已被用于臨床試驗。已證明可有效治療多種疾病，包括神經(jīng)系統(tǒng)和腦部疾病、肺部疾病、171 種心血管疾病、172 種傷口愈合等。

基于 MSC 的療法的結果已成為許多深入審查和系統(tǒng)分析的主題可靠的結論是，這些細胞在大多數(shù)測試條件下都表現(xiàn)出強大的安全性和積極成果。此外，現(xiàn)有數(shù)據(jù)揭示了幾種可以解釋 MSC 有益作用的潛在機制，包括它們的歸巢效率、分化潛能、營養(yǎng)因子（包括細胞因子、趨化因子和生長因子）的產(chǎn)生和免疫調(diào)節(jié)能力。