介紹：慢性阻塞性肺病 (COPD) 是一種主要的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，影響全世界超過3.8億人。據(jù)估計，到2023年，COPD將成為全球第三大死因。肺實質(zhì)損傷（肺氣腫）和嚴(yán)重的氣流阻塞是COPD的典型病理生理特征。

慢性阻塞性肺病全球倡議 (GOLD) 根據(jù)肺活量測定氣流阻塞的嚴(yán)重程度定義了COPD的階段。第一秒用力呼氣容積 (FEV1)/用力肺活量 (FVC) <0.70的患者，對于FEV1≥80%的預(yù)測值，這些患者的階段被定義為輕度。如果FEV1≥50%且<預(yù)測值的80%，則該階段定義為中度。如果FEV1≥30%且<50%的預(yù)測值，階段被定義為嚴(yán)重。如果FEV1<預(yù)測值的30%，則該階段定義為非常嚴(yán)重。

目前可用的藥物主要集中在緩解COPD患者的癥狀上。已經(jīng)研究了新的再生治療方法，目的是修復(fù)或替換呼吸系統(tǒng)受損的功能結(jié)構(gòu)。再生方法

再生方法包括外源性細(xì)胞療法，例如輸注外源性干細(xì)胞以修復(fù)呼吸系統(tǒng)的受損結(jié)構(gòu)，以及內(nèi)源性細(xì)胞療法，例如給予小分子刺激內(nèi)源性肺干/祖細(xì)胞再生和替代損壞的結(jié)構(gòu)）。這是第一個全面的綜述，旨在根據(jù)從當(dāng)前已完成的臨床前研究和臨床試驗中獲得的經(jīng)驗，討論更有效的COPD干細(xì)胞治療方案。

外源性細(xì)胞療法

已經(jīng)研究了多種外源性干細(xì)胞用于在COPD動物模型中治療COPD。這些干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞 (ESC)、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPS)、間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 和肺干細(xì)胞 (LSC)。

研究報告稱，小鼠和人源性ESC均可在體外分化為AECII樣細(xì)胞。AECII樣細(xì)胞表達(dá)表面活性蛋白，例如表面活性蛋白C (SPC)，這是AECII細(xì)胞的標(biāo)志物。AECII樣細(xì)胞（5×105) 將來自人類ESC系的小鼠氣管內(nèi)注入免疫缺陷的 SCID/C57BL/6小鼠，這些小鼠在BLM攻擊后1或2天服用博來霉素 (BLM) 以誘導(dǎo)急性肺損傷。對照小鼠用生理鹽水處理。給藥后10天，與對照小鼠相比，AECII樣細(xì)胞治療顯著減少了肺泡結(jié)構(gòu)損傷，細(xì)胞浸潤減少，間質(zhì)增厚減少，肺部膠原蛋白沉積減少。

通過將源自小鼠iPS細(xì)胞系的AECII樣細(xì)胞（5×105）移植到施用BLM后的C57BL/6小鼠，也證實了對受損肺的改善作用。移植后12天，與接受AECII樣細(xì)胞治療的小鼠相比，接受AECII樣細(xì)胞治療的小鼠纖維化程度降低，表現(xiàn)為膠原蛋白沉積減少，肺組織結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)。

然而，盡管上面提到的兩項成功的臨床前研究顯示了肺結(jié)構(gòu)再生的潛力，但仍然沒有臨床試驗報告或注冊使用來源于ESCs或iPS細(xì)胞，或ESCs，或iPS細(xì)胞治療COPD患者。不應(yīng)用這些細(xì)胞類型的原因包括：ESCs有形成畸胎瘤和免疫排斥的可能性，而且ESCs的應(yīng)用存在倫理問題；iPS細(xì)胞也可以形成畸胎瘤，目前的技術(shù)無法產(chǎn)生可靠數(shù)量的臨床級iPS細(xì)胞。

使用MSCs治療COPD的治療方法已被廣泛研究。除了MSCs，c-kit陽性的LSCs可能是治療COPD的新候選產(chǎn)品。現(xiàn)在更詳細(xì)地討論MSC和LSC。

間充質(zhì)干細(xì)胞

注入MSCs的臨床前結(jié)果

MSC是一群多能細(xì)胞，可以分化成多種細(xì)胞類型，包括成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞。鑒于免疫原性低的特點，來自骨髓或脂肪的自體和同種異體間充質(zhì)干細(xì)胞（BM-MSCs和AD-MSCs）已被廣泛應(yīng)用于臨床前研究。據(jù)報道，同種異體MSCs的動物受體對這些注射給藥的細(xì)胞耐受良好。

臨床前研究報道了在COPD模型中外源性MSCs對受損肺的結(jié)構(gòu)修復(fù)和功能恢復(fù)。表1列出了在COPD模型中應(yīng)用MSC的代表性臨床前研究。這些臨床前研究將同種異體BM-MSC或AD-MSC應(yīng)用于不同COPD模型，這些模型由 CS或PPE在不同品系的小鼠或大鼠中誘導(dǎo)。不同研究的細(xì)胞劑量、給藥頻率和給藥方法各不相同。盡管存在這些差異，但所有研究都在干細(xì)胞移植后的數(shù)周或數(shù)月內(nèi)呈現(xiàn)出積極的結(jié)果。積極的結(jié)果主要表現(xiàn)為減少炎癥和減少空域擴大。

輸注間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床結(jié)果

2008年至2010年間，一項開創(chuàng)性的多中心、雙盲和安慰劑對照II期臨床試驗 (NCT00683722) 將MSCs應(yīng)用于中度至重度COPD患者。在該試驗中，62名登記患者中的30名接受了同種異體BM-MSC移植。其他32名患者接受安慰劑治療。在隨后的2年中，未檢測到外源性BM-MSC的毒性反應(yīng)，并且在輸注BM-MSC后未發(fā)現(xiàn)功能變化。僅在第一次輸注后1個月，C反應(yīng)蛋白 (CRP) 水平與輸注前相比略有下降。

第二項已完成的臨床試驗 (NCT01110252) 在COPD患者中應(yīng)用自體骨髓單核細(xì)胞 (BMMC)，并于2009年至2011年間進(jìn)行。招募了四名患有嚴(yán)重COPD的患者。靜脈注射GTT，單次輸注。沒有報告與BMMC移植相關(guān)的副作用。在接下來的2年內(nèi)進(jìn)行了肺功能測試。與預(yù)測值相比，四名患者中有兩名表現(xiàn)令人滿意，F(xiàn)EV1增加，表明空氣滯留減少和彈性增加。

作者指出，根據(jù)報告的臨床前研究和首次報告的臨床試驗 (NCT00683722)，肺功能相對改善可能是由于抗炎作用。

第三項完成的臨床試驗（NCT01306513）是一項開放標(biāo)簽、非隨機、非盲、前瞻性I期臨床試驗。該試驗于2010年至2012年間進(jìn)行。在進(jìn)行第一次肺減容手術(shù) (LVRS) 時，從7名嚴(yán)重至非常嚴(yán)重的COPD患者中收集骨髓，并離體培養(yǎng)以獲得BM-MSC。兩次輸注自體BM-MSCs，第一次是在LVRS后6-10周，第二次是在第一次輸注后1周。所有患者在第二次輸注BM-MSC后3周進(jìn)行第二次LVRS。沒有觀察到與BM-MSCs輸注相關(guān)的毒性。第二次LVRS一年后，F(xiàn)EV1和體重顯著增加，與第一次LVRS之前相比，所有患者的肺密度測定也發(fā)生顯著變化。但這些變化與之前報告的只有LVRS的患者相當(dāng)，表明肺結(jié)構(gòu)、功能和體重的改善是由LVRS而不是BM-MSCs引起的。

總之，這項研究表明了自體BM-MSCs在重度和極重度COPD患者中的安全性和可行性。

表2給出了在COPD患者中應(yīng)用MSC的三個已完成臨床試驗的信息。

已報道的COPD間充質(zhì)干細(xì)胞臨床試驗的適應(yīng)癥

成功的臨床前研究為在COPD患者中使用各種來源的MSCs進(jìn)行進(jìn)一步的臨床研究提供了重要基礎(chǔ)。然而，鑒于報告的少數(shù)初步臨床試驗均未成功，這削弱了將MSCs應(yīng)用于COPD患者的潛力。最近注冊了旨在使用BM-MSC或AD-MSC治療COPD的進(jìn)一步臨床試驗，但這些試驗尚未開始。

所研究患者的晚期階段可能是失敗的主要原因。目前報道的三項臨床試驗招募了中度、重度或極重度COPD患者。

第一項臨床試驗 (NCT00683722) 的作者表示，患者的COPD階段可能是失敗的主要原因。他們還指出，對肺部結(jié)構(gòu)的損害可能太嚴(yán)重而無法被少數(shù)移植的MSCs逆轉(zhuǎn)。臨床前研究中廣泛使用的COPD模型只能模擬輕度或至多模擬COPD患者的中度階段，這或許可以解釋為什么臨床前研究均有MSCs移植后的結(jié)構(gòu)修復(fù)和功能改善。有趣的是，據(jù)報道，與肺氣腫較弱的動物（由一種刺激誘導(dǎo)）相比，具有更強肺氣腫（由兩種刺激誘導(dǎo)）的動物在肺中募集和移植了更多的外源性MSCs。

因此，我們可以預(yù)測，晚期COPD患者也可能會在肺部募集和移植更多的外源性MSC，因此應(yīng)該會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)修復(fù)和功能恢復(fù)，如動物模型所示。然而，已完成的臨床試驗并未達(dá)到我們的預(yù)期。盡管如此，這提醒我們可以做進(jìn)一步的研究來研究如何增強外源性間充質(zhì)干細(xì)胞在受損肺中的植入。此外，由于具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)的特性，外源性間充質(zhì)干細(xì)胞在急性肺病中可能比在具有嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷的慢性、進(jìn)行性疾病中更有效。

外源性MSCs的狀態(tài)也是試驗成敗的關(guān)鍵。

第一次臨床試驗（NCT00683722）中使用的同種異體間充質(zhì)干細(xì)胞從冷凍袋中解凍后立即在床邊直接輸注。這種工業(yè)過程使移植變得簡單方便。然而，數(shù)據(jù)表明新解凍的MSCs已經(jīng)失去了部分免疫調(diào)節(jié)能力。

第一次臨床試驗（NCT00683722）和第三次臨床試驗（NCT01306513）的失敗可能都與新解凍細(xì)胞的應(yīng)用有關(guān)。因此，未來的試驗設(shè)計應(yīng)使用新鮮的MSC或解凍后約24小時培養(yǎng)的MSC。

第二個臨床試驗（NCT01110252）使用新鮮的自體BMMCs，并沒有表現(xiàn)出明顯的改善。

除了COPD分期、MSC狀態(tài)（新鮮或冷凍，來自較年輕或年老的供體），其他重要參數(shù)包括細(xì)胞劑量、給藥方法、給藥頻率以及研究終點的設(shè)計、患者病例的年齡和規(guī)模, 包括適當(dāng)?shù)膶φ战M。這些不同的參數(shù)可能共同導(dǎo)致了臨床前研究和臨床研究之間出現(xiàn)的相互矛盾的結(jié)果。

內(nèi)源性細(xì)胞療法

理論上，激活內(nèi)源性干細(xì)胞或祖細(xì)胞以誘導(dǎo)功能性肺泡上皮細(xì)胞再生可能是逆轉(zhuǎn)COPD的替代方法?；趦?nèi)源性干細(xì)胞或祖細(xì)胞的動員，這種再生方法被命名為“內(nèi)源性細(xì)胞療法”，這是一種不同于外源性細(xì)胞療法的方法。

以前，在人類呼吸系統(tǒng)中鑒定的干/祖細(xì)胞包括基底細(xì)胞、Clara細(xì)胞、肺間充質(zhì)干細(xì)胞和氣道中的c-kit陽性LSC以及肺泡中的AECII細(xì)胞。據(jù)報道，基底細(xì)胞和AECII細(xì)胞可以從靜止?fàn)顟B(tài)重新進(jìn)入細(xì)胞周期；它們可以在肺損傷后繁殖并促進(jìn)組織修復(fù)。激活這些干細(xì)胞/祖細(xì)胞的研究仍處于較早的研究階段，尚未在臨床前和臨床研究中得到充分批準(zhǔn)和廣泛應(yīng)用。

結(jié)論

考慮到目前可用的藥物主要側(cè)重于緩解癥狀，預(yù)計新方法將逆轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)退化并改善COPD患者呼吸系統(tǒng)的功能。干細(xì)胞療法可以通過修復(fù)或更換受損結(jié)構(gòu)來改善肺功能。

基于大量MSCs臨床前研究和初步臨床試驗的數(shù)據(jù)，以上討論了臨床試驗失敗的可能原因。失敗的主要原因可能是外源性MSCs對中重度COPD患者廣泛受損的肺結(jié)構(gòu)的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用不足。為了增強效果，必須考慮幾個參數(shù)，包括細(xì)胞狀態(tài)（新鮮或冷凍，來自年輕或衰老的供體）、細(xì)胞劑量、給藥方法、給藥頻率。

至于細(xì)胞的狀態(tài)，建議將來自年輕捐贈者的新鮮而非冷凍的BM-MSC或AD-MSC用于未來的研究。此外，還應(yīng)該更加努力地精心設(shè)計新的試驗，包括研究終點、患者年齡、狀態(tài)和規(guī)模的設(shè)計，對于使用外源性 hLSC 的外源性細(xì)胞療法和使用可激活內(nèi)源性干細(xì)胞/祖細(xì)胞的分子的內(nèi)源性細(xì)胞療法，在開始新的臨床試驗之前應(yīng)收集更多的臨床前證據(jù)。

總之，所討論的再生療法方法已在COPD動物模型中顯示出積極作用，并且在臨床試驗中是安全的。然而，必須付出更大的努力來開發(fā)能夠為COPD患者提供治愈方案的方法。

參考資料：Sun Z, Li F, Zhou X, Chung KF, Wang W, Wang J. Stem cell therapies for chronic obstructive pulmonary disease: current status of pre-clinical studies and clinical trials. J Thorac Dis 2018;10(2):1084-1098. doi: 10.21037/jtd.2018.01.46

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