干细胞移植在治疗肝病中的临床应用现状及挑战

2022
06/18

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杭吉干细胞科技
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间充质干细胞移植治疗作为原位肝移植的替代策略,已被评估用于治疗终末期肝病.越来越多的证据表明,MSCs可以通过分化为肝细胞样细胞、免疫调节和抗纤维化机制来再生组

介绍:病毒性和酒精性肝病、药物性肝病、自身免疫性肝炎和原发性胆汁性肝硬化最终可发展为终末期肝病,逐渐成为全球主要死因之一。

针对终末期肝病已经开发了多种治疗方法,包括药物、人工肝以及门静脉高压症的内窥镜和血管干预。尽管治疗在一定程度上缓解了临床症状,但由于肝细胞数量减少,肝功能减退无法逆转。

目前,原位肝移植仍然是终末期肝病唯一有效的治疗方法。然而,供体来源不足以满足临床需求。此外,移植后排斥反应和高昂的治疗费用限制了它们的适用性。因此,需要针对终末期肝病的替代治疗策略。

原发性肝细胞移植可作为肝移植的替代方法。移植的肝细胞增殖以再生受损的肝脏并补偿肝功能的丧失。然而,肝细胞移植的实际应用受到供体细胞的可用性及其体外增殖潜力有限的限制。

近年来,再生医学和干细胞的研究进展迅速。间充质干细胞 (MSCs) 是具有自我更新能力的多能细胞,可以分化成多个谱系。在国内外学者开展的临床前和临床试验中,利用间充质干细胞治疗肝病取得了重大进展。

间充质干细胞治疗肝病的机制

间充质干细胞是源自中胚层的多能基质细胞,于1970年代首次在成人骨髓中发现。MSCs可以从脂肪组织、肌肉、真皮、牙髓、滑膜、脐带、胎盘、绒毛膜、经血、母乳和羊水中分离出来。

为了阐明MSC在治疗肝病中的积极作用,我们简要概述了基于MSC的疗法的机制,如图1所示。表1总结了MSCs调节其他细胞的细胞内信号通路。

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图1间充质干细胞治疗肝病的机制

图源:文献截图

间充质干细胞通过分化、免疫调节作用和抗纤维化作用修复受损的肝组织。间充质干细胞,间充质干细胞;HSC,肝星状细胞。ECM细胞外基质、M1经典激活巨噬细胞、M2交替激活巨噬细胞、DC树突状细胞、NK自然杀伤细胞、B B 淋巴细胞、Treg调节细胞

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图源:文献截图

MSCs分化为肝细胞样细胞

源自MSCs的肝细胞样细胞是用于肝脏再生的有希望的细胞来源。

间充质干细胞的免疫调节能力

受损肝组织中的免疫失调被认为是纤维化和肝功能衰竭的主要原因。最近的研究表明,间充质干细胞通过先天性和适应性免疫反应的细胞间接触或旁分泌调节发挥免疫调节活性。

间充质干细胞的抗纤维化作用

在慢性肝损伤中,受损肝脏分泌的促纤维化因子促进肝星状细胞 (HSC) 的活化和增殖,随后转化为肌成纤维细胞。肌成纤维细胞合成细胞外基质 (ECM) 并释放大量金属蛋白酶组织抑制剂 (TIMP)-1,可减少ECM降解并最终通过抑制间质胶原酶活性诱导ECM积累。体内和体外实验表明,间充质干细胞主要通过旁分泌信号发挥抗纤维化作用。

间充质干细胞在肝病治疗中的临床应用现状及挑战

如上所述,大量临床前证据证实MSC可以促进肝脏再生,这似乎是治疗肝脏疾病的一种有前途的方法。越来越多的临床试验证据进一步证实了间充质干细胞在治疗肝脏疾病方面的作用,特别是肝硬化和慢加急性肝衰竭 (ACLF)(表2)。

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表2间充质干细胞治疗肝病的临床试验

图源:文献截图

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表2间充质干细胞治疗肝病的临床试验

图源:文献截图

案例一:张等人证明UC-MSCs显著减少失代偿期肝硬化患者的腹水,显著改善肝功能,表现为血清ALB和总胆红素水平升高,终末期肝病评分降低。

案例二:Huang等人进行的I期临床试验。表明GXHPC1(一种含有从自体供体中分离和扩增的人类AD-MSCs的细胞产品)显著改善了肝功能以及METAVIR评分、Child-Pugh评分、终末期肝病模型(MELD)评分和质量肝硬化患者的生活。

案例三:刘等人进行了一项II期临床试验,以确定BM-MSC移植治疗酒精性肝硬化的抗纤维化作用。结果显示,BM-MSCs治疗改善了Child-Pugh评分并显著降低了TGF-β1、I型胶原和α-平滑肌肌动蛋白水平。

案例四:此外,还进行了另一项开放标签、多中心、随机II期临床试验,以评估BM-MSC移植治疗酒精性肝硬化的安全性和临床疗效。结果表明,BM-MSCs显著减少了肝纤维化的面积并提高了Child-Pugh评分。自体MSC输注也显示出对HCV相关终末期肝病的肝合成功能和肝纤维化的有益作用。此外,间充质干细胞还可用于治疗原发性胆汁性肝硬化和自身免疫性疾病引起的肝硬化。

案例五:进行了一项I-II期随机临床试验,以评估BM-MSCs在2期和3期ACLF患者中的初始疗效和安全性。结果显示,完成整个MSC输注方案的患者的Child-Pugh评分、MELD评分和ACLF评分显著改善。

案例六:林等人招募了110名HBV相关ACLF患者,每周输注1.0–10×105细胞/kg,连续4周。随访24周,MSC组的累积生存率明显高于标准药物治疗组,而MSC组的严重感染发生率和多器官衰竭死亡率远低于对照组。

案例七:Shi等人在I/II期试验中获得了一致的结果。此外,Casiraghi等人。进行了一项开放标签和随机Ib/IIa期临床试验,该试验支持在肝移植受者移植前输注 MSCs的安全性,并诱导外周血中免疫调节性T细胞和NK细胞的轻微阳性变化。这些研究表明,MSC疗法可安全用于肝病患者。

案例八:然而,一项随机安慰剂对照试验显示,MSC组和安慰剂组在Child-Pugh评分、MELD-Na评分、血清 ALB、国际标准化比值、血清转氨酶和肝体积的绝对变化方面没有显著差异。石等人发现在猪暴发性肝衰竭模型的门静脉输注BM-MSCs7天后,人肝细胞仅占猪肝细胞的4.5%。值得注意的是,由于MSCs的归巢能力较差,这些细胞在肝脏中无法达到有效数量,这也可能导致其疗效不佳。

案例九:Kantarcıoğlu等人。对移植BM-MSCs的肝硬化患者进行了一系列肝活检,这表明足够数量的BM-MSCs没有到达肝脏。接下来,我们将重点关注机制以及如何改善MSCs的归巢以增强其在肝病中的治疗效果。

间充质干细胞归巢机制

间充质干细胞可以归巢于受损组织部位,这是其在全身性疾病治疗中应用的前提。MSCs的归航能力由Saito等人于2002年首次提出。随后,大量研究的大量证据表明,移植到人体的外源性间充质干细胞优先被靶组织的血管系统捕获,然后通过血管内皮细胞迁移到靶组织,这与配备“GPS”的细胞相似。特别是,缺血性损伤的组织可以吸引MSCs,这些MSCs可以归巢于受损组织,在那里它们发挥治疗作用。

间充质干细胞归巢流程:MSCs的系统归巢由受损或发炎组织释放的归巢促进因子引导,类似于循环白细胞向炎症部位的迁移,分为五个连续步骤:(1)滚动,(2)激活,(3 )牢固的粘附,(4)爬行,(5)跨内皮迁移(图2)。

MSCs的归巢机制。示意图总结了促进MSC归巢的每个步骤的分子机制

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MSCs的归巢机制。示意图总结了促进MSC归巢的每个步骤的分子机制

图源:文献截图

促进间充质干细胞归巢治疗肝病的策略

大量研究集中在促进MSCs的归巢能力以提高肝病治疗的疗效,主要从以下四个方面入手。

(1)移植途径:MSC移植途径的选择可能直接影响移植细胞在肝脏的定植。MSCs外周静脉输注简便、经济、可多次进行;然而,细胞定植于肝脏的比例很低,因此这种方法适用于同种异体MSC。门静脉途径可能加重门静脉高压,导致出血风险。因此,门静脉注射可能更适合没有门静脉高压风险的患者。

研究发现,腹腔注射的动物显示,MSCs来源的肝细胞优先分布在门静脉周围,而肝内注射则导致广泛分布于整个肝实质。一些研究人员还提出,肝动脉注射是最好的输注途径,并显示出更好的归巢效果。

间充质干细胞移植治疗肝病的各种途径。动物实验和临床试验中MSC注射途径概述

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干细胞移植治疗肝病的途径

图源:文献截图

(2)间充质干细胞培养条件的预处理或优化:应用前对培养条件进行预处理或优化是提高MSCs治疗效果的有效方法。虽然预处理或优化培养条件可以成功提高MSCs治疗肝病的疗效,但也会影响MSCs的表型和旁分泌功能,因此在未来的临床应用之前还需要进一步探索。

(3) 修饰间充质干细胞以增强归巢:通过基因编辑或化学修饰修饰MSCs是一个活跃的研究领域;然而,这些方法可能会引起生物安全问题,需要进行几项临床前研究来探索其安全性和有效性。

(4)修饰靶组织:修改目标组织以使其更具吸引力似乎是一种有前途的方法。研究证实,将归巢因子注入靶组织、对靶组织进行基因改造、辐射或超声技术可增强MSC归巢,但关于肝病的研究较少。此外,传递细胞因子的生物活性支架可以作为MSCs的“归巢信号”,但可能难以进一步优化并表现出安全性和成本问题,并且其在治疗肝病的临床应用中存在局限性。

结论和未来方向

多项研究表明,间充质干细胞可通过多种机制在肝病治疗中发挥治疗作用:

1、抑制肝细胞凋亡,促进肝细胞再生;

2、旁分泌多种细胞因子协同保护肝纤维化;

3、调节免疫力,减轻炎症反应,恢复机体稳态。多项临床试验验证了间充质干细胞对肝病的治疗效果。

然而,一些临床研究表明,只有一定数量的输注MSCs归巢于肝脏,而MSC移植对患者的长期预后无明显益处。因此,正在进行深入研究以确定MSC归巢的相关机制,并探索提高MSC治疗效果的新策略。

迄今为止,美国食品药品监督管理局 (FDA) 或欧洲药品管理局 (EMA) 已批准多种MSC制剂(如Osteocel、Stemirac和 Alofisel)用于治疗多种疾病。

但值得注意的是,在已上市的MSC制剂中,全球首个干细胞药物Prochymal每疗程定价20万美元,Stemirac每疗程定价约13.5万美元,Temcell每疗程定价约12万美元。由于无法说服政府和保险公司报销费用,Chondrocelect等干细胞产品在欧盟的退市或停牌受到了相当大的关注。因此,MSC制剂的药物经济学仍然是当前干细胞研究的关键课题。

总之,我们描述了间充质干细胞治疗肝病的应用前景。然而,需要进一步的研究来研究间充质干细胞的归巢机制和改善归巢的各种策略。

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