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干细胞移植治疗炎症性肠病:造血干细胞和间充质干细胞的应用

发布时间:2019-11-29 14:30:30点击量:232

  炎症性肠病(IBD)是一种病因尚不十分清楚的慢性非特异性肠道炎症性疾病,包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。IBD是北美和欧洲的常见病,而近10多年来,本病在我国的发病率上升趋势明显,且对年轻患者影响较大。目前,IBD的发病因素包括遗传、环境、免疫、炎症反应等多方面的因素,而UC和CD的致病因素并不完全相同,造成的病变部位和组织损害也不同。现有的IBD治疗以药物治疗为主,主要包括氨基水杨酸制剂、糖皮质激素、免疫抑制剂3类,对于激素及免疫抑制剂治疗无效或激素依赖、不能耐受上述药物治疗者,可考虑生物制剂如英夫利西治疗,但其长期应用效果不理想。对于药物无法控制的病情危重者,则常需采用外科手术治疗。近年来,利用干细胞移植治疗即修复机体的组织成为国内外学者研究的重点之一,越来越多的学者发现了干细胞在治疗肠道疾病中的作用,这为IBD的临床治疗提供了一个新的方向与思路。

  1、 IBD的病理基础


  IBD的发病原因至今仍未明确,目前的研究表明,其发病因素与遗传、环境、先天及获得性免疫诱导、肠上皮屏障功能和局部的微生态组成有关。IBD为多基因病,易感点位于3、7、12、16号染色体上,NOD2/CARD15为IBD的第一个易感基因,其编码的蛋白质仅在外周单核细胞中表达,可以介导细胞凋亡以及诱导核因子κB的激活,NOD2/CARD15突变可以使患者体内合成大量蛋白,降低患者肠道的免疫耐受性。在肠道局部,IBD与免疫反应密切相关,其中CD被认为与辅助性T细胞(Th)1、Th17细胞应答有关,共同介导组织损伤,而UC主要由Th2细胞介导免疫反应,同时还与自然杀伤细胞的直接及间接杀伤作用有关。其他获得性免疫反应的组成部分还有细菌的识别、主要组织相容性复合体分子抗原提呈导致自身吞噬,黏附分子、细胞因子及mRNA的过度表达参与氧化应激反应有关。此外,肠上皮屏障功能的损害,肠道内菌群稳态失衡,使得一些内源性细菌过度生长,并且使机体对外源性细菌的易感性增强,致病菌分泌的毒素从而通过抗原-抗体反应导致肠道黏膜的炎症反应及损伤。


  2、干细胞治疗IBD的起源


  干细胞是具有自我更新、高度繁殖和多向分化潜能的一类细胞,根据发育阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞。目前可用于IBD治疗的包括造血干细胞、间充质干细胞(MSC)、肠道上皮干细胞等。肠道干细胞是最好的干细胞来源,但由于肠道上皮干细胞来源有限,在体外不能长期培养扩增,所以目前的研究多应用造血干细胞移植(HSCT)及MSC治疗。干细胞移植治疗IBD的思路最早来源于合并血液及恶性肿瘤的患者。


  1993年,Drakos等报道了第1例HSCT后CD获得缓解的病例,Kashyap等则观察了1例合并非霍奇金淋巴瘤的CD患者,经过自体HSCT获得了7年的临床缓解。随后,自体及异体干细胞移植从机会性应用逐渐开始针对性用于治疗难治性及合并多种并发症的IBD患者。


  2005年,Oyama等报道了12例难治性CD,其中11例通过自体HSCT获得临床缓解。我国学者刘静等亦报道了采用脐带血MSC治疗1例顽固性UC患者并得到了良好的效果。诸如此类的报道在近些年来正在逐年增加。


  3、HSCT的机制及应用


  造血干细胞具有再生免疫细胞的能力,HSCT的过程大致是通过放射、化学治疗或其他免疫抑制剂预处理,清除现有的异常免疫系统,然后将供者的造血干细胞输入体内,替代原有的造血干细胞重建造血及免疫功能,达到治疗目的。


  在干细胞治疗中,HSCT的应用较早且较为普遍,现已广泛用于各种恶性肿瘤的治疗,在治疗自身免疫性疾病方面也得到了进一步的进展。IBD患者对肠道内免疫耐受发生障碍,因此是一种自身免疫性疾病,HSCT理论上可以在IBD患者肠道内建立新的免疫系统,避免自身免疫的攻击。其可能机制主要有:① 基因治疗:IBD易感基因NOD2/CARD15基因表达可能在造血干细胞内,因此,通过异体HSCT可消除基因学缺陷,重建免疫系统。② 直接参与受损肠黏膜修复:实验证明,骨髓干细胞移植入IBD模型小鼠体内,可以恢复受损肠黏膜组织微循环,加速修复,从而替代肠上皮发挥再生能力。③ 调节T淋巴细胞功能:Th细胞异常应答可以介导IBD的产生,除细胞因子释放外,还有基质金属蛋白酶参与这一过程。Th1、Th17为主的免疫应答发展为CD,释放白细胞介素(IL)-2、干扰素-γ、肿瘤坏死因子,引起炎症反应及迟发型超敏反应。Th2为主的免疫应答则发展为UC,释放IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13,增强体液免疫应答。在正常情况下,T淋巴细胞激活肠道成纤维细胞制造基质金属蛋白酶,以降解细胞外基质,而IBD病变肠黏膜中基质金属蛋白酶过度表达,导致病程进一步发展。HSCT的预备性化学治疗摧毁了包括异常T淋巴细胞在内的免疫系统,使免疫系统回到幼稚状态,然后通过T淋巴细胞在胸腺内的重新选择再生成一个能够免疫耐受的T淋巴细胞种群。


  目前的研究在多发性硬化及系统性红斑狼疮的HSCT后观察到了这种T淋巴细胞更新的过程。Burt等对于HSCT应用于IBD治疗作了较为全面的报道,24例对于包括生物治疗在内的常规治疗方法疗效不理想的CD患者,接受了自体HSCT后,获得1、3、5年缓解的比例分别为91%、57%和19%。目前,对于自体HSCT用于难治性CD的治疗,一个多中心的前瞻性随机Ⅲ期研究正在进行中。


  4、MSC的机制及应用


  MSC是一种来源于中胚层的多能干细胞,具有分化成不同的间质细胞的能力,同时可以施加免疫抑制功能。上述两种特点使MSC可以应用于炎症介导的组织损伤的再生过程。


  目前,MSC的来源主要是骨髓,即骨髓间充质干细胞(bm-MSC)。除此之外,脂肪间充质干细胞(ad-MSC)、脐带间充质干细胞(uc-MSC)也是较为理想的来源。


  MSC治疗IBD的可能机制如下


  ① 在受损肠道局部定植参与修复:在对UC大鼠模型进行bm-MSC移植后,在修复损伤期,bm-MSC随损伤的加重迁移率增加,恢复期则明显下降。研究还证实,移植的bm-MSC能在大鼠模型的肠道中定植,参与修复过程。国内已有研究证明将4’,6-二脒基-2-苯基吲哚标记的第3代胎儿bm-MSC种植到肠结缔组织块表面培养后,MSC可在局部生长并可分化为具有上皮细胞表型的细胞,而相关体内实验尚需进一步完善。


  ② 免疫调节功能:体外实验已证明,MSC对于先天免疫及获得性免疫都具有调节作用。它不但可以干扰补体系统、Toll样受体信号传导、巨噬细胞、树突细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞的功能,还能影响T细胞功能,诱导调节性T细胞,对B细胞也有抑制作用。MSC对免疫系统的影响表现为双向调节,在干扰素-γ、肿瘤坏死因子-α和IL-1β等可溶性促炎症性细胞因子的影响下,MSC分化为免疫抑制的表型,并通过直接接触发挥作用;而当活动性感染发生时,MSC则分化为促炎症表型。实验证明,经干扰素-γ刺激的MSC对于结肠炎小鼠模型从减少体质量减轻和降低组织学评分2个方面都表现出较好的疗效。


  ③ 促进损伤局部微循环重建:Britten等的实验表明,bm-MSC可以在放射性肠炎肠道定植并分化成肠上皮下肌成纤维细胞,这种细胞可以直接分泌和旁分泌多种细胞因子,组成肠道干细胞微环境。这些细胞因子可以参与调控肠道上皮细胞的增殖和分化、保护黏膜、促进伤口愈合、协助水和电解质的运输、促进细胞外基质的新陈代谢和基膜的生长等过程。


  此外,尚有研究证明,bm-MSC在一定条件下可分化为血管内皮样细胞。由于MSC的免疫抑制特性,其应用于治疗和预防移植物抗宿主疾病取得了一定的进展,而在治疗IBD的领域,它主要有2个适应证:管腔疾病和瘘管,对于前者主要应用了MSC免疫抑制的功能,而后者则需要其发挥定植分化的作用。一个对照试验评估了ad-MSC与纤维蛋白胶对合并及不合并瘘管的CD患者的治疗效果,结论是治疗组70%的患者有效,高于对照组4倍,但4年之后,仅33%的治疗组患者和15%的对照组患者仍有效。另一研究选择了7例难治性IBD患者,其中4例为CD患者、3例为UC患者,对他们进行了异体MSC移植,其中5例患者获得了缓解,2例维持了2年时间。尽管MSC的有效性尚需进一步论证,但其安全性令人较为满意,MSC用于治疗IBD具有充满希望的前景,但其目前必须克服的困难在于MSC来源的选择和提纯。


  5、展望


  难治性IBD患者的治疗仍然是一个巨大的挑战,而干细胞治疗无疑表现出较为广阔的前景。HSCT和MSC治疗对于控制疾病进展都表现出一定的疗效。除HSCT和MSC之外,一些其他种类的干细胞治疗研究也在进行之中。有理由相信,随着理论的发展和科研实验的进行,IBD患者有望得到彻底治愈,而干细胞治疗无疑将在其中扮演愈发重要的角色。


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