最新快讯!炎症性肠病的干细胞治疗

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前言

炎症性肠病（IBD）是一组胃肠道慢性炎症性疾病，包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC）。IBD有多方面的病因，包括遗传易感性、免疫失调、肠道外部菌群和环境因素。这些因素都会破坏肠粘膜屏障，导致慢性非特异性炎症、局部结构变化和肠道功能障碍。反复炎症和微循环障碍可导致肠瘘、狭窄、梗阻、穿孔、胃肠道出血、败血症等并发症，增加肠细胞癌变和死亡的风险。近年来，IBD的发病率在亚洲，尤其是东亚，每年都在递增，导致患者数量不断增加。

目前可用的IBD治疗包括非靶向治疗（如氨基水杨酸、糖皮质激素和免疫调节剂）和靶向治疗（如抗TNF、抗IL-12/IL-23和抗α4β7整合素）。虽然生物靶向疗法对许多患者有效，但依然有高达30%的患者对初始治疗没有反应，高达50%的患者随着时间的推移反应消失。

近年来，造血干细胞（HSCs）和间充质干细胞（MSCs）临床前模型和临床试验中已显示出治疗IBD的疗效。研究表明，多种类型的干细胞（SC）不断产生和取代肠上皮细胞、免疫细胞等，从而维持肠上皮的完整性和肠道免疫的稳态。肠内SCs的缺失或异常激活可导致肠上皮功能障碍和免疫功能障碍，这是IBD的关键致病因素。因此，将SCs移植到患者的肠道中，可以通过修复肠上皮功能障碍和重建免疫稳态达到长期缓解，从而为IBD提供潜在的治疗方法。

IBD治疗常用的干细胞

各种类型的SC，包括HSC、MSC、肠道干细胞（ISC）和诱导多能干细胞（iPSC），已用于治疗IBD。

造血干细胞

人类HSC具有强大的增殖和分化能力，使其能够分化为血液和免疫细胞，并迁移到受损组织，分化为各种“结构细胞”，如上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞。此外，HSC还具有调节血液、免疫和组织细胞的功能。造血干细胞移植（HSCT）可以完全恢复造血和免疫系统，防止血液和免疫细胞分化异常，并已用于治疗血液肿瘤。但其在IBD治疗中的应用受到一些条件的限制，如高免疫原性、对供体配型的要求、骨髓清除治疗、侵袭性强、相关不良反应多，以及复发率高。此外，还需要免疫抑制，这进一步增加了其局限性。

间充质干细胞

间充质干细胞是广泛分布于整个人体的多能干细胞，这些细胞具有在多个方向上积极增殖和分化的能力。此外，间充质干细胞还具有强大的免疫调节和组织修复能力，以及向损伤组织部位的靶向和定向迁移。它们还具有促进SC植入和提供造血支持的能力。

研究发现，IBD患者的肠道固有间充质干细胞（MtSC）表现出异常分化或耗竭，间充质干细胞移植（MSCT）作为MtSC的补充或替代品，可以调节免疫细胞和修复IEC，并已成为IBD最广泛使用的SC疗法。

将MSC用于IBD治疗有几个优点：首先，间充质干细胞具有低免疫原性，通常不需要匹配或清髓治疗，从而允许在移植后根据需要给予免疫抑制治疗。其次，间充质干细胞可以很容易地从多种来源获得，如脐带血、外周血或脂肪，并且可以很容易分离和培养。第三，间充质干细胞可以通过多种方法给药，如静脉注射、腹膜内注射、皮下注射或局部注射，从而根据病变类型选择最佳方法，移植过程与普通药物注射相似。

肠道干细胞

肠道上皮细胞（IEC）的寿命较短，为3-5天，依靠位于肠隐窝中的ISC的持续分裂和补充来维持肠上皮屏障的完整性。ISC具有多能性，可以分化为各种IEC和肠道固有免疫细胞，如T细胞、B细胞，和树突状细胞（DC）。在对肠粘膜损伤的反应中，ISCs可以增殖和分化以修复损伤的粘膜并调节肠道中的固有免疫细胞，在维持肠道结构和功能方面起着至关重要的作用。因此，ISCs是治疗IBD的极好的干细胞来源。然而，ISCs的提取和体外培养具有挑战性，需要复杂的程序，包括内窥镜输入，以确保植入肠道病变部位。

诱导多能干细胞

iPSC具有与胚胎干细胞（ESCs）相似的形态、功能和基因表达，并可被诱导成各种细胞类型，包括iESCs、iMSCs或iISCs，表现出与ESCs、MSC或ISCs相似的功能。iPSC比ESCs有几个优势，包括避免伦理问题和免疫排斥。研究已经证明了使用iPSC生成与人类肠道组织非常相似的3D肠道组织的可行性。

然而，iPSC的制备过程复杂，需要精确控制，可能导致高故障率和不确定的安全性。此外，尽管iPSC可以被诱导为iESCs、iMSCs或iISCs，但它们的基因表达、表型特征、增殖、分化、凋亡和衰老可能并不相同。

孤雌生殖胚胎干细胞

由于伦理限制，ESCs具有较高的癌症风险，因此难以控制和开展IBD临床研究。为了克服这些问题，可以使用物理和化学方法刺激卵母细胞发育成单性生殖胚泡，从而产生称为pESCs的多能干细胞。

最近的研究表明，人类pESCs可以成功诱导为肠上皮干细胞，为IBD的治疗带来了希望。然而，其制备过程复杂，需要精确控制，失败率高，安全性不确定。因此，它们在临床环境中的疗效仍有待验证。

干细胞治疗IBD的机制

从机制上讲，SC通过调节免疫细胞和修复肠粘膜屏障来作用于IBD病变，它直接对抗慢性肠道炎症。此外，SCs还可以在增强肠道微生态、解决微循环障碍、预防纤维化和癌变等方面发挥有益作用。

调节免疫系统

HSCT诱导各种类型免疫细胞的分化，而MSCT和ISCT主要通过分泌细胞因子或囊泡来调节免疫细胞。对于IBD患者，MSCs主要通过分泌激素或囊泡调节肠道中的免疫细胞。它们调节巨噬细胞向M2型的极化，抑制辅助性T细胞Th1和Th17的增殖，促进调节性T细胞的分化，并抑制DC的成熟和分化，最终抑制炎症。

肠粘膜屏障的修复

研究表明，MSC主要通过分泌细胞因子或囊泡来修复肠粘膜屏障。首先，MSC通过分泌某些因子调节ISCs的生长微环境，并促进其分化为IEC。其次，MSC分泌促进IEC修复和降低肠壁通透性的因子。此外，在IBD的动物模型中，MSC分泌的小泡已被证明通过减少半胱天冬酶-3、半胱天冬酶-8和9的切割来抑制IEC的凋亡。此外，MSCs可以通过促进淋巴内皮细胞（LEC）增殖、迁移和淋巴管生成，促进血管生成。MSC还可以通过抑制内源性毒素（如氧自由基）的产生来减少组织细胞的氧化应激损伤。

改善肠道微生态

肠道微生物群与宿主细胞相互依存，共同构成肠道微生态。肠道微生态紊乱是IBD的主要发病机制，肠道微生态稳态的维持在很大程度上依赖于肠道免疫和粘膜屏障功能。MSC通过其对肠道免疫和粘膜屏障功能的影响，对改善肠道微生态有间接影响。此外，MSC还分泌各种抗菌肽，如IL-10、PGE2、IDO和IL-17，这些肽在多项研究中显示出抗菌活性。

促进血管生成

IBD发生微血管功能障碍和内皮屏障损伤，可影响结肠组织灌注和愈合。MSC分泌各种血管生成因子，包括血管内皮生长因子（VEGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）、转化生长因子β（TGF-β）和血管生成素-1，促进EC增殖和新血管的形成。此外，MSCs可以分化为血管内皮细胞并促进血管生成。

抗纤维化

肠纤维化是IBD的常见并发症，经常导致CD患者的肠狭窄和梗阻。TGF-β信号通路是驱动肠纤维化的核心机制，已有研究表明，BM-MSCs通过miR-200b逆转TGF-β1诱导的IEC-6细胞的上皮-间质转化（EMT），导致肠纤维化的显著逆转。

SC在IBD治疗中的临床应用

目前，已有许多研究已经探索了SC在治疗IBD方面的潜力。这些临床研究主要集中在MSC和HSC上，很少关注ISC和iPSC。根据ClinicalTrials的临床试验数据库，到目前为止，已经注册并启动了34项涉及MSC治疗IBD的临床试验。

HSCT

HSCT由于其复杂的操作和许多不良反应，在治疗IBD的安全性方面面临着重大挑战。因此，HSCT正逐渐被MSCT所取代。虽然大多数已完成的临床研究都取得了一定的疗效，但一些研究也显示对IBD治疗没有反应，并面临严重的不良反应。ASTIC研究是一项多中心、随机的III期干预研究，23名难治性CD患者接受了自体HSCT，22名患者接受了标准CD治疗（对照）。结果显示，SC治疗组23名患者中只有2名患者实现了临床和内镜完全缓解，而对照组22名患者中仅有1名患者实现临床和内镜缓解，无统计学差异。研究还发现，所有接受SC治疗的患者都经历了不同程度的并发症，感染是最常见的。然而，当评估标准降低时，接受HSCT治疗的患者中停止使用免疫抑制药物的比例明显高于对照组，克罗恩病活动指数（CDAI）也明显低于对照组，生活质量和肠道病变的缓解优于对照组，表明HSCT治疗对这些患者仍有积极作用。

MSCT

MSCT的临床研究主要集中在难治性肛周瘘CD和难治性肠腔IBD患者身上。MSC可以来源于各种组织，如骨髓、脐带和脂肪组织。脂肪组织是一种易于获得和培养的MSC来源，在临床应用中越来越多地使用，目前它占所有MSC来源的三分之一。MSC在IBD中的临床应用大致分为两类：CD中的局部应用和难治性管腔内IBD。

MSC的局部应用已被发现可有效治疗克罗恩病中的难治性肛周瘘（PFCD）。第一种用于PFCD的MSC临床制剂darvadstrocel/Cx601（武田）已在欧洲获批，用于治疗克罗恩病复杂性肛周瘘患者。更多优化的MSC和衍生物目前正处于临床试验阶段。

在一项纳入212名难治性、复杂性和活动性肛瘘患者的研究中，107名患者接受了Cx601的治疗，其余105人接受了安慰剂组的常规治疗。结果显示，Cx601组有53人（50%）获得了缓解，而安慰剂组有36人（34%）。在接受Cx601治疗的患者中，103名患者中有18名（17%）发生了与治疗相关的不良事件，而安慰剂组103名中有30名（29%）发生了不良事件。这项研究的结论是，Cx601对难治性、复杂和活动性肛周瘘患者是一种有效且安全的治疗方法。

对于难治性管腔内IBD，在最近的一项随机对照试验，82名难治性腔内IBD患者被纳入其中，41名患者被随机分配接受MSCs。在治疗12个月后，与对照组的23.6±12.4相比，UC-MSC组的CDAI降低了62.5±23.2。此外，UC-MSC组的Harvey-Bradshaw指数（HBI）下降了3.4±1.2，而对照组下降了1.2±0.58。UC-MSC组皮质类固醇剂量也减少了4.2±0.84 mg/天，而对照组减少了1.2±0.35 mg/天。这些结果表明MSC在治疗难治性腔内IBD方面是有效的。

ISCs和iPSC

最近，东京医科大学的研究团队报告称，世界上第一个“类器官”成功移植到一名难治性UC患者的肠粘膜中，标志着类器官SC时代的开始。该团队在内窥镜帮助下从患者身上收集正常肠粘膜（包括ISCs），在体外培养约1个月，并构建了直径为0.1–0.2 mm的“类器官”。然后在内窥镜下将“类器官“移植到肠病变部位。据介绍，患者的肠道症状有所好转，目前情况良好。

小结

尽管目前IBD的治疗可以暂时缓解临床症状，但要实现持续缓解仍然是一个挑战。SC具有通过调节免疫细胞和修复肠粘膜屏障直接改善肠道慢性炎症的潜力。SC可以通过积极影响肠道微生态、微循环障碍和纤维化，从而改善肠道炎症损伤并预防IBD并发症。

目前，对SC在IBD中的研究主要集中在临床前阶段，临床应用仅限于局限性瘘管和难治性IBD。然而，随着SC技术的不断成熟，其有望成为临床治疗的常规“武器”，在未来应用于普通IBD患者。

参考文献：

1.Stem Cell Therapy in Inflammatory BowelDisease: A Review of Achievements and Challenges. J Inflamm Res.2023; 16:2089–2119.

原文标题 : 炎症性肠病的干细胞治疗

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