慢性病 | 間充質干細胞在慢性病中的臨床應用廣泛，市場規模超萬億

隨著全國2021年人口普查數據的公布，我國的老齡化問題再一次成為了人們的重點關注的問題，而老齡化社會面臨的一大挑戰是：慢性病高發。老年人是慢病的高發人群，國家衛生健康委員會提供的數據顯示，我國超過2.6億中老年人患有慢性病，并且這一數據還在不斷增加。

慢性病是一種終身性疾病，是影響社會經濟發展的重大公共衛生問題，已經成為全世界范圍內最主要的疾病負擔。慢性病管理市場是中國醫療衛生市場最重要的細分市場之一，中國擁有世界上最大的慢性病患者群體，針對慢性病的醫療支出占整體醫療支出的比重很大。2020年，中國在慢性病醫療衛生的支出約4.1萬億元，占醫療總支出的56.7%，預計到2025年，占比將提升至68%。

干細胞是當今生物醫學領域最熱門的領域之一，對多種疾病的干預治療，效果顯著。被譽為“人類醫療史上的第三次革命”的干細胞技術越來越多的應用于臨床，成為解決眾多臨床未滿足需求的重要主力軍，為許多過去無計可施的疾病帶來治療的新希望。

來自米蘭大學醫學外科生理病理學和移植系干細胞實驗室的Andrea Farini教授等，發表的題為“間充質干細胞在慢性病中的臨床應用”的報道，對利用干細胞技術干預中老年群體慢性病治療與管理，對治愈疾病和提高生活質量意義重大。

 

 

在過去十年中，在理解干細胞的幾個關鍵特征方面取得了非凡的進展，包括組織再生、免疫調節、旁分泌機制和歸巢的信號的識別，以及對控制自我更新、多向分化的機制的部分理解。這一進展為開發合理的細胞治療方案提供了寶貴的工具，這些方案在遺傳和獲得性疾病的臨床前模型中產生了積極的結果，并且在某些情況下，已經進入臨床實驗并取得了積極的成果。

 

成體間充質干細胞 (MSCs) 是非造血細胞，具有多向分化潛能，可分化為中胚層來源的各種組織。它們可以從骨髓和其他組織中分離出來，并具有在體外廣泛增殖的能力。

 

此外，間充質干細胞 (MSCs)?還被證明可以產生抗炎分子，這些分子可以調節體液和細胞免疫反應?？紤]到它們的再生潛力和免疫調節作用，MSC 療法是治療退行性、炎癥和自身免疫性疾病的有前途的工具。

 

間充質干細胞的免疫調節作用

 

多項研究表明，間充質干細胞可以通過不同的途徑抑制細胞毒性 T 細胞和自然殺傷 (NK) 細胞。

 

間充質干細胞可以通過分泌抑制 T 細胞發育（TGFβ 和肝細胞生長因子 (HGF)）和增殖如白血病抑制因子 (LIF) 和 IFN-γ 來發揮其免疫調節功能。

 

此外，間充質干細胞可以誘導 TNF-α 和 IL-1 的表達，導致趨化因子和誘導型一氧化氮 (iNOS) 分泌失衡。

 

更有趣的是，研究表明，從骨髓中分離出的間充質干細胞不被 NK 識別，因為它們表達人類白細胞抗原 (HLA) I 類分子。

 

通過這種方式，間充質干細胞被視為用于細胞移植實驗的最可行的干細胞群。此外，最近的研究表明，間充質干細胞可以被細胞毒性免疫效應物有效裂解。研究還表明 IL-2 處理的 NK 識別并破壞間充質干細胞，而 IFN-γ 具有相反的作用。

 

由于 IFN-γ 由單核細胞分泌，作者假設這些細胞不僅可以作為間充質干細胞的保護者，而且還允許干細胞通過 NFκB 依賴和獨立途徑分化?？茖W家朱利安尼等人研究表明間充質干細胞表達功能性Toll樣受體（TLR），促進其增殖和細胞因子分泌。他們還鑒定了一種稱為 MICA 的分子，它與其他免疫調節蛋白形成復合物，并與 TLRs 配體一起保護間充質干細胞免受 NKs 侵襲。

 

間充質干細胞和慢性病治療

 

間充質干細胞和肌肉骨骼疾病

 

至于之前描述的其他組織，間充質干細胞是從成人骨骼肌中分離出來的。此外，研究發現間充質干細胞可能補充肌營養不良蛋白缺乏癥的能力，間充質干細胞通過調節巨噬細胞活性來提高模型動物的存活率。

 

由于這些原因，這些細胞對于杜氏肌營養不良癥（DMD）的治療應用變得可行。不同的研究小組證明，將間充質干細胞移植到 DMD 的小鼠模型中可以補充宿主衛星細胞室——允許肌營養不良蛋白的表達和改善營養不良的表型。

 

同樣，從人類滑膜中分離出間充質干細胞，并將其注射到 mdx 小鼠體內，結果表明間充質干細胞在宿主肌肉中持續存在長達 6 個月。研究還證明來自人臍帶血 (UCB-MSCs) 的間充質干細胞分化為骨骼肌并表達 MyoD 和肌細胞生成素，肌肉特異性轉錄因子：移植到營養不良的小鼠中，它們允許高度可檢測的肌球蛋白表達。

 

間充質干細胞和心血管疾病

 

從間充質干細胞不僅分泌對細胞微環境發揮重要作用的分子，而且在體外分化為心肌細胞的證據出發，這些細胞被廣泛用于心血管修復。研究證明，在將這些疾病的嚙齒動物模型全身注射后，間充質干細胞移植并部分修復了梗塞的心肌。

 

特別是更多的研究表明，移植的間充質干細胞增加了毛細血管密度，降低了患有擴張型心肌病的大鼠心肌中的膠原體積分數和纖維化。

 

此外，他們還注意到如之前所證明的顯著的心室功能恢復。根據這些有希望的證據，希臘雅典歐洲診所心臟病科Katritsis 等人，用自體間充質干細胞和內皮祖細胞治療 11 名梗死患者，心肌收縮力得到部分改善。不幸的是，他們無法破譯造成這些現象的機制。

 

同樣，中國南京大學南京第一醫院心內科，幾名接受冠狀動脈介入治療的梗死患者移植了自體間充質干細胞，改善了左心室功能；評估了 MSC 分泌的分子能夠通過保持其收縮能力來保護心肌；特別是間充質干細胞衍生的細胞因子抑制了心肌細胞的凋亡，允許在受損組織中形成新血管。

 

間充質干細胞與肝病

 

暴發性肝衰竭 (FHF) 是一種以大量肝細胞死亡為特征的嚴重疾?。何ㄒ坏闹委煼椒ㄊ歉我浦?，需要終生免疫抑制和高成本。

 

不同的工作表明，間充質干細胞分泌的分子不僅可以修復梗塞組織，還可以防止實質細胞丟失。通過這種方式，研究人員在 FHF 大鼠模型中全身注射 間充質干細胞后，病理表型得到改善——因此肝損傷生物標志物沒有釋放——更有趣的是，肝細胞死亡顯著減少，而肝細胞增殖增加。

 

關于肝硬化，德黑蘭醫科大學Mehdi Mohamadnejad 醫學博士負責的在 I 期試驗中，4 名患者被注射了自體間充質干細胞。他們沒有遭受任何副作用，從而提高了他們的生活質量。同樣在歐洲胃腸病學和肝病學雜志上發表的了一項顯示，8 名終末期肝病患者接受了 MSCs 治療，他們的病情得到改善，這表明這種治療對于此類疾病是可行且有效的。

 

間充質干細胞與類風濕關節炎

 

類風濕性關節炎 (RA) 的特征是由于免疫自我耐受性喪失導致的慢性關節炎癥。González 及其同事向患有膠原蛋白誘導的關節炎的 DBA/1 小鼠注射了來自人類脂肪組織的 MSC，并評估了治療動物的炎癥反應。

 

他們表明，在注射 AD-MSCs 后，炎癥細胞因子和趨化因子的水平隨著抗原特異性 Th1/Th17 細胞的擴增而降低。

 

相比之下，這種處理增加了 IL-10 的產生。連同其作為抗炎因子的眾所周知的功能，最近的研究結果表明，IL-10 是控制自身抗原反應性 T 細胞并在體內誘導外周耐受性的 Treg 發育的基礎。

 

有趣的是，他們發現接受治療的小鼠 CD4+ CD25+ FoxP3+ Tregs 的百分比增加，并表明這些細胞可以遷移到關節，調節自我反應的抑制。

 

眾所周知，II 型膠原蛋白 (CII) 是透明軟骨的成分之一，在 RA 中充當自身抗原。當 CII 和其他抗原肽被 T 細胞識別時，它們會導致免疫系統細胞不受控制地激活，從而導致 RA 患者典型的關節破壞。

 

研究證明從 RA 患者分離的 MSCs 通過抑制 T 細胞增殖、阻斷幾種促炎細胞因子的分泌以及允許抗炎 IL-10 的表達發揮免疫抑制功能。他們還從軟骨細胞中獲得了 MSC，并描述了在移植到 RA 關節后，這些細胞不僅抑制了調節 TGF-β1 分泌的炎癥，而且還防止了關節破壞。

 

間充質干細胞與系統性紅斑狼瘡

 

系統性紅斑狼瘡 (SLE) 是一種自身免疫性疾病，可影響身體的任何部位。最近的研究結果表明 SLE 患者的造血系統存在一些缺陷，可能是由于細胞因子和其他生長因子的不平衡表達。

 

有趣的是，發現骨髓來源的 CD34+ 干細胞過表達與 T 細胞發育炎癥密切相關的不同表面標志物，如 CD123 和 CD166 [105]。

 

因此，研究表明在最常研究的 SLE 小鼠模型 MRL/lpr 小鼠中，造血干細胞的移植可預防疾病的發作。?研空人員還確定了 BM 衍生的 MSCs 在 SLE 患者典型的血液疾病中的可能作用，并提出 MSCs 移植可用于改善疾病的自身免疫進展。事實上，他們發現間充質干細胞抑制 T 淋巴細胞和 Th2 增殖以及 B 細胞自身抗體的產生，從而使 MRL/lpr 小鼠的病理體征大大減少。

 

間充質干細胞和神經退行性疾病

 

多發性硬化癥

 

多發性硬化癥是導致年輕人神經功能障礙的重要原因。盡管它是一種多因素疾病，但眾所周知，異常免疫反應的存在會導致整個大腦和脊髓出現損傷。

 

自身反應性 T 細胞導致髓鞘破壞和繼發性少突膠質細胞和軸突損傷。盡管免疫調節或免疫抑制藥物在控制復發次數方面有效，但目前沒有任何療法可有效阻止疾病的進展期。

由于神經營養支持，干細胞的治療潛力在于通過替換丟失的少突膠質細胞來增強髓鞘再生，從而保護軸突。然而，病變的廣泛分布和灰質損傷使得直接間充質注射的治療效果非常低。此外，骨髓來源的細胞制造少突膠質細胞的能力很低。

 

盡管如此，骨髓來源的 MSCs 具有明顯的免疫調節和免疫抑制特性，因此它們正在臨床試驗中用于復發緩解型多發性硬化癥間充質干細胞治療多發性硬化癥 (MESEMS) (NCT01854957)。

 

此外，人們認為間充質干細胞通過減少疤痕形成、刺激新血管的形成以及分泌生長和神經保護因子（如超氧化物歧化酶-3）來促進自我修復。靜脈注射后，許多細胞進入中樞神經系統，并在實驗模型和患者中廣泛分布：安全性研究沒有證明腫瘤形成等不良反應，除了腦膜綜合征和一些有益效果的初步證據據報道。

 

肌萎縮側索硬化癥

 

日本一科研團隊，從肌肉中分離出 MSCs 并對它們進行基因改造以組成性表達膠質源性神經營養因子 (GDNF)。然后，他們將工程化的 MSC 移植到肌萎縮側索硬化癥 (ALS) 大鼠模型中，這是一種神經退行性疾病，患者會失去運動神經元并患有進行性和致命性麻痹。有趣的是，ALS 大鼠改善了病理表型，增加了神經肌肉連接的數量。

 

帕金森病

 

帕金森病 (PD) 是一種以多巴胺能神經元 (DA) 進行性喪失為特征的神經退行性疾病，尤其是在黑質的致密部。紋狀體中多巴胺能通路投射在紋狀體中，它們的缺失會導致多種運動并發癥，包括僵硬、運動遲緩和姿勢不穩。

 

DA 激動劑和左旋多巴（左旋多巴）是有效的對癥治療，但不幸的是，長期使用它們會變得低效，患者會出現明顯的副作用。干細胞療法，旨在替換丟失的神經元，是治療這種疾病最有希望的策略。

 

已經證明，在 PD 動物模型中移植后，MSCs 細胞可以提高酪氨酸羥化酶 (TH) 水平和多巴胺水平。

 

此外，有人提出這些細胞通過分泌營養因子（如 EGF、VEGF、NT3、FGF-2、HGF 和 BDNF）或通過抗凋亡信號傳導?有助于神經保護，而不會分化神經元表型。

 

由于這些原因，出現了涉及 hMSCs 基因修飾的新策略，作為誘導特定因子分泌或增加 DA 細胞分化百分比的工具。例如科學愛 Barzilay 等人。用攜帶 LMX1a 基因的慢病毒轉導成人來源的骨髓間充質干細胞：這些細胞顯示出類似于發育中的中腦神經元的表達譜，并允許 DA 細胞分化。

 

阿爾茨海默病

 

阿爾茨海默病 (AD) 是最常見的神經退行性癡呆；受影響的患者會出現記憶力和智力的進行性喪失。AD 的主要解剖病理學特征表現為 β-淀粉樣蛋白沉積和最終導致膽堿能神經元變性的神經原纖維纏結形成。目前沒有任何治療能夠阻止 AD 的進展。最近，不同的研究試圖通過干細胞療法改善阿爾茨海默病動物模型的神經病理學缺陷。

 

特別是，研究人員Shin 等人，專注于清除淀粉樣蛋白斑塊，他們證明 MSCs 可以增強細胞自噬途徑，增加體外和體內神經元的存活率 。同樣，Ma 的小組證明，脂肪來源的 MSC 一旦移植到 AD 模型小鼠中，就可以調節炎癥環境。特別是它們引起了小膠質細胞的激活，從而促進了替代標志物和 Aβ 降解酶的表達，同時降低了促炎因子的表達水平。

 

在 MSCs 治療自身免疫性疾病取得可喜成果之后，人們認為它可以調節 AD 的炎癥環境。特別是觀察到 Tregs 在細胞數量和/或功能方面的異常并且表明它們可以調節小膠質細胞的活化 。同時還證明臍帶來源的 MSCs 在體外激活 Tregs，一旦移植到 AD 動物模型中，Tregs 調節小膠質細胞激活，增加神經元存活率。

 

間充質干細胞的臨床應用

 

在干細胞臨床應用之前，我們需要了解其生物學特性以獲得治療效果。就 MSCs 而言，四個特性被認為是保證臨床搶救最重要的特性：(ii) 分化成各種細胞類型的能力；(iii) 分泌多種能夠刺激受損細胞恢復和抑制炎癥的生物活性分子的能力；(iv) 缺乏免疫原性和執行免疫調節功能的能力。

 

此外，MSCs 在治療效果中的作用仍有待闡明。在局部或全身給藥后，MSCs 具有遷移和移植到炎癥部位的能力。各種研究表明，在各種病理條件下，MSCs 選擇性地歸巢于損傷部位，與組織無關。研究表明小鼠 MSCs 可以在損傷時歸巢于肺，采用上皮樣表型，并減少用博來霉素攻擊的小鼠肺組織中的炎癥。研究發現移植的 MSC 可以遷移到 mdx 小鼠受傷的肌肉組織中。細胞遷移取決于受損細胞和免疫細胞分泌的許多信號，包括生長因子、白細胞介素和趨化因子 。最近研究證明 MSCs 的遷移受許多酪氨酸激酶生長因子受體如血小板衍生生長因子 (PDGF) 和胰島素樣生長因子 1 (IGF-1) 的控制；此外，CCR2、CCR3、CCR4 或 CCL5 等幾種趨化因子可改善體外遷移試驗中的 MSCs 遷移。

 

1995 年進行了第一次使用培養擴增的 MSCs 的臨床試驗，15 名患者接受了自體干細胞治療。在第一次之后，已經進行了多項臨床試驗，以測試 MSCs 治療的可行性和有效性。從 2011 年起，在公共臨床試驗數據庫 (http://www.clinicaltrials.gov/) 上發表了 206 項使用 MSC 的臨床試驗，顯示出非常廣泛的治療應用。這些試驗中的大多數是 I 期研究、II 期和 I/II 期研究的組合。這些試驗中只有少數處于 III 期或 II/III 期。大多數試驗報告在中等時間沒有不良反應，盡管其中很少有輕微和短暫的圍注射效應：一般來說，MSCs 似乎耐受性良好。通過在患有成骨不全癥的患者中注射自體和同種異體 MSCs 獲得了非常有希望的結果，而體外擴增的 MSCs 用于治療嚴重的 和難治性 GVHD 患者。此外，許多已完成的臨床試驗已經證明了 MSC 輸注對包括急性心肌缺血 (AMI)、中風、肌萎縮側索硬化癥 (ALS) 和肌營養不良癥在內的疾病的療效。