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間充質(zhì)干細胞治療急性肝衰竭的研究進展

概述:急性肝衰竭(ALF)是一種嚴重的肝病綜合征,病情迅速惡化,死亡率很高。肝移植是最有效的治療方法,但供體肝臟的缺乏和移植費用的高昂限制了其廣泛應(yīng)用。近年來,ALF的治療一直沒有突破,干細胞在ALF治療中的應(yīng)用是一個重要的研究領(lǐng)域。

間充質(zhì)干細胞(MSCs)因其來源豐富、免疫原性低、無倫理限制等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于疾病治療研究。雖然MSCs對治療ALF有效,但MSCs在ALF中的應(yīng)用還需要進一步研究和優(yōu)化。在這篇綜述中,四川大學華西醫(yī)院感染性疾病中心陳恩強教授討論了間充質(zhì)干細胞治療急性肝衰竭的潛在機制,總結(jié)了一些增強間充質(zhì)干細胞療效的方法。

間充質(zhì)干細胞治療急性肝衰竭的研究進展

介紹

急性肝衰竭(ALF)是一種嚴重的肝病綜合征,病情迅速惡化,死亡率很高。治療ALF的第一步是去除病因,如戒酒、抗肝炎病毒、停用傷肝藥物等。ALF的主要治療方法包括常規(guī)藥物治療、人工肝支持系統(tǒng)和肝移植。肝移植是最有效的治療方法,但供體肝臟的缺乏和移植費用的高昂限制了其廣泛應(yīng)用。近年來,ALF的治療一直沒有突破,干細胞在ALF治療中的應(yīng)用是一個重要的研究領(lǐng)域。同時,干細胞有助于治療多種疾病,包括肝功能衰竭、肝纖維化、移植物抗宿主病、2型糖尿病等。

干細胞是一類具有自我復(fù)制、高增殖和多向分化潛能的細胞,可以通過免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)等多種方式發(fā)揮治療作用。間充質(zhì)干細胞(MSCs)因其來源廣泛、免疫原性低、無倫理限制等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于疾病治療研究。先前的研究表明,MSCs通過分化為肝細胞樣細胞 (HLC)、調(diào)節(jié)免疫細胞和分泌治療因子來治療ALF。雖然MSCs治療ALF有效,但MSCs在ALF中的應(yīng)用還需要進一步研究和優(yōu)化。在這篇綜述中,我們討論了MSCs治療ALF的潛在機制,總結(jié)了一些增強MSCs療效的方法,并探索了MSCs移植的最佳途徑。

干細胞治療急性肝衰竭的作用機制有哪些?

陳恩強教授:其實對于肝衰竭、尤其是ALF,是否常規(guī)使用干細胞治療,目前學者們尚未達成一致觀點。有些專家認為,ALF是一種預(yù)后兇險的疾病,其臨床特點是起病和進展迅速,目前的治療方案還是傾向于首選基本的支持治療,必要時采取肝移植治療;而干細胞治療的療效發(fā)揮需要時間,起效較慢可能會限制該療法的臨床應(yīng)用。但也有專家提出,不能完全否定干細胞治療,該療法的豐富作用機制使其具有很好的發(fā)展前景。

眾所周知,ALF是一個以炎癥反應(yīng)為主的肝細胞損傷過程。最初的大量炎性細胞因子釋放以及由此引起的級聯(lián)反應(yīng)可導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)綜合征,隨后出現(xiàn)代償性抗炎反應(yīng),導(dǎo)致免疫細胞功能障礙、敗血癥和多器官功能障礙。目前的研究顯示,干細胞治療急性肝衰竭也不僅是通過細胞或組織重建來發(fā)揮效果的,更多的是通過肝臟局部發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用來發(fā)揮肝臟治療效應(yīng)。

研究表明,干細胞不僅分泌多種免疫調(diào)節(jié)因子,還可抑制轉(zhuǎn)化分泌肝細胞生長因子,以及IL-1、IL-6等促炎癥因子釋放,促進組織再生以及抗纖維化;干細胞治療通過分泌細胞因子激活肝卵圓細胞、促進肝細胞再生作用,抑制了免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng),促進的肝臟組織器官的修復(fù)和內(nèi)源性肝臟干細胞的增殖,為肝細胞的修復(fù)提供了很好的環(huán)境。

此外,干細胞治療的效用可能不僅局限在肝臟壞死時的“急性治療”,在治療恢復(fù)期時,也可輔助其他治療,減少肝纖維化、肝硬化等的發(fā)生。

基因編輯或預(yù)處理以修飾間充質(zhì)干細胞

MSCs治療ALF的有效性已得到證實,但如何提高其療效值得進一步研究。研究報道,編輯MSCs的一些靶基因可以增強ALF的有效性,已驗證的靶基因包括c-Met、CC基序趨化因子受體2(CCR2)、CXC基序趨化因子受體4(CXCR4)、肝細胞核因子4α (HNF4α)、IL-35、HGF、白細胞介素-1受體拮抗劑(IL-1Ra)、叉頭盒A2(Foxa2)、VEGF等。過度表達某些趨化因子(c-Met、CCR2、CXCR4)的MSCs較多有可能到達損傷的肝臟,提高ALF的治療效果

蔡等發(fā)現(xiàn)Foxa2在MSCs中的過表達增強了肝細胞樣分化并減輕了ALI。VEGF的過表達增強了MSCs的多能性并促進了MSCs在肝臟中的歸巢和定植。

在MSCs移植前對MSCs進行不同刺激的預(yù)處理可能會提高ALF的治療效果。實驗采用的預(yù)處理方法包括依達拉奉、IL-1β、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、血清等。依達拉奉提高MSCs的抗氧化水平,可通過增加MSCs的歸巢,促進增殖,顯著提高肝組織修復(fù)能力,減少細胞凋亡,增加HGF的分泌。聶等報道了IL-1β (20 ng/mL) 預(yù)處理可以通過增加CXCR4的表達和提高MSCs治療ALF的療效來增強MSCs的歸巢能力。張等發(fā)現(xiàn) TNF-α (1ng/mL) 預(yù)處理的MSCs可以分泌治療性外泌體來抑制巨噬細胞中NLRP3的激活,從而改善ALF。

間充質(zhì)干細胞的聯(lián)合治療

事實上,MSCs聯(lián)合其他療法可能比單獨使用MSCs療法對ALF有更好的結(jié)果。經(jīng)血MSCs可通過抑制Toll樣受體4(TLR4)介導(dǎo)的PI3K/Akt/mTOR/IkappaB激酶(IKK)信號通路減輕肝損傷。同時,腺苷A2A受體 (A2AR) 激動劑可以與經(jīng)血MSCs協(xié)同作用。

桑等發(fā)現(xiàn)MSCs移植聯(lián)合IL-1Ra(2mg/kg)可顯著提高ALF豬的存活時間,這可能與MSCs與IL-1Ra協(xié)同調(diào)節(jié)炎癥和細胞凋亡有關(guān)。在ALF大鼠中,人臍帶血MSCs移植聯(lián)合粒細胞集落刺激因子可通過抑制炎癥、氧化應(yīng)激和肝細胞凋亡,促進MSCs的增殖和定植,減輕肝損傷。

在肝功能衰竭患者的MSCs臨床試驗中,常規(guī)藥物治療是基礎(chǔ),MSCs主要用作輔助治療。人工肝支持系統(tǒng)是治療肝衰竭必不可少的手段,其中血漿置換是常用的方法。在乙型肝炎病毒相關(guān)的ACLF (HBV-ACLF) 患者中,MSCs聯(lián)合血漿置換在治療后30、60和90天的死亡率和不良結(jié)局最低。然而,差異無統(tǒng)計學意義。

探索間充質(zhì)干細胞治療肝衰竭的最佳方案

表1總結(jié)了MSCs在ALF動物模型中的應(yīng)用和療效研究,以探索MSCs治療ALF的最佳方案。

MSCs的組織來源廣泛,包括骨髓、脂肪組織、臍帶、胎盤、扁桃體等,目前尚不清楚不同組織來源的MSCs對ALF的治療效果是否相似。扎雷等。報道,在ALF小鼠的肝酶、組織病理學和存活率方面,脂肪來源的MSCs比骨髓MSCs更有益。此外,有學者發(fā)現(xiàn)來自同一供體的不同圍產(chǎn)期組織的MSCs在ALF小鼠中表現(xiàn)出不同的治療作用。臍帶-胎盤連接處來源的MSCs和胎盤來源的MSCs可以提高ALF小鼠的存活率,但臍帶膜來源的MSCs與對照組無差異。

因此,MSCs的組織來源可能會影響ALF的療效。值得注意的是,人源性MSCs在ALF動物模型中也具有顯著療效,反映出MSCs的低免疫原性。

MSC類型路線劑量(移植頻率)移植時間誘導(dǎo)劑動物治療作用及機制參考
人骨髓間充質(zhì)干細胞門靜脈3×10 6 /kg(1次注射)使用 D-GalN 后立即注射D-GaN存活率↑;炎癥↓;δ 樣配體 4 (DLL4)↑81
AT-間充質(zhì)干細胞外周靜脈或脾靜脈2×10 6 /kg(2次進樣)使用 CCL 4后第 3 天和第 8 天注射覆銅板4小狗肝酶↓;(IL-1、IL-6、IL-8、IFN-γ)↓;(IL-4、IL-10、HGF 和 VEGFA)↑82
骨髓間充質(zhì)干細胞外周靜脈1×10 6 /大鼠(1次注射)使用 TAA 后 12 小時注射TAA老鼠存活率↑;內(nèi)毒素↓; (IL-6和TNF-α)↓89
AT-間充質(zhì)干細胞外周靜脈2×10 5 /大鼠(1次注射)使用 APAP 后 2 小時注射APAP老鼠肝酶↓;(TNF-α, MCP-1, IL-1β, ICAM-1 and phospho-JNK)↓; (細胞周期蛋白 D1 和 PCNA)↑80
hUCMSCs外周靜脈2×10 6或4×10 6 /大鼠(1次注射)使用 LPS/D-GalN 后 1 小時注射LPS/D-GaN老鼠肝酶↓;(TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-1β)↓;肝細胞生長因子↑;(Notch、IFN-γ/Stat1、IL-6/Stat3)↓78
hUCMSCs外周靜脈5×10 5 /小鼠(1次注射)使用 APAP 前后 30 分鐘注射APAP老鼠肝酶↓;(谷胱甘肽、超氧化物歧化酶)↑;(TNF-α和IL-6)↓;肝細胞生長因子↑90
間充質(zhì)干細胞外周靜脈2×10 6 /小鼠(1次注射)使用 ConA 或 APAP 后 30 分鐘注射ConA 或 APAP老鼠肝酶↓;(INF-γ和TNF-α)↓;Galectin-1 是 T-MSC 的關(guān)鍵效應(yīng)物79
hPMSCs門靜脈或外周靜脈1×10 8 /豬(1次注射)使用 D-GalN 后 18 小時注射D-GaN肝酶↓;(肝臟炎癥、肝變性和壞死)↓;(肝臟再生)↑77

MSCs的移植途徑包括外周靜脈、門靜脈、脾靜脈、肝動脈、肝內(nèi)注射、脾內(nèi)注射等。

經(jīng)尾靜脈和肝內(nèi)注射移植的MSCs在ALF大鼠肝功能和存活率方面具有相似的療效。布特拉等顯示尾靜脈注射MSCs比腹腔注射更有效地減輕肝損傷。同樣,從肝動脈、門靜脈和尾靜脈移植的MSCs對ALF有相似的治療作用,而腹腔注射的MSCs對ALF沒有治療作用。然而,一些研究表明,門靜脈給藥比其他移植途徑更有效。通過門靜脈移植的MSCs比通過外周靜脈移植的MSCs可以更好地減少肝臟炎癥并促進肝臟再生。同時,門靜脈注射在改善肝功能、抑制肝細胞凋亡、延長存活時間等方面優(yōu)于肝動脈、外周靜脈和肝內(nèi)注射等其他MSCs移植途徑。由于目前證據(jù)不足,ALF間充質(zhì)干細胞移植的最佳途徑仍不清楚。

用于MSCs移植的細胞劑量在大型動物(例如狗和豬)中與體重成比例增加,而在小型動物(例如小鼠和大鼠)中則固定不變(表1)。ALF進展較快,因此多數(shù)研究采用單個MSCs移植,移植時間越早越好(表1)。

一項研究比較了干細胞移植前30分鐘和注射APAP后30分鐘的療效差異,發(fā)現(xiàn)早期治療組在提高存活率和降低肝酶方面均高于延遲治療組。

間充質(zhì)干細胞治療肝衰竭的臨床試驗

許多研究已經(jīng)證明MSCs可以有效治療動物模型中的ALF。同樣,MSCs在臨床試驗中對肝功能衰竭患者也有治療作用。

在一項隨機對照試驗中,外周輸注同種異體骨髓間充質(zhì)干細胞對HBV相關(guān)ACLF患者安全有效,并通過改善肝功能和降低嚴重感染的發(fā)生率顯著提高24周生存率。

在Peng進行的一項臨床試驗中等,經(jīng)肝動脈單次自體骨髓間充質(zhì)干細胞移植2至3周后,患者的白蛋白、總膽紅素和凝血酶原時間顯著改善。然而,在192周的隨訪中,MSCs移植并沒有為肝衰竭患者提供生存獲益。MSCs治療肝功能衰竭的過程尚不確定。

賈等發(fā)現(xiàn)將治療時間從4周延長至8周可提高MSCs治療終末期肝病的療效。值得注意的是,延長療程可能會增加治療費用和不良反應(yīng)的發(fā)生率。有趣的是,有學者發(fā)現(xiàn)肝功能衰竭患者的年齡是影響MSCs療效的一個因素。事實上,如何選擇適合MSCs治療的肝功能衰竭患者需要引起更多的關(guān)注。

結(jié)論

MSCs通過分化為HLCs、調(diào)節(jié)免疫細胞和分泌治療因子來治療ALF(圖1)。MSC可分化為HLC體內(nèi)和體外, 但只有一小部分MSCs可以分化為HLCs體內(nèi), 以及將MSCs誘導(dǎo)成HLCs體外不會提高ALF的治療效果。因此,HLCs在治療ALF中并不起主導(dǎo)作用,治療ALF也沒有必要用HLCs。值得注意的是,MSCs介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)是可塑的,MSCs在不同刺激下可以表現(xiàn)出促炎或抗炎表型。了解MSC在各種刺激條件下的免疫調(diào)節(jié)作用至關(guān)重要。

間充質(zhì)干細胞(MSCs)治療急性肝功能衰竭的機制和程序改進
間充質(zhì)干細胞(MSCs)治療急性肝功能衰竭的機制和程序改進

此外,基因編輯或預(yù)處理可以增加MSCs中治療因子的表達,增強MSCs治療肝衰竭的效果。MSCs主要用作 ALF動物模型的單一療法,而MSCs在臨床試驗中與常規(guī)療法聯(lián)合使用。有趣的是,MSCs與一些治療因子的結(jié)合可以提高動物ALF的療效。所以,MSCs的聯(lián)合治療可能有很好的前景。

目前MSCs治療ALF的有效性受很多因素影響,包括組織來源、細胞傳代、移植途徑、移植時間、移植頻率、細胞劑量等,因此,MSCs應(yīng)用于治療ALF仍有許多困難需要克服。

參考資料:Panpan Yao, Liping Zhou, Lujie Zhu, Binjie Zhou, Qin Yu; Mesenchymal Stem Cells: A Potential Therapeutic Strategy for Neurodegenerative Diseases. Eur Neurol 12 August 2020; 83 (3): 235–241. https://doi.org/10.1159/000509268

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