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解放军总医院第五医学中心:干细胞疗法在慢性肝病的进展与挑战

发表时间:2022-10-10 14:53

肝病是对人类健康的严重威胁。据估计,全球有多达8亿人受到慢性肝病的影响,其中中国有3亿多人。除病毒性肝炎外,慢性肝病的其他常见原因还有肥胖、代谢相关性脂肪肝、酒精性肝病、自身免疫性肝病(原发性胆汁性胆管炎、自身免疫性肝炎和原发性硬化性胆管炎)、遗传和其他代谢疾病。终末期肝病:包括失代偿期肝硬化和肝功能衰竭是以门静脉高压和肝功能严重受损为特征,伴有腹水、自发性腹膜炎、凝血功能障碍、消化道出血、肝性脑病、肝肾综合征等一系列并发症。肝硬化的一年死亡率估计为57%,2017年全球造成132万人死亡,占全球死亡人数的2.4%。慢性肝病:包括失代偿期肝硬化,可发展为慢加急性肝衰竭,死亡率进一步显著增加(28天时为33%;90天时为50%)。


解放军总医院第五医学中心:干细胞疗法在慢性肝病的进展与挑战


目前对失代偿期肝硬化或肝功能衰竭的治疗仍然有限,肝移植仍然是提高生存率的唯一可用方法,但受到器官资源短缺、移植后排斥反应和高昂的经济成本的限制。在过去的十年里,一系列基于细胞治疗的新应用,包括干细胞输注、肝细胞移植、体外人工肝和组织工程器官的植入,作为慢性肝病的替代介入方法被研究。一系列关于细胞治疗的临床前和临床研究显示了有希望的数据。然而,MSC治疗慢性肝病的临床应用仍存在一些差距。


最近,解放军总医院第五医学中心传染病科在《干细胞转化医学》杂志上发表一篇关于《慢性肝病的干细胞疗法:进展与挑战》的综述,该综述表达慢性肝病已成为世界范围内的重大健康问题,除肝移植外,迫切需要开发新的治疗方法。最近的临床和临床前研究表明,间充质干细胞的治疗策略可能有助于改善慢性肝病,并通过其在组织损伤和免疫调节中的作用为恢复肝功能提供新的治疗选择。


解放军总医院第五医学中心:干细胞疗法在慢性肝病的进展与挑战


本综述重点关注严重肝病的细胞治疗,总结了目前的进展,并讨论了该领域的挑战和未解决的问题。



用于治疗慢性肝病的细胞类型


最近,基于细胞的疗法,特别是干细胞疗法,正受到越来越多的关注。干细胞和成体肝源性肝细胞往往是主要的细胞来源,它们包括一类具有自我更新和多向分化潜在特性的细胞。它们可分为全能干细胞、多能干细胞和特化干细胞。在特定条件下,它们可以发育成一个完整的生物体、各种组织和一定谱系的人体器官或细胞。


近年来,随着再生医学和干细胞基础研究的进展,越来越多的临床前和临床研究使用不同类型的干细胞进行,如表1所示。


用于治疗慢性肝病的干细胞类型



间充质干细胞治疗慢性肝病的临床试验和基本原理


间充质干细胞(MSCs)是肝病细胞治疗临床研究中最常用的细胞来源。通过在PubMed上搜索“间充质干细胞或间充质基质细胞和肝脏[标题]”,检索到1290篇出版物(年份分布如图1A所示)。同样,搜索“间充质干细胞和肝病”显示,截至2022年4月29日,ClinicalTrials.gov上已注册了63项临床试验(图1B、1C)。


间充质干细胞对肝病的研究总结

图1:间充质干细胞对肝病的研究总结

A.与肝病间充质干细胞或间充质基质细胞研究相关的已发表论文数量。这些数据是在2022年4月29日获得的(总计=1290)。

B.在ClinicalTrials.gov上注册的63项临床试验的国家和地区分布。

C.22个已完成临床试验的国家和地区分布见表2。

D.表2所示14项已完成的临床试验中用于外周静脉输注的MSCs剂量。E.间充质干细胞治疗细胞输注途径完成的22项临床试验见表2。


据报道,肝硬化或肝衰竭患者接受MSC输注后,MELD评分、凝血酶原时间、血清白蛋白和总胆红素均得到改善。


Suk KT等人进行了一项多中心、开放标签、II期临床试验,以评估自体骨髓来源的MSC治疗酒精性肝硬化。将72例患者随机分为3组,即对照组、单次输液组或双次输液组。主要终点是纤维化评分的改善,次要终点是肝功能、Child-Pugh评分和MELD评分。与对照组相比,MSCs在第24周显著改善了纤维化评分和Child-Pugh评分,但单次输注组和双次输注组之间没有显著差异。3组之间的不良事件也没有显着差异,表明MSC输注在酒精性肝硬化患者中是安全且耐受性良好的


在另一项纳入110名慢性加急性肝衰竭患者的开放标签、随机、对照试验中,在第24周也观察到肝功能、MELD评分、感染控制和死亡率的改善。


近年来,我们的团队利用间充质干细胞进行了一系列临床试验,用于治疗失代偿期肝硬化、原发性胆汁性胆管炎、慢加急性肝衰竭和移植后患者。结果表明,MSCs治疗可以改善患者的肝功能,增加肝功能储备,减少移植后排斥反应和并发症,提高生活质量和生存时间


在对219名接受MSC输注的肝硬化患者进行的为期75个月的随访研究中,我们发现MSC可以显著提高患者的生存率和肝功能,而不会增加肿瘤发生率和其他不良事件。


然而,一些研究也发现,MSC输注并没有改善肝功能。这些结论的不一致可能是由于MSCs的纳入和排除标准、终点和来源不同,以及大多数试验的样本量较小。在表2和图1D中,我们总结了22项已报告的MSC肝硬化和肝衰竭临床试验(11项研究尚未在 ClinicalTrials.gov上注册)。


间充质干细胞治疗慢性肝病的临床试验

间充质干细胞治疗慢性肝病的临床试验

表2



间充质干细胞治疗慢性肝病的基本原理


①由于MSCs的分化和再生特性,它们可以在体外被刺激分化为肝细胞。MSCs还可以补充和修复动物模型中的病变肝脏;


②间充质干细胞通过直接接触或旁分泌信号传导在体内发挥一系列免疫调节作用并调节先天性和适应性分化,包括自然杀伤细胞、枯否细胞、巨噬细胞、树突状细胞、辅助T细胞、调节性T细胞和B细胞。减少肝脏炎症并改善宿主组织损伤。


③间充质干细胞可起到改善肝脏微环境和抗纤维化的作用。例如,间充质干细胞可以分泌白细胞介素10和肿瘤坏死因子,抑制肝星状细胞 (HSCs) 的活化,同时通过Fas-FasL通路诱导HSCs凋亡,但它们也可以通过肝细胞诱导肝干细胞的再生。生长因子。间充质干细胞还可以诱导免疫细胞产生或直接分泌基质金属蛋白酶以降解细胞外基质。


④铁死亡是一种新的非凋亡性细胞死亡形式,在肝脏疾病的进展中发挥作用。间充质干细胞通过降低细胞内活性氧 (ROS) 和Fe2水平来保护肝脏并抑制肝细胞的铁死亡过程。此外,Li等人证明,骨髓间充质干细胞能够通过阻断细胞因子风暴来延长猪模型中暴发性肝衰竭的存活时间。


在COVID-19大流行期间(2020年初),进行了一系列临床试验,以评估MSC治疗重症COVID-19患者的效率。一些试验表明,输注间充质干细胞可以减少肺部炎症和病变,改善重症患者的康复,缩短住院时间。在一项针对101名患者的多中心、随机、双盲、安慰剂对照试验中,我们发现MSC在一年的随访中加速了肺部病变的恢复并减轻了肺纤维化。这些发现与MSC的抗纤维化特性一致。



间充质干细胞治疗肝病目前面临的挑战


MSCs治疗慢性肝病取得了一些有希望的发现,但目前方案中的一些关键问题仍有待在未来的研究中解决,包括研究设计、输注MSCs的剂量、MSCs的输注途径以及药代动力学和药效学。体内输注的MSCs的PK/PD)


间充质干细胞的剂量


临床上使用的MSCs的剂量是一个关键问题。在研究设计中应根据细胞来源、患者适应症、输血时间和输注途径仔细确定合适的细胞剂量。通常会启动I期临床研究,以确定针对不同适应症和输注途径的最佳细胞剂量。


其中,通过外周静脉输注给药的MSCs的剂量范围一般为5×105至1×106细胞/kg。在急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者的MSC治疗I期试验中,低、中、高剂量组分别为1×106细胞/kg、5×106细胞/kg和1×107细胞/公斤,分别在高剂量组中未观察到与输注相关的不良事件,表明1×107个细胞/kg的剂量对ARDS患者是安全的。


至于肝病的治疗,在一项干细胞剂量递增研究中,共纳入20名失代偿期肝硬化患者,在3轮脐带干细胞静脉输注后未观察到与细胞输注相关的不良事件。以2×108个细胞/次的最高剂量。然而,每个临床试验的最佳剂量需要根据疾病的不同阶段和给药程序进行探索。图2显示了14项不同临床研究中使用的静脉输注剂量。


MSCs的效率和输注途径


尽管未经操纵,传统的MSCs已在治疗研究中得到最广泛的应用,但人们已经做出了广泛的努力来提高MSC输血的安全性和效率。其中一些策略,包括对MSCs进行分类以增强功能,用细胞因子启动MSCs,以及对MSCs进行基因修饰,已被开发用于增强MSCs 的免疫调节潜力和/或它们在迁移到具有炎症和炎症的靶器官时的归巢。


间充质干细胞是一种异质的细胞群,可以分为几个亚组。因此,具有选定标记的安定和富集的MSCs可能比传统的MSCs更适合特殊条件。例如,通过CD146、CD73、CD271,此外,与干扰素-γ、白细胞介素-7和转化生长因子共培养后,MSCs产生的效应细胞因子增加,它们对免疫细胞的调节作用,以及趋化性和增殖能力增强。基因编辑技术也被应用于特异性上调或沉默某些基因(胰岛素生长因子样1、CXCR4、Let7a等),这些基因可能导致基因修饰的MSCs具有更强的抗纤维化、免疫调节、趋化性、抗凋亡、分化的再生能力和器官恢复功能。虽然纯化方法和基因编辑在临床前研究中对MSCs是可行的,但在细胞稳定性、安全性和药物相关生产规范的合规性方面还有很长的路要走。因此,挑战在于平衡额外成本和潜在的后勤/安全问题。


不同的输注途径可能会影响MSC治疗的疗效。静脉输注是最常见的MSC给药途径。其他途径包括肝动脉、门静脉和肝内或脾内MSCs输血。但鉴于入组人群的差异,目前已报道的临床试验尚未证实MSC药物最合适的来源、剂量和输注途径,需要进一步开展更大样本量的随机对照临床试验。


药代动力学/药效学(PK/PD)


PK/PD测量被测药物和生物标志物在正常或疾病模型中的分布,并进一步用于分析给药后药物吸收、分布、代谢和排泄的动态过程。因此,这是药物开发的一个组成部分。PK/PD研究有助于更好地理解药物暴露、疗效和毒性之间的关系,并且是指导研究设计以进行进一步临床前和临床评估的重要工具。


其中,细胞输注后与PK/PD相关的细胞追踪是评估细胞治疗产品安全性和有效性的关键组成部分。最近,定量三维冷冻成像,多种成像方法,包括定量磁粉成像,评估它们在不同器官中的分布以及它们在体内随时间的变化。这些通过外周静脉输注给予MSCs的研究表明,MSCs经常分布在动物模型的肝脏和肺部。


鉴于间充质干细胞的产品的特性,与传统药物相比,应用于人体的PK/PD研究仍处于起步阶段,可能对健康受试者构成不确定的风险。因此,很少在健康志愿者中进行干细胞临床试验。


在临床研究中,Gholamrezanezhad等人在失代偿期肝硬化患者中使用了125个In-oxine标记的MSC,并使用MRI对其进行跟踪。MSCs在输注后20分钟主要集中在肺部,2小时后,直到基线后10天,MSCs才能在肝脏和脾脏中检测到。这些发现与动物研究得到的结论一致,为MSCs在肝病治疗中的应用提供了依据。考虑到MSC转化研究中的PK-PD关系,结合更好的生物分布研究,可以实现更强大的MSC临床转化的潜力。


间充质干细胞疗法治疗慢性肝病的流程



看法


干细胞疗法,尤其是MSC疗法,通常被认为是治疗急性或慢加急性肝功能衰竭和失代偿性肝硬化患者的一种安全且可能相关的治疗策略。尽管这些研究为MSC输注的安全性和有效性提供了初步证据,但大多数临床试验都是在单个中心进行的,样本量很小。需要进一步进行大样本量的稳健、随机和对照临床研究,以提高MSC治疗的可靠性并建立治疗严重肝病的临床替代方案。


同时,由于终末期肝病临床过程的复杂性,细胞输注方案的设计、临床治疗的时间和持续时间以及试验的终点都需要进一步优化。已在体外研究了MSC治疗肝病的机制;然而,人类的细胞分布和相关机制尚未完全阐明。


我们相信,在不久的将来,将开展或完成多项临床试验以产生高水平的证据,这将不断推动干细胞输注治疗肝病的发展,最终有益于重症患者的预后和预后。


参考资料:

Tian-Tian Li, Ze-Rui Wang, Wei-Qi Yao, En-Qiang Linghu, Fu-Sheng Wang, Lei Shi, Stem Cell Therapies for Chronic Liver Diseases: Progress and Challenges, Stem Cells Translational Medicine, Volume 11, Issue 9, September 2022, Pages 900–911, https://doi.org/10.1093/stcltm/szac053.

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