間充質干細胞在自身免疫性疾病治療中的臨床應用進展

王亞靜,馬 丹,武澤文,張莉蕓,郝慧琴,(山西醫(yī)科大學第三醫(yī)院,山西白求恩醫(yī)院,山西醫(yī)學科學院,同濟山西醫(yī)院風濕免疫科,太原 03003;山西中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院;通訊作者,E-mail:hhq@sxtcm.edu.cn;共同通訊作者,E-mail:35703@qq.com)

間充質干細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是來源于早期中胚層的干細胞,具有高度自我更新能力和多向分化潛能[1]。20世紀70年代Friedenstein等[2]首次發(fā)現(xiàn)從骨髓中分離可在體外培養(yǎng)增殖的纖維樣細胞,將其移植到皮下后能夠形成骨組織和重建造血微環(huán)境。大量研究表明,MSCs來源廣泛,可以從骨髓、皮膚、脂肪及臍帶等組織中獲取,且免疫原性低,能夠逃避免疫監(jiān)視[3]、參與免疫調控。MSCs表達低水平的組織相容性復合體(major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ類分子,不表達MHC Ⅱ類分子,因此不能作為有效的抗原提呈細胞來促進免疫應答[4]。雖然確切的分子機制尚不清楚,但已有報道MSCs對T細胞、B細胞、自然殺傷細胞和樹突狀細胞均發(fā)揮免疫調節(jié)作用[5-8]。其他研究表明,骨髓間充質干細胞(BM-MSCs)抑制T淋巴細胞生成,調節(jié)炎癥介質的表達,顯著降低血清腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)水平,產生調節(jié)性T細胞(regulatory T cell,Treg),促進骨和軟骨的修復[9]。自身免疫性疾病是在某些遺傳因素和環(huán)境因素等誘因下自身免疫耐受狀態(tài)被打破或自身免疫性細胞調節(jié)異常,免疫系統(tǒng)對自身抗原產生持續(xù)遷延的免疫應答,造成了自身組織細胞損傷或功能異常而導致的臨床病癥。隨著研究的深入越來越多疾病相繼被列為自身免疫性疾病。然而對于自身免疫性疾病的治療一直是令人困擾的問題,巨大的經濟負擔和病痛折磨使得患者苦不堪言。MSCs的免疫調節(jié)作用和組織修復能力為治療嚴重的難治性自身免疫性疾病提供了一種很有前途的新療法。本文綜述了間充質干細胞在自身免疫性疾病治療中的臨床應用進展。

1 MSCs與類風濕關節(jié)炎

類風濕性關節(jié)炎(rheumatoid arthritis, RA)是一種常見的自身免疫性疾病,其主要特征是破骨細胞的形成,淋巴細胞浸潤關節(jié)形成滑膜炎,導致關節(jié)腫痛以及關節(jié)骨質受損等,對患者生活和工作造成了極大負擔。而且,RA患者動脈粥樣硬化的風險增加,從而導致心血管問題,成為死亡的重要原因[10]。用于治療RA的常規(guī)藥物包括非甾體抗炎藥(nonsteroidal anti-inflammatory drugs,NASAIDs),皮質醇類和改善病情抗風濕藥(disease-modifying anti-rheumatic drugs,DMARDs),例如甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)、柳氮磺吡啶、羥氯喹和來氟米特等。近年來,RA的治療選擇有所增加,MTX與生物DMARDs聯(lián)合使用,例如TNF-α受體拮抗劑、阿巴西普和托法替布等,已被證明有效。然而,它們仍然受到某些患者療效不佳,以及感染和惡性腫瘤等并發(fā)癥的限制。MSCs具有強大的免疫調節(jié)和抗炎作用,能通過細胞間相互作用和多種因子的分泌來調節(jié)局部環(huán)境和活化內源性祖細胞,從而發(fā)揮修復受損組織的作用。MSCs還可以產生多種生長因子如轉化生長因子-β1(transforming growth factor,TGF-β1)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和細胞因子如白細胞介素6(interleukin-6,IL-6)、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)等,對組織修復和重塑具有重要作用[11,12]。這些特性使得MSCs成為治療RA較為理想的工具。

Liang等[13]報道了一項納入了4名難治性RA患者的研究,所有患者經靜脈按1×106/kg MSCs方式注入體內。結果顯示,未能誘導病情緩解;然而,沒有觀察到嚴重的不良事件,移植劑量低可能是失敗的原因之一。Ghoryani等[14]在2019年報道了一項納入了9例難治性RA患者,所有患者均接受單次靜脈注射1×106/kg的自體骨髓間充質干細胞(BM-MSCs),并在1,6,12個月進行隨訪。移植后,28個關節(jié)疾病活動度評分(28-joint disease activity score,DAS28)、視覺模擬量表(visual analog scale,VAS)和紅細胞沉降率(electron spin resonance,ESR)顯著降低,且未觀察到不良事件。這些結果表明,自體BM-MSCs可以緩解難治性RA的病情活動度。

王黎明等[15]采用臍帶間充質干細胞(UC-MSCs)靜脈輸注的方式(細胞數(shù)為1×107/人次)對17例RA患者進行療效觀察,輸注后飲食、睡眠、體力、疲勞均有顯著改善,而肝腎功能、血清免疫球蛋白、C3、C4無顯著變化,疾病活動下降。2013年,該課題組進行了進一步的研究,實驗組136例患者以3,6,8個月為間隔二次輸注UC-MSCs,UC-MSCs輸注后無副作用且連續(xù)治療可保持臨床療效[16]。一項多中心、單盲、隨機對照Ⅰb/Ⅱa期試驗[17]中,實驗組46名患者隨機分為3組多次經靜脈注射且數(shù)量遞增(1×106/kg,2×106/kg,4×106/kg)脂肪來源的MSCs(第1,5,18天),總共報告了141例不良事件,其中133例為輕度或中度。最常見的不良事件為發(fā)燒、呼吸道感染、頭痛、尿路感染、惡心、關節(jié)痛、乏力和不適,沒有惡性腫瘤、血栓栓塞事件或死亡的報道。給予MSCs治療3個月后的RA患者所獲得的臨床效益趨于減弱或波動,提示可進行二次移植。

Park等[18]在2018年報道了一項納入9名難治性RA患者的臨床1a期研究,9名患者分3組分別接受了細胞量為2.5×107,5×107,1×108/人次的單次靜脈輸注UC-MSCs的治療。結果顯示9名患者癥狀和血清學好轉,試驗期間無嚴重的不良事件。但該研究樣本量相對較小,移植UC-MSCs后的隨訪時間較短,沒有安慰劑組與UC-MSCs實驗作進一步比較。

Gowhari等[19]研究表明MSC移植通過減少B細胞激活因子(B cell activating factor,BAFF)和增殖誘導配體(a proliferation-inducing ligand,APRIL)的產生并降低其受體在B細胞表面的表達來抑制B細胞。MSC移植后BAFF和APRIL的血漿水平顯著下降,表明MSCs移植對體液免疫有顯著影響。這些發(fā)現(xiàn)表明BAFF可能是進一步研究RA發(fā)病機制的目標。

綜上,MSCs移植是治療RA的有效方法,可顯著改善患者的臨床癥狀,提高生活質量,阻止病情進展;二次移植可以進一步鞏固首次移植效果。MSCs移植可能成為臨床治療RA的新選擇。

2 MSCs與系統(tǒng)性紅斑狼瘡

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種異質性的慢性自身免疫性疾病,血清中出現(xiàn)以抗核抗體為代表的多種自身抗體和多系統(tǒng)受累是SLE的兩個重要特征。Lisnevskaia等[20]認為遺傳易感性與外界因素如藥物、紫外線、感染、壓力等共同參與了SLE發(fā)病。盡管影響因素不同,但基本和最終的途徑是大量免疫細胞的失調,導致B細胞活化、自身抗體和免疫復合物的產生[21]。有研究表明,SLE患者的MSCs在結構和生理上存在缺陷,自體MSCs移植不能改善SLE疾病活動性[22],多采用異體干細胞移植。

在2010年,孫凌云等[23]對16例活動性SLE患者采用單次靜脈注射1×106/kg進行異體UC-MSCs移植。移植后患者生物學指標、腎功能明顯改善。隨后該課題組進一步開展了經靜脈單次移植1×106/kg異體BM-MSCs或UC-MSCs治療87例難治性SLE患者Ⅱ期臨床研究[24]。MSCs移植第4年隨訪時完全緩解率達50%,整體生存率達94%。MSCs移植使難治性SLE患者的器官功能障礙得到臨床緩解和改善,治療具有良好的臨床安全性。所有不良事件認定與MSC移植無關。一項來自4個臨床中心的研究結果[25],40例SLE患者均輸注UC-MSCs兩次(每次1×106/kg,間隔1周)。隨訪12個月后總生存率為92.5%,狼瘡腎炎患者腎功能與移植前比明顯改善。楊桂鮮等[26]的研究亦有相似的結果,且劑量與療效呈正相關。

近年來,已經公布試點單中心的臨床研究中,報道了異基因BM或UC-MSCs治療難治性SLE患者的有效性和安全性,但是長期隨訪過程中有復發(fā)的病例。一項長達6年的隨訪研究[27],9例SLE患者均輸注BM-MSCs兩次(每次1×106/kg,間隔1周),未觀察到移植相關不良事件,如心慌、頭痛、惡心或嘔吐等,移植前后血清腫瘤標志物AFP、CEA、CA125、CA199均未見升高。此外,Liang等[28]報道的一項長期回顧性研究,178名SLE患者經靜脈注射1×106/kg UC-MSCs。隨訪過程中,18例患者出現(xiàn)超急性不良事件,15例患者出現(xiàn)帶狀皰疹,2例患者出現(xiàn)癌癥,14例患者死亡證實與移植無關。

之前有報道稱,活動性SLE患者的Treg細胞數(shù)量和功能均降低[29]。然而,兩者都可以通過激素治療來恢復[30],表明Treg細胞在SLE的發(fā)病機制中發(fā)揮作用。已經有研究表明,轉錄因子FoxP3在Treg發(fā)育和功能中充當關鍵分子,因此被廣泛用作Treg的標記物[31]。孫凌云等[23]觀察到UC-MSC移植后3個月顯著上調外周血單核細胞中CD4+FoxP3+Treg細胞的百分比。此外,Treg細胞的恢復與TGF-β表達的增加有關,TGF-β是在Treg細胞活化和功能中起重要作用的細胞因子[32]。Treg細胞通路的上調可能是機制之一。

綜上所述,MSCs移植聯(lián)合免疫抑制劑治療能明顯改善SLE患者的病情活動,且療效呈現(xiàn)劑量依賴性;同時,反復多次注射可延緩病情進展,減少復發(fā)。但最合適的劑量,多次輸注間隔時間仍需大規(guī)模的實驗來驗證。

3 MSCs與干燥綜合征

干燥綜合征(sjogren’s syndrome,SS)作為一種慢性全身性自身免疫性疾病,其特征是淚腺和唾液腺等外分泌腺淋巴細胞浸潤。臨床表現(xiàn)復雜,最常見的癥狀是口干、眼干,且常伴有臟器損害,部分患者可向惡性淋巴瘤發(fā)展[33]。MSCs具有高度增殖、免疫調節(jié)及多向分化能力,可抑制多種免疫細胞增殖分化、炎癥因子分泌及抗體產生等,同時促進損傷組織修復,因此MSCs移植成為探索SS治療的新方法。

Xu等[34]對24名SS患者(11例唾液腺受損,13例存在多器官受累)靜脈注射UC-MSCs,該研究結果顯示,UC-MSCs移植顯著緩解了SS癥狀,降低了干燥綜合征疾病活動指數(shù)(Sjogren’s syndrome disease activity index,SSDAI)和VAS,且未觀察到相關副作用。這項研究證實,MSCs的治療作用是通過其免疫調節(jié)活性,調節(jié)CD4+T細胞、促進Treg和輔助型T細胞2(Th2)發(fā)育以及抑制Th17和濾泡輔助T細胞(Tfh)的炎癥反應。此外,作者還證明了基質細胞衍生因子-1/C-X-C趨化因子受體4型(stromal cell-derived factor-1/chemokine receptor 4,SDF-1/CXCR4)軸在改善唾液腺功能方面發(fā)揮著重要作用。

多項研究發(fā)現(xiàn)MSCs可抑制NOD小鼠CD4+T細胞增殖[35],抑制Th17細胞分化[36],降低IL-17A表達,改善NOD小鼠唾液腺及淚腺分泌功能。有實驗證明SS患者的BM-MSCs免疫功能存在缺陷[34],可能參與了SS的發(fā)生。

綜上,UC-MSCs移植能顯著增加SS患者的唾液流率,改善臨床癥狀,并抑制炎癥反應,同種異體MSCs移植治療SS是一種新的、有效的、安全的方法。

4 MSCs與多發(fā)性肌炎/皮肌炎

多發(fā)性肌炎/皮肌炎(polymyositis/dermatomyositis,PM/DM)是一種自身免疫性疾病,以近端骨骼肌無力和明顯的皮膚表現(xiàn)為特點,可累及肌肉、肺、腎等多個器官[37]。目前PM/DM的發(fā)病機制尚不明確,有研究認為Th細胞相關的細胞功能紊亂在PM/DM發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用[38]。因此,MSCs移植有望成為治療PM/DM的新型治療手段,多項研究表明該方法有較滿意的臨床效果[28,38,39]。

Liang等[28]報道的一項長期回顧性研究中,32名PM/DM患者經靜脈注射1×106/kg MSCs,根據(jù)9年的隨訪結果顯示,11例患者死亡均證實與移植無關,患者癥狀和血清學指標均有改善。賴勤等[38]和Wang等[39]的研究亦有相似的結果,顯示出MSCs移植治療PM/DM的有效性和安全性。

賴勤等[38]觀察到UC-MSCs移植后,IFN-γ水平升高,而IL-4水平顯著降低。Th1細胞表達上調和相關分泌的炎癥因子水平升高,而IL-4水平的降低說明Th2細胞表達下調,表明UC-MSCs可能參與了Th細胞平衡的調節(jié),從而導致PM/DM患者臨床癥狀的緩解。

目前關于PM/DM的研究較少,需要進行更大規(guī)模和隨機的臨床研究,以評估PM/DM患者MSCs移植的長期有效性及安全性,包括腫瘤、感染等風險,及最佳移植劑量濃度。

5 MSCs與系統(tǒng)性硬化癥

系統(tǒng)性硬化癥(systemic sclerosis,SSc)是一種以皮膚增厚和纖維化進而萎縮為特征并且可引起多系統(tǒng)損害為表現(xiàn)的結締組織病,年輕女性發(fā)病率較高,并可能導致殘疾,臨床表現(xiàn)具有異質性,皮膚和其他器官膠原異常沉積導致多器官功能障礙,肺、心臟或腎臟受累的個體預后較差[40]。目前尚不清楚纖維化的具體機制,且纖維化不可逆轉,尚無安全有效的治療方法[41]。MSCs具有分化為成骨細胞、肌肉細胞以及內皮細胞的潛力。與健康人相比,SSc患者的MSCs表現(xiàn)出異常的細胞功能,如TGF-β和VEGF的表達增加,內皮細胞分化受損,這可能在SSc纖維化的發(fā)展過程中起關鍵作用[42,43]?；谶@些發(fā)現(xiàn),同種異體MSCs移植似乎是治療SSc的一種有希望的療法。

Liang等[28]報道的一項長期回顧性研究中,39名SSc患者經靜脈注射1×106/kg MSCs。根據(jù)9年的隨訪結果顯示,6例患者死亡均證實與移植無關,所有患者皮膚癥狀和血清學指標均有改善,顯示MSCs移植治療SSc的有效性和安全性。

Keyszer等[44]在2011年報道了一項對5名重癥SSc患者采用靜脈注射(0.2～1.8)×106/kg MSCs的研究,3例患者肺部受累(1例合并肺纖維化),4例患者有皮膚潰瘍,2例患者合并有肌炎。主要指標為“改良”羅德南皮膚評分(modified Rodnan total skin thickness score,MRSS評分)、肺功能、氧飽和度,次要指標為抗體滴度及細胞變化水平。隨訪時間為6～19個月。1～6個月間有4名患者皮膚癥狀有所改善,3例肢端壞死明顯減輕。由于病例的異質性,對BM-MSCs移植的療效不能得出確切的結論。從研究結果看,BM-MSCs移植是安全的,治療效果最顯著的是皮膚潰瘍愈合。

在已發(fā)表的病例里,2例SSc患者除接受血漿置換和利妥昔單抗治療外[45],還進行了異體UC-MSCs移植。在另一項開放研究中[46],14例SSc患者(3例合并肺間質性疾病)采用單次靜脈注射BM-MSCs聯(lián)合血漿置換方法治療SSc。研究過程中,MRSS評分隨著抗-Scl70抗體滴度的降低而下降,肺部受累也有所改善。

6 小結與展望

MSCs移植多采用靜脈注射方式,骨髓或臍帶來源的干細胞在實際中較易獲得。MSCs移植劑量一般為1×106/kg不超過1×108/kg,MSCs移植重復給藥較單次治療效果好。MSCs移植治療自身免疫性疾病的有效性已得到廣泛證實,考慮其安全性問題,感染和癌癥是MSCs移植的兩個重點,也是關鍵問題。一項長期隨訪顯示[30],MSCs移植之前和之后6年,血清腫瘤標志物未增加,仍沒有MSCs移植與感染和癌癥發(fā)生率之間相關性的報道?；€水平時,由于慢性炎癥和免疫系統(tǒng)受損,與普通人群相比,自身免疫病患者更有可能患感染和癌癥。此外,激素和免疫抑制劑的廣泛使用,也會增加感染的風險和癌癥的發(fā)病率。其對不同自身免疫性疾病的調控機制尚未完全闡明,仍缺乏更大規(guī)模和隨機的多中心臨床研究。干細胞治療科學領域期望高質量的臨床證據(jù),以支持干細胞轉化應用,臨床研究也可以為干細胞基礎研究指明未來發(fā)展方向[47]?？梢韵嘈?隨著人們對MSCs的生物學特性和臨床應用認識的逐步提高,MSCs移植必將有更廣泛的應用前景。