干細(xì)胞療法在臨床疾病中的應(yīng)用

在生物體內(nèi)，某些組織和器官往往包含一種“特殊”的細(xì)胞，這些細(xì)胞在生物體一生中均可以有序復(fù)制并替代由于衰老或損傷的而丟失的細(xì)胞，這些細(xì)胞就是“干細(xì)胞”。例如：腸道細(xì)胞每7天更新一次，而皮膚的表皮細(xì)胞是每1個月更新一次。 在醫(yī)學(xué)上，干細(xì)胞療法已經(jīng)在各種疾病開展廣泛的臨床研究。

回顧國際知名期刊 NEJM （新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志） 的一篇經(jīng)典綜述文獻(xiàn)，我們科普一下干細(xì)胞到底能在哪些用途上發(fā)光發(fā)熱，重點(diǎn)是 皮膚、心臟、眼睛、骨骼肌、神經(jīng)組織、胰腺 和 血液 。

-01-皮膚方面的應(yīng)用

基于基因工程的干細(xì)胞療法現(xiàn)在已經(jīng)可以治療一些遺傳性皮膚病，其中最主要的便是 大皰性表皮松解癥 。 大皰性表皮松解癥 （表現(xiàn)為皮膚和黏膜的慢性糜爛和潰瘍） 是一種嚴(yán)重的遺傳性水皰疾病。大皰性表皮松解癥是由膠原和層粘連蛋白的編碼基因突變引起，而膠原和層粘連蛋白是對維持皮膚結(jié)構(gòu)完整性至關(guān)重要的細(xì)胞外基質(zhì)的組成部分分。

干細(xì)胞治療修復(fù)表皮

2017年時，國際知名學(xué)術(shù)期刊 Nature 曾報(bào)道一例利用轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞成功治療一個年僅7歲的大皰性表皮松解癥男孩的案例。 De Luca及其同事報(bào)告，給一名患大皰性表皮松解癥的7歲男童植入轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞后，產(chǎn)生了80%的皮膚?；?方法是，從未正常皮膚采集2 cm×2 cm活檢標(biāo) 本，對組織特異性干細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造，使其表達(dá)正常層粘連蛋白。 男童治療成功是因?yàn)?一組可在培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)，且不喪失干細(xì)胞特性的自我更新“成體”表皮角質(zhì)細(xì)胞干細(xì)胞 （全克隆，holoclone） 。

-02-心臟方面的應(yīng)用

心臟疾病，最常見也最容易危及生命的便是 心肌梗死 ，因?yàn)樾募〖?xì)胞的再生能力非常有限。曾經(jīng)有位大佬說心臟含有專門的干細(xì)胞，可廣泛替代喪失的心肌細(xì)胞，這一觀點(diǎn)受到了質(zhì)疑，并且受到小鼠細(xì)胞譜系追蹤研究的駁斥 （中科院青年科學(xué)家周斌的杰作） 。

干細(xì)胞移植到心臟，具有非常大的難度和挑戰(zhàn)性。各種細(xì)胞替代策略已被視為潛在的心臟疾病治療替代方案。目前已開展了近200項(xiàng)干細(xì)胞相關(guān)的臨床試驗(yàn)，常見的是骨髓來源的單個核細(xì)胞和間 充質(zhì)干細(xì)胞，通常不能再生成體組織 （例如心臟組織） 。 幾項(xiàng)大規(guī)模、隨機(jī)、安慰劑對照試驗(yàn)取得的共識是： 雖然間充質(zhì)干細(xì)胞安全，但并未能產(chǎn)生長期的治療益處。

干細(xì)胞治療心肌梗死動物

在非人靈長類動物發(fā)生心肌梗死后，將ESC來源的心肌細(xì)胞移植入其體內(nèi)的研究產(chǎn)生了相互矛盾的結(jié)果： 一項(xiàng)研究顯示心肌修復(fù)，但伴有室性心律失常，而另一項(xiàng)研究未顯示心肌再生 。 在一項(xiàng)為期18個月的1期臨床試驗(yàn)研究報(bào)告中，將ESC來源的心血管祖細(xì)胞移植到心力衰竭患者體內(nèi)之后，安全且心肌收縮功能增強(qiáng) 。 如何促進(jìn)移植心肌細(xì)胞的電-機(jī)械功能整合，這是我們面臨的一個重要挑戰(zhàn)。 目前，干細(xì)胞在心臟疾病的主要應(yīng)用仍是用于研究心臟疾病的發(fā)病機(jī)制以及篩選心臟藥物。

-03-眼睛方面的應(yīng)用

眼睛干細(xì)胞療法用于治療與視力喪失相關(guān)的疾病，包括 視網(wǎng)膜色素變性和角膜緣干細(xì)胞缺乏癥 。 在我們的眼睛中， 視網(wǎng)膜是位于眼睛內(nèi)表面的光敏神經(jīng)層，它依賴于下方視網(wǎng)膜色素上皮 （RPE） 的完整性。老年性黃斑變性的特征是RPE逐漸喪失，隨后黃斑內(nèi)光感受器死亡， 影響視力甚至最終失明 。

目前，干性黃斑變性尚無好的治療方法。視網(wǎng)膜下RPE的移植面臨許多挑戰(zhàn)。 研究者在老年性黃斑變性的早期 （即光感受器完全喪失之前） 將新的RPE移植到動物黃斑內(nèi)，結(jié)果功能失調(diào)的RPE被替代，動物的視力恢復(fù)。在老年性黃斑變性的晚期，細(xì)胞療法除移植RPE細(xì)胞之外，還需要移植感光細(xì)胞 （或可分化成感光細(xì)胞的細(xì)胞） 。

視網(wǎng)膜色素上皮的修復(fù)

多能干細(xì)胞來源的RPE細(xì)胞以 細(xì)胞懸液 的形式遞送，或接種在 細(xì)胞薄片 上，然后通過外科手術(shù)植入。移植同種異體RPE細(xì)胞有引發(fā)免疫應(yīng)答的風(fēng)險(xiǎn)。因此，可能需要 采取免疫抑制治療 ，持續(xù)至RPE修復(fù)即可。 然而，日本有一項(xiàng)患者自體iPSC來源的RPE治療老年性黃斑變性的臨床試驗(yàn)被終止，原因是 培養(yǎng)的iPSC在擴(kuò)增過程中發(fā)生潛在致癌突變 。多能干細(xì)胞來源的RPE細(xì)胞在動物視網(wǎng)膜變性臨床研究中恢復(fù)了動物視力，并且已在美國、中國、以色列、英國、韓國和日本進(jìn)行了1期臨床試驗(yàn)。

受損角膜的修復(fù)

除了RPE的修復(fù)，角膜和晶狀體的修復(fù)也取得了進(jìn)展。2015年，一種能夠在物理損傷或化學(xué)燒傷后修復(fù)角膜和恢復(fù)視力的“成體”組織特異性角膜緣干細(xì)胞制劑 （即意大利凱西制藥的“Holoclar”） 獲得了歐洲藥品管理局的上市許可。

-04-骨骼肌方面的應(yīng)用

骨骼肌占體重的40%。隨著年齡增長，骨骼肌的質(zhì)量和強(qiáng)度會逐漸下降，因而限制活動能力。除此之外，遺傳性的肌肉萎縮癥也會使我們行動不便。 細(xì)胞療法是對抗衰老或疾病引起肌肉缺失的一種手段 。

肌肉干細(xì)胞 （MuSC） ，也稱為衛(wèi)星細(xì)胞，具有強(qiáng)大的再生潛力，可以被觸發(fā)自我更新，并長期有效地修復(fù)損傷。然而，在細(xì)胞培養(yǎng)基中擴(kuò)增MuSC是很困難的，原因是其干細(xì)胞“干性”急劇喪失。由于培養(yǎng)的困難，導(dǎo)致肌肉干細(xì)胞的供應(yīng)不足，限制了臨床應(yīng)用。

肌肉組織的修復(fù)

為了解決這種問題，研究人員采用 刺激原位組織駐留的肌肉干細(xì)胞 ， 這樣將無須進(jìn)行細(xì)胞分離、擴(kuò)增和移植 。 目前，已經(jīng)在小鼠身上進(jìn)行了試驗(yàn)。 理論上， 患 者來源的iPSC可無限量供應(yīng)自我更新的肌肉干細(xì)胞，從而可以在植入前進(jìn)行基因置換或修正 。

-05-神經(jīng)組織方面的應(yīng)用

在大多數(shù)哺乳動物中，大腦在子宮內(nèi)發(fā)育大部分已完成，出生后只有一小部分神經(jīng)組織持續(xù)發(fā)展。 因?yàn)?成人神經(jīng)細(xì)胞的再生能力較弱，隨著年齡增長，神經(jīng)細(xì)胞退化嚴(yán)重，容易引起神經(jīng)退行性疾病，比如帕金森、亨廷頓、視網(wǎng)膜退行性疾病等。

利用多能干細(xì)胞分化的多巴胺能神經(jīng)元可以治療帕金森病。 其理由是經(jīng)治療后，紋狀體多巴胺能功能和運(yùn)動功能有所改善 。理論上，只要重建患者大腦中的多巴胺能神經(jīng)元，就可有效治療帕金森病。 在30年前，歐美及加拿大便 有人嘗試移植胎腦組織給病人。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管療效因人而異，但胎腦細(xì)胞移植法確實(shí)能重建多巴胺能神 經(jīng)元。 由于胎腦細(xì)胞來源的稀缺性，進(jìn)行胎腦細(xì)胞移植并不太現(xiàn)實(shí)，且有巨大的倫理問題。因此， 如何利用多能干細(xì)胞來修復(fù)神經(jīng)組織是干細(xì)胞療法的熱門問題。

帕金森病的神經(jīng)組織修復(fù)

除此之外，使用干細(xì)胞治療其他神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)證，也都在積極開展階段。 棘手的難題之一是脊髓損傷。 目前，移植各種形式的神經(jīng)干細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞后已經(jīng)產(chǎn)生了軸突生長和神經(jīng)連接的效果，并提出了修復(fù)和康復(fù)的希望，但尚未在嚴(yán)格的臨床試驗(yàn)確立功能恢復(fù)的證據(jù)。

-06-胰腺方面的應(yīng)用：糖尿病

糖尿病已經(jīng)成為了中老年群體的常見病癥， 其病因主要是胰島β細(xì)胞的衰竭，從而導(dǎo)致胰島素的缺乏 。1型糖尿病患病原因是胰島β細(xì)胞遭到自身免疫破壞。在長期2型糖尿病，其病因主要是胰島β細(xì)胞的衰竭，從而導(dǎo)致胰島素的相對缺乏。 針對這一點(diǎn)，研究人員嘗試使用胚胎干細(xì)胞衍生成能夠產(chǎn)生胰島素分泌的β細(xì)胞，目前已經(jīng)開展了動物和體外試驗(yàn)。

糖尿病的胰島β細(xì)胞替代療法

目前的胰島β細(xì)胞遞送策略，包括將胰腺內(nèi)胚層祖細(xì)胞或成熟β細(xì)胞用具有免疫隔離膠囊封裝 （encapsulation） ，并且皮下放置膠囊，以便于監(jiān)測和回收。通過膠囊封裝可否防止免疫逃逸，避免損害移植物功能的炎癥反應(yīng)仍不得而知。

一旦成功，糖尿病患者再也不需要每天多次的監(jiān)測自己的血糖水平。因?yàn)橛筛杉?xì)胞衍生的β細(xì)胞可以自動監(jiān)測體內(nèi)血糖水平，將其控制在一個合理的范圍內(nèi)。

-07-血液方面的應(yīng)用

紅細(xì)胞、血小板、T細(xì)胞、NK細(xì)胞 和造血干細(xì)胞屬于人們探索比較 多的 多能干細(xì)胞 來源的細(xì)胞產(chǎn)品。

紅細(xì)胞和血小板可以解決患者輸血時遇到的血液數(shù)量不夠的問題。而由多能干細(xì)胞衍生出的免疫細(xì)胞 （如T細(xì)胞和NK細(xì)胞） 則在腫瘤治療領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。 研究者側(cè)重于利用可體外擴(kuò)增、冷凍保存和分化成血小板的多能干細(xì)胞，并通過其制造巨核細(xì)胞群 。 巨核細(xì)胞可以長時間儲存。最后，由巨核細(xì)胞制備血小板。需要注意的是，血小板分離、濃縮和清洗后，需要通過照射根除殘留的巨核細(xì)胞 。

放化療后的血液重建

目前的CAR-T細(xì)胞治療的基本流程， 患者進(jìn)行白細(xì)胞單采，分離制備T細(xì)胞，在體外進(jìn)行基因改造，然后進(jìn)行擴(kuò)增，再重新回輸至患者體內(nèi) 。這種操作既耗費(fèi)時間，成本又高。

理論上，多能干細(xì)胞可以為CAR修飾提供源源不斷的T淋巴細(xì)胞。同時，為了避免免疫應(yīng)答，可以利用CRISPR-Cas9技術(shù)清除CAR-T細(xì)胞中的主要組織相容性復(fù)合體分子 （MHC） ，最終形成“現(xiàn)貨型”同種異體CAR-T產(chǎn)品，成本必將大大降低。

-08-結(jié)束語

干細(xì)胞療法是當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究最前沿也是最熱門的方向之一，取得了令人興奮的成果。每一項(xiàng)成功的臨床試驗(yàn)，背后都有扎實(shí)的基礎(chǔ)研究作為鋪墊，其中涉及干細(xì)胞本身的生物學(xué)特性、適應(yīng)癥的選擇，給藥方式的選擇，細(xì)胞的選擇和給藥的劑量，這些都是成功的非常關(guān)鍵因素。

我們?nèi)绻軌驈某晒Π咐锌偨Y(jié)制定一套完善的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，便可將其推廣到其他干細(xì)胞及基因治療中，推動其發(fā)展。