治疗|干细胞治疗呼吸系统疾病的临床试验：目前的认识及在COVID-19中的可能应用 MSCs|细胞|研究|

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翻译分享自：Stem Cell Rev Rep 2020 Aug 22:1-12. doi: 10.1007/s12015-020-10033-6
冠状病毒引发的研究热流
引起2019年冠状病毒病（COVID-19）的冠状病毒与引起2003年严重急性呼吸综合征（SARS）的冠状病毒（SARS-CoV）高度同源, 因此被命名为SARS-CoV-2 。 2011年全球爆发的中东呼吸综合征（MERS）也是一种新型冠状病毒（MERS-CoV）。与冠状病毒（CoV）感染相关的另一个肺部疾病是急性呼吸窘迫综合征（ARDS），导致一些患者出现从弥漫性肺泡损伤（DAD）至肺纤维化的病理改变。
呼吸道病毒感染模型和相关的干细胞临床研究，对于确定干细胞治疗能否收益至关重要。因此，本文回顾目前干细胞在SARS、ARDS和MERS中的临床研究，这些结果将对能否应用于COVID-19有一定的提示作用。
干细胞与呼吸系统疾病
由于在某些器官中，干细胞分化后的子代细胞可以维持组织稳态，同时具有与非分化细胞相同的功能，因此为以细胞为基础治疗各种疾病带来了可能。 ARDS和脓毒症的治疗采用了多种细胞类型，如：胚胎干细胞（ESCs）、间充质干细胞（MSCs）、上皮祖细胞（EpPCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）等。目前，大多数临床前研究使用的是MSCs 。
随着干细胞治疗的问世，小鼠博莱霉素模型成为最具特色的模型，其中异体骨髓源性MSCs（BM-MSCs）可减轻炎症和胶原沉积。此外，来自胎盘和人脐带的干细胞治疗可减轻肺组织损伤。
【治疗|干细胞治疗呼吸系统疾病的临床试验：目前的认识及在COVID-19中的可能应用】干细胞治疗肺部疾病除了特发性肺纤维化（IPF）外，还包括慢性阻塞性肺病（COPD）。初步临床试验发现， MSCs是修复COPD或其他慢性肺部疾病中受损肺组织的强有力候选药物。
临床试验
截至本文投稿，目前仅完成了3项干细胞治疗ARDS的临床研究，其中包括2项Ⅰ期临床试验， 1项Ⅱ期临床试验。这3项研究均在美国完成（表1）。
表1    已完成的干细胞治疗ARDS的临床试验概要

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Wilson等进行了Ⅰ期临床试验，主要终点是评估ARDS患者在MSC输注6小时内与输注相关的事件以及所有的严重不良反应（SAE）。研究发现，入组的9例患者在MSC输注期间（6小时内）均无输注相关的事件或治疗相关的不良反应。有3例患者在药物输注1周后出现SAE ，但评估后均与MSCs无关。 Matthay等在上述基础上开展了一项前瞻性、双盲、多中心、随机对照的Ⅱa期临床试验，其中异体骨髓源性MSCs与安慰剂在电脑生成的时间表下，按照2:1随机分组。在急性生理和慢性健康评估Ⅲ（Apache Ⅲ）中， MSC组的平均分值明显高于安慰剂组（表1）。
表2列出了当前有关干细胞治疗多种呼吸系统疾病（如SARS、MERS和ARDS）的临床试验。目前对冠状病毒的研究主要是利用骨髓或脐带来源的MSCs来证明其可行性、安全性和耐受性。
表2正在进行的干细胞治疗SARS、MERS和ARDS的临床试验概要

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BM-MSCs：骨髓源性间充质干细胞；UC-MSCs：脐带源性间充质干细胞。
除冠状病毒感染相关的研究外，其余都是与ARDS有关的。 Ⅰ期试验有2个特别有趣的试验：一是探讨月经血干细胞来在治疗感染方面是否有效；二是研究正在测试HCR040的给药情况（基于同种异体脂肪来源的成人源性MSCs的药物，用H2O2进行扩增和脉冲处理）（图1）。分页标题

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图1  临床应用的干细胞来源
研究表明，干细胞疗法不会引起肺部疾病患者在气体交换、肺活量测定、生活质量、心肺循环和免疫系统方面的并发症。 Ⅱ期和Ⅲ期试验对于决定干细胞治疗的剂量和安全性非常重要。此外， MSCs治疗组的死亡率低于非MSCs治疗组。临床前期研究在不同动物和急性肺损伤诱导模型上比较了MSCs治疗与对照组的疗效，在临床前模型急性肺损伤（ALI）研究中也显示死亡数减少。
对COVID-19的可能应用
细胞因子风暴
淋巴细胞减少和较高水平的细胞因子是COVID-19患者的特征，是预示疾病进展的潜在生物标志物。在重症患者， “细胞因子风暴”是由高水平细胞因子引发的，包括IL-1β、IL-2、IL-6、IL-7、IL-8、IL-10、粒细胞集落刺激因子（G-CSF）、粒-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、γ干扰素诱导蛋白10kD（IP10）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP1）、巨噬细胞炎症蛋白-1α（MIP-1α）、γ干扰素（IFN-γ）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）等。对于COVID-19 ， IL-6是细胞因子风暴进展的重要细胞因子。
基于各类MSCs在脓毒症和慢性疾病进展中的治疗潜力，应用MSCs的治疗策略可用来抑制炎症。中国北京佑安医院7例新冠肺炎伴细胞因子风暴患者注射MSCs后，先前过度活跃的T细胞和NK细胞急剧减少，几乎消失，调节性T细胞和白细胞分化抗原（CD）显著增加。移植MSCs时，抗炎和营养因子如TGF-β、HGF等高度表达，证实了MSCs的免疫调节作用（图2）。

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图2  MSC治疗前后对细胞因子风暴的影响
血管紧张素转换酶2（ACE2）受体
ACE2广泛分布于人类细胞表面，尤其是Ⅱ型肺泡细胞（AT2）和毛细血管内皮，同样在AT2细胞高表达的跨膜蛋白酶丝氨酸2（TMPRSS2）可以激活棘突蛋白（Spike protein ， S蛋白），是人类COVID-19（HCoV-19）的发病基础。由于免疫系统中许多细胞不表达ACE2 ，免疫疗法可能成为治疗感染患者的替代方法。已有的移植研究显示， MSCs不表达ACE2或TMPRSS2 ，对HCoV-19天然免疫，因此对于危重型COVID-19患者， MSCs移植是一种安全有效的治疗方法，可调节炎症反应、促进组织修复和再生。
存在于MSCs中的干扰素刺激基因（ISGs）可解释为什么这些细胞对病毒感染具有抵抗力，因为一些ISGs具有典型的抗病毒效应。干扰素诱导跨膜家族（IFITM）的成员蛋白能在病毒穿过细胞上的脂质双分子层之前就阻止感染。
SARS-CoV-2可能通过S蛋白与ACE2结合后直接激活Nlrp3炎症小体，引起细胞因子风暴，影响线粒体功能，诱导细胞焦亡。 Nlrp3炎症小体可以影响多种组织和器官，并可能影响造血功能，可能与SARS-CoV-2感染过程中某些并发症相关。
2014年， Min等用博莱霉素（BLM）诱导小鼠肺损伤和肺纤维化，评估人脐带MSCs在ACE2基因（ACE2；ACE2uMSCs）存在下的治疗作用。体内研究中，注射ACE2uMSC治疗博莱霉素诱导肺纤维化的效果显著优于单独注射ACE2或uMSC 。
讨论
MSCs相关的细胞疗法在临床前数据中显示出较好的疗效，可以用于临床。对于COVID-19研究，重要的是要探寻与疾病病理生理学有关的血液生物标志物以提供治疗靶点。此外，了解内源性肺祖细胞在肺损伤修复过程中的作用以及肺发育的机制，这些对于制定新的治疗策略至关重要。
由于Nlrp3炎性小体过度激活引起的线粒体损伤是SARS-CoV-2感染发病机制的决定因素，因此应考虑给予Nlrp3炎性小体抑制剂治疗。
尽管MSCs释放的白血病抑制因子（LIF）可对抗病毒性肺炎期间的细胞因子风暴，但LIF可能表达不够，不足以对抗疾病的破坏。带有“LIFNano”的MSCs可作为一种创新的技术选择。纳米技术比不使用纳米技术增加了1000倍的效能。 “LIFNano”作用于受损组织，可减少细胞因子风暴。分页标题
通过3D细胞培养形成类器官已经取得了重大进展。它们能够重现不同器官的复杂性和功能，是研究发育生物学和组织工程的理想材料。鉴于这些细胞与患者的基因有特异性，在类器官上模拟肺部疾病，可能对设计个体化药物和筛选治疗反应至关重要。
结论
随着COVID-19疫情的爆发，许多临床试验实施中，有研究表明MSCs极其重要。我们期待着当下临床试验的结果，以期找到治疗这种疾病的方法。世界各地的研究人员正联手抗击COVID-19 。针对COVID-19 ，当前的药物疗效似乎不足，目前的干细胞临床研究为COVID-19提供了一种新的治疗希望。
我的观点
1. 该文通过回顾性分析SARS、ARDS、MERS等干细胞移植临床研究，以期与COVID-19的可能治疗相关联。目前已有关于COVID-19领域的干细胞研究。
2. 干细胞治疗的理论基础是干细胞具有多向分化潜能，可分化为其他细胞类型，包括肺脏的细胞，能够通过重新编程免疫反应，减少有害炎症介质，甚至直接替换受损的细胞和组织，达到控制炎症的目的，研究最多的是MSCs ，多项实验数据表明， MSCs相关的细胞疗法有很好的应用前景。
3. 目前COVID-19治疗中的最大挑战之一是细胞因子风暴，相关机制尚未完全清楚，细胞因子风暴如何预测、干预措施有哪些以及干预的时机、剂量、疗程都需要进一步探索。
4. 新技术比如纳米技术、3D类器官培养等应用于干细胞治疗的研究，有望进一步了解发病机制及干预疗效。
5. 干细胞治疗COVID-19的初步临床研究提示，静脉移植hUC-MSCs安全有效。
参考文献
1. Majolo F, da Silva GL, Vieira L,et al. Review of Trials Currently Testing Stem Cells for Treatment of Respiratory Diseases: Facts Known to Date and Possible Applications to COVID-19. Stem Cell Rev Rep  2020 Aug 22:1-12. doi: 10.1007/s12015-020-10033-6
2. Shu L, Niu C, Li R, Huang T, Wang Y, Huang M, Ji N, Zheng Y, Chen X, Shi L, Wu M, Deng K, Wei J, Wang X, Cao Y, Yan J, Feng G. Treatment of severe COVID-19 with human umbilical cord mesenchymal stem cells. Stem Cell Res Ther  2020 Aug 18;11(1):361. doi: 10.1186/s13287-020-01875-5
本期作者

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蒋素妹在读硕士研究生
? 南京医科大学第一附属医院（江苏省人民医院）呼吸与危重症医学科

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王正霞在读博士研究生
? 南京医科大学第一附属医院（江苏省人民医院）呼吸与危重症医学科

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吉宁飞主任医师
? 江苏省人民医院呼吸与危重症医学科博士，主任医师，副教授，硕士生导师
? 南京医科大学第一临床医学院呼吸系病教研室副主任
? 江苏省医学会呼吸病学分会常务委员

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黄茂主任医师
? 博士，教授，主任医师，博士生导师
? 江苏省人民医院呼吸与危重症医学科科主任
? 中华医学会呼吸病学分会委员
? 江苏省医师协会呼吸医师分会会长
本文仅代表作者个人观点
仅供医务人员参考