概述：急性肝衰竭（ALF）是一種嚴(yán)重的肝病綜合征，病情惡化快，死亡率高。肝移植是最有效的治療方法，但供體肝臟的缺乏和高昂的移植費(fèi)用限制了肝移植的廣泛應(yīng)用。近年來，急性肝衰竭的治療一直沒有突破性進(jìn)展，間充質(zhì)干細(xì)胞干細(xì)胞治療急性肝衰竭中的應(yīng)用是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)因其來源豐富、免疫原性低、無倫理限制等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于疾病治療研究。盡管間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)治療ALF有效，但間充質(zhì)干細(xì)胞在ALF中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化。
在這篇綜述中，我們討論了間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性肝衰竭的潛在機(jī)制，總結(jié)了一些提高間充質(zhì)干細(xì)胞療效的方法，并探討了間充質(zhì)干細(xì)胞移植的最佳方法。
介紹
急性肝衰竭（ALF）是一種嚴(yán)重的肝病綜合征，病情惡化迅速，死亡率高。治療ALF的第一步是消除病因，如戒酒、抗肝炎病毒、停用損害肝臟的藥物等。ALF的主要治療方法包括常規(guī)藥物治療、人工肝支持系統(tǒng)和肝移植。肝移植是最有效的治療方法，但供肝缺乏和移植費(fèi)用高昂限制了其廣泛應(yīng)用。近年來，ALF的治療尚無突破，干細(xì)胞在ALF治療中的應(yīng)用是一個(gè)至關(guān)重要的研究領(lǐng)域。同時(shí)，干細(xì)胞有助于治療多種疾病，包括肝衰竭、肝纖維化、移植物抗宿主病、2型糖尿病等。
干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制、高度增殖、多向分化潛能的細(xì)胞，可以通過免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)等多種方式發(fā)揮治療作用。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）因其來源廣泛、免疫原性低、無倫理限制而被廣泛應(yīng)用于疾病治療研究。先前的研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞通過分化為肝細(xì)胞樣細(xì)胞 (HLC)、調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞和分泌治療因子來治療ALF。盡管MSCs治療ALF有效，但MSCs在ALF中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化。
間充質(zhì)干細(xì)胞分化為肝細(xì)胞樣細(xì)胞
在ALF治療過程中，MSC可能會(huì)分化為HLC以進(jìn)行組織修復(fù)。干細(xì)胞來源的HLC的誘導(dǎo)方法是利用細(xì)胞因子的分階段誘導(dǎo)。
間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)
免疫系統(tǒng)的過度激活在引發(fā)和加速ALF中起著至關(guān)重要的作用。MSCs可以調(diào)節(jié)多種免疫細(xì)胞的功能，因此許多研究表明MSCs主要通過免疫調(diào)節(jié)來治療ALF。當(dāng)慢性肝衰竭（ACLF）小鼠單核細(xì)胞功能衰竭時(shí)，間充質(zhì)干細(xì)胞可以改善線粒體呼吸和單核細(xì)胞吞噬作用，從而減少肝損傷并增強(qiáng)肝再生。但單核細(xì)胞的過度激活會(huì)加重ALF，而MSCs治療可以抑制單核細(xì)胞的激活。
間充質(zhì)干細(xì)胞分泌治療分子
源自MSC的多種物質(zhì)對(duì)ALF具有治療作用，包括細(xì)胞因子、條件培養(yǎng)基 (CM) 和外泌體。先前的研究表明，MSC衍生的細(xì)胞因子，如IL-10、IL-4、HGF、PGE2、腫瘤壞死因子誘導(dǎo)基因6蛋白（TSG-6）和血紅素加氧酶1（HO-1）具有治療作用。MSCs可以分泌IL-10來緩解肝衰竭，抑制IL-10分泌可以逆轉(zhuǎn)MSCs的治療效果。IL-10可能通過改善肝細(xì)胞線粒體損傷來治療肝衰竭。同時(shí)，IL-10的抗炎作用可能是通過STAT3信號(hào)通路介導(dǎo)的。MSC通過分泌HGF減輕肝細(xì)胞壞死。當(dāng)MSC中的HGF被敲低時(shí)，MSC對(duì)乙酰氨基酚 (APAP) 誘導(dǎo)的小鼠ALF的治療效果會(huì)降低。MSCs可通過PGE2誘導(dǎo)肝細(xì)胞增殖，促進(jìn)ALF的改善。
一些研究發(fā)現(xiàn)MSC-CM和MSC對(duì)ALF有相似的治療作用。MSC-CM通過超濾裝置濃縮，以增加治療因子的濃度。MSC-CM治療可顯著抑制ALF大鼠的肝細(xì)胞死亡、增強(qiáng)肝再生并提高存活率。
近年來，間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體（MSC-Ex）在ALF中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。外泌體是一種直徑為30～150nm的膜狀細(xì)胞外囊泡，攜帶多種蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白、酶和受體，并通過這些分子發(fā)揮治療疾病的作用。骨髓MSC-Ex可降低肝細(xì)胞氧化應(yīng)激體外并促進(jìn)ALF大鼠的肝再生。同時(shí)，MSC-Ex可能通過激活自噬抑制肝細(xì)胞凋亡來緩解小鼠ALF。
MSC-Ex作為干細(xì)胞治療的重要介質(zhì)，單獨(dú)使用對(duì)ALF也具有良好的治療效果。外泌體療法相對(duì)于傳統(tǒng)細(xì)胞療法的優(yōu)點(diǎn)如下。
首先，含有多種治療因子的外泌體是極好的藥物遞送載體。外泌體可以通過肺毛細(xì)血管和血腦屏障到達(dá)靶器官。
其次，外泌體具有更廣泛的治療劑量范圍，而栓塞風(fēng)險(xiǎn)隨著細(xì)胞移植劑量的增加而增加最后，外泌體的儲(chǔ)存和使用更加方便。細(xì)胞活力是影響細(xì)胞移植效果的關(guān)鍵因素，需要嚴(yán)格的儲(chǔ)存和使用條件。然而，外泌體也有一些缺點(diǎn)限制了其廣泛應(yīng)用。主要缺點(diǎn)是缺乏省時(shí)、低成本的外泌體分離技術(shù)。因此，獲得大量、高純度的外泌體非常困難。此外，干細(xì)胞移植具有完整的操作規(guī)范，但外泌體治療仍處于初級(jí)階段，尚無利用外泌體治療肝病的臨床試驗(yàn)。外泌體分離純化技術(shù)的改進(jìn)可以使得未來能夠開展更多的外泌體臨床試驗(yàn)。
間充質(zhì)干細(xì)胞的聯(lián)合治療
事實(shí)上，間充質(zhì)干細(xì)胞與其他療法聯(lián)合治療急性肝衰竭可能比單獨(dú)使用間充質(zhì)干細(xì)胞療法有更好的效果。經(jīng)血MSCs可以通過抑制Toll樣受體4（TLR4）介導(dǎo)的PI3K/Akt/mTOR/IkappaB激酶（IKK）信號(hào)通路來減輕肝損傷。同時(shí)，腺苷A2A受體（A2AR）激動(dòng)劑可以與經(jīng)血MSCs協(xié)同作用。桑等人發(fā)現(xiàn)MSCs移植聯(lián)合IL-1Ra（2 mg/kg）可顯著提高ALF豬的存活時(shí)間，這可能與MSCs與IL-1Ra調(diào)節(jié)炎癥和凋亡的協(xié)同作用有關(guān)。在ALF大鼠中，人臍血間充質(zhì)干細(xì)胞移植聯(lián)合粒細(xì)胞集落刺激因子可通過抑制炎癥、氧化應(yīng)激和肝細(xì)胞凋亡，促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和定植，減輕肝損傷。
間充質(zhì)干細(xì)胞治療肝衰竭患者的臨床試驗(yàn)中，常規(guī)治療是基礎(chǔ)，間充質(zhì)干細(xì)胞主要作為輔助治療。人工肝支持系統(tǒng)是治療肝衰竭的重要手段，其中血漿置換是常用的方法。在乙型肝炎病毒相關(guān)的ACLF (HBV-ACLF) 患者中，MSC聯(lián)合血漿置換在治療后30、60和90天的死亡率和不良結(jié)局最低。然而，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
探索間充質(zhì)干細(xì)胞治療肝衰竭的可行性方案
表1總結(jié)了MSCs在ALF動(dòng)物模型中的應(yīng)用和療效的一些研究，以探索MSCs治療ALF的最佳方案。MSC的組織來源廣泛，包括骨髓、脂肪組織、臍帶、胎盤、扁桃體等。目前尚不清楚不同組織來源的MSC對(duì)ALF是否具有相似的治療作用。扎雷等人報(bào)道稱，在ALF小鼠的肝酶、組織病理學(xué)和存活率方面，脂肪來源的MSC 比骨髓MSC更有益。
此外，一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)來自同一供體的不同圍產(chǎn)期組織的間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)ALF小鼠表現(xiàn)出其他治療作用。臍帶胎盤連接處來源的MSC和胎盤來源的MSC可以提高ALF小鼠的存活率，但臍帶膜來源的MSC與對(duì)照組沒有差異。因此，MSC的組織來源可能會(huì)影響ALF的療效。值得注意的是，人源間充質(zhì)干細(xì)胞在ALF動(dòng)物模型中也具有顯著療效，反映出間充質(zhì)干細(xì)胞的低免疫原性。
表1：間充質(zhì)干細(xì)胞在急性肝衰竭動(dòng)物模型中的應(yīng)用及治療效果
| 間充質(zhì)干細(xì)胞類型 | 路線 | 劑量（移植頻率） | 移植時(shí)間 | 誘導(dǎo)劑 | 動(dòng)物 | 治療效果及機(jī)制 | 參考 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 門靜脈 | 3×10 6 /kg（1次注射） | 使用 D-GalN 后立即注射 | D-半乳糖苷 | 豬 | 成活率↑；炎癥↓; δ 樣配體 4 (DLL4)↑ | 81 |
| AT-MSCs | 外周靜脈或脾靜脈 | 2×10 6 /kg（2次注射） | 使用 CCL 4后第 3 天和第 8 天進(jìn)行注射 | CCL4 | 小狗 | 肝酶↓; （IL-1、IL-6、IL-8 和 IFN-γ）↓；（IL-4、IL-10、HGF 和 VEGFA）↑ | 82 |
| 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 周圍靜脈 | 1×10 6 /大鼠（1次注射） | 使用TAA后12小時(shí)注射 | TAA | 老鼠 | 成活率↑；內(nèi)毒素↓; (IL-6和TNF-α)↓ | 89 |
| AT-MSCs | 周圍靜脈 | 2×10 5 /大鼠（1次注射） | 使用 APAP 后 2 小時(shí)注射 | APAP | 老鼠 | 肝酶↓; （TNF-α、MCP-1、IL-1β、ICAM-1 和磷酸化 JNK）↓；（細(xì)胞周期蛋白 D1 和 PCNA）↑ | 80 |
| 人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞 | 周圍靜脈 | 2×10 6或4×10 6 /大鼠（1次注射） | 使用 LPS/D-GalN 后 1 小時(shí)注射 | LPS/D-半乳糖 | 老鼠 | 肝酶↓; （TNF-α、IFN-γ、IL-6 和 IL-1β）↓；HGF↑; (Notch、IFN-γ/Stat1、IL-6/Stat3)↓ | 78 |
| 人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞 | 周圍靜脈 | 5×10 5 /小鼠（1次注射） | 使用 APAP 之前或之后 30 分鐘注射 | APAP | 老鼠 | 肝酶↓; （谷胱甘肽、超氧化物歧化酶）↑；(TNF-α和IL-6)↓; 生長(zhǎng)因子↑ | 90 |
| T-MSCs | 周圍靜脈 | 2×10 6 /小鼠（1次注射） | 使用 ConA 或 APAP 后 30 分鐘注射 | ConA 或 APAP | 老鼠 | 肝酶↓; （INF-γ 和 TNF-α）↓；Galectin-1 是 T-MSC 的關(guān)鍵效應(yīng)子 | 79 |
| 人干細(xì)胞 | 門靜脈或外周靜脈 | 1×10 8 /豬（1次注射） | 使用 D-GalN 后 18 小時(shí)注射 | D-半乳糖苷 | 豬 | 肝酶↓; （肝臟炎癥、肝臟變性、壞死）↓；（肝臟再生）↑ | 77 |
間充質(zhì)干細(xì)胞的移植途徑包括外周靜脈、門靜脈、脾靜脈、肝動(dòng)脈、肝內(nèi)注射、脾內(nèi)注射等。尾靜脈移植和肝內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)ALF大鼠肝功能和存活率的影響相似。布特拉等人表明尾靜脈注射MSCs比腹腔注射更能有效減輕肝損傷。
同樣，從肝動(dòng)脈、門靜脈和尾靜脈移植的MSC對(duì)ALF具有相似的治療作用，而腹腔注射的MSC對(duì)ALF沒有治療作用。然而，一些研究表明門靜脈給藥比其他移植途徑更有效。通過門靜脈移植的間充質(zhì)干細(xì)胞比通過外周靜脈移植的間充質(zhì)干細(xì)胞可以更好地減輕肝臟炎癥并促進(jìn)肝臟再生。同時(shí)，門靜脈注射在改善肝功能、抑制肝細(xì)胞凋亡、延長(zhǎng)生存時(shí)間等方面優(yōu)于肝動(dòng)脈、外周靜脈、肝內(nèi)注射等其他MSCs移植途徑。由于目前證據(jù)不足，間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療ALF的最佳途徑仍不清楚。
在大型動(dòng)物（例如狗和豬）中，MSC移植的細(xì)胞劑量與體重成比例增加，而在小型動(dòng)物（例如小鼠和大鼠）中則固定（表1）。ALF進(jìn)展迅速，因此大多數(shù)研究采用單間MSC移植，且移植時(shí)間越早（表1）。注射D-半乳糖胺后立即移植MSCs（3×106個(gè)細(xì)胞/kg）可有效治療豬ALF。
間充質(zhì)干細(xì)胞治療肝衰竭的臨床試驗(yàn)
許多研究證明間充質(zhì)干細(xì)胞可以有效治療動(dòng)物模型中的ALF。同樣，臨床試驗(yàn)中間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)肝衰竭患者也有治療作用。在一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，外周輸注同種異體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)于乙型肝炎相關(guān)的ACLF患者是安全有效的，并且通過改善肝功能和降低嚴(yán)重感染的發(fā)生率來顯著提高24周生存率。
在彭進(jìn)行的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中等人，經(jīng)肝動(dòng)脈單次移植自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞2~3周后，患者的白蛋白、總膽紅素和凝血酶原時(shí)間明顯改善。然而，在192周的隨訪中，MSC移植并沒有為肝衰竭患者帶來生存獲益。間充質(zhì)干細(xì)胞治療肝衰竭的療程尚不確定。
賈等人發(fā)現(xiàn)將治療時(shí)間從4周延長(zhǎng)至8周可提高間充質(zhì)干細(xì)胞治療終末期肝病的療效。值得注意的是，延長(zhǎng)療程可能會(huì)增加治療成本和不良反應(yīng)的發(fā)生率。
有趣的是，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肝衰竭患者的年齡是影響MSC療效的因素。確實(shí)，如何選擇適合MSCs治療的肝衰竭患者需要引起更多關(guān)注。
結(jié)論
間充質(zhì)干細(xì)胞通過分化為HLCs、調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞和分泌治療因子來治療ALF（圖1）。間充質(zhì)干細(xì)胞可以在體內(nèi)和體外分化成HLCs，但只有一小部分間充質(zhì)干細(xì)胞可以在體內(nèi)分化成HLCs，而在體外誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞分化成HLCs并不能提高ALF的治療效果。因此，HLCs在治療ALF中并不占主導(dǎo)地位，也沒有必要用HLCs治療ALF。值得注意的是，間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)具有可塑性，在不同的刺激下，間充質(zhì)干細(xì)胞可表現(xiàn)出促炎或抗炎表型。了解間充質(zhì)干細(xì)胞在不同刺激條件下的免疫調(diào)節(jié)作用至關(guān)重要。此外，基因編輯或預(yù)處理可增加間充質(zhì)干細(xì)胞中治療因子的表達(dá)，增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞治療肝衰竭的效果。
間充質(zhì)干細(xì)胞主要用于ALF動(dòng)物模型的單一療法，而在臨床試驗(yàn)中，間充質(zhì)干細(xì)胞則與傳統(tǒng)療法相結(jié)合。有趣的是，間充質(zhì)干細(xì)胞與一些治療因子聯(lián)合使用可提高治療急性肝衰竭患者的療效。
因此，間充質(zhì)干細(xì)胞的聯(lián)合治療可能具有良好的前景。事實(shí)上，間充質(zhì)干細(xì)胞治療ALF的效果受很多因素的影響，包括組織來源、細(xì)胞通道、移植途徑、移植時(shí)間、移植頻率、細(xì)胞劑量等。因此，將間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)用于ALF的臨床治療仍有許多困難需要克服。
參考資料：
Wang Y, Chen E. Mesenchymal Stem Cell Therapy in Acute Liver Failure. Gut and Liver -0001;0:-. https://doi.org/10.5009/gnl220417
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