干細胞治療慢阻肺：臨床前研究和臨床試驗的現狀

介紹：慢性阻塞性肺病 (COPD) 是一種主要的慢性呼吸系統疾病，影響全世界超過3.8億人。據估計，到2023年，COPD將成為全球第三大死因。肺實質損傷（肺氣腫）和嚴重的氣流阻塞是COPD的典型病理生理特征。

慢性阻塞性肺病全球倡議 (GOLD) 根據肺活量測定氣流阻塞的嚴重程度定義了COPD的階段。第一秒用力呼氣容積 (FEV1)/用力肺活量 (FVC) <0.70的患者，對于FEV1≥80%的預測值，這些患者的階段被定義為輕度。如果FEV1≥50%且<預測值的80%，則該階段定義為中度。如果FEV1≥30%且<50%的預測值，階段被定義為嚴重。如果FEV1<預測值的30%，則該階段定義為非常嚴重。

目前可用的藥物主要集中在緩解COPD患者的癥狀上。已經研究了新的再生治療方法，目的是修復或替換呼吸系統受損的功能結構。再生方法

再生方法包括外源性細胞療法，例如輸注外源性干細胞以修復呼吸系統的受損結構，以及內源性細胞療法，例如給予小分子刺激內源性肺干/祖細胞再生和替代損壞的結構）。這是第一個全面的綜述，旨在根據從當前已完成的臨床前研究和臨床試驗中獲得的經驗，討論更有效的COPD干細胞治療方案。

外源性細胞療法

已經研究了多種外源性干細胞用于在COPD動物模型中治療COPD。這些干細胞包括胚胎干細胞 (ESC)、誘導多能干細胞 (iPS)、間充質干細胞 (MSC) 和肺干細胞 (LSC)。

研究報告稱，小鼠和人源性ESC均可在體外分化為AECII樣細胞。AECII樣細胞表達表面活性蛋白，例如表面活性蛋白C (SPC)，這是AECII細胞的標志物。AECII樣細胞（5×105) 將來自人類ESC系的小鼠氣管內注入免疫缺陷的 SCID/C57BL/6小鼠，這些小鼠在BLM攻擊后1或2天服用博來霉素 (BLM) 以誘導急性肺損傷。對照小鼠用生理鹽水處理。給藥后10天，與對照小鼠相比，AECII樣細胞治療顯著減少了肺泡結構損傷，細胞浸潤減少，間質增厚減少，肺部膠原蛋白沉積減少。

通過將源自小鼠iPS細胞系的AECII樣細胞（5×105）移植到施用BLM后的C57BL/6小鼠，也證實了對受損肺的改善作用。移植后12天，與接受AECII樣細胞治療的小鼠相比，接受AECII樣細胞治療的小鼠纖維化程度降低，表現為膠原蛋白沉積減少，肺組織結構得到恢復。

然而，盡管上面提到的兩項成功的臨床前研究顯示了肺結構再生的潛力，但仍然沒有臨床試驗報告或注冊使用來源于ESCs或iPS細胞，或ESCs，或iPS細胞治療COPD患者。不應用這些細胞類型的原因包括：ESCs有形成畸胎瘤和免疫排斥的可能性，而且ESCs的應用存在倫理問題；iPS細胞也可以形成畸胎瘤，目前的技術無法產生可靠數量的臨床級iPS細胞。

使用MSCs治療COPD的治療方法已被廣泛研究。除了MSCs，c-kit陽性的LSCs可能是治療COPD的新候選產品。現在更詳細地討論MSC和LSC。

間充質干細胞

注入MSCs的臨床前結果

MSC是一群多能細胞，可以分化成多種細胞類型，包括成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞。鑒于免疫原性低的特點，來自骨髓或脂肪的自體和同種異體間充質干細胞（BM-MSCs和AD-MSCs）已被廣泛應用于臨床前研究。據報道，同種異體MSCs的動物受體對這些注射給藥的細胞耐受良好。

臨床前研究報道了在COPD模型中外源性MSCs對受損肺的結構修復和功能恢復。表1列出了在COPD模型中應用MSC的代表性臨床前研究。這些臨床前研究將同種異體BM-MSC或AD-MSC應用于不同COPD模型，這些模型由 CS或PPE在不同品系的小鼠或大鼠中誘導。不同研究的細胞劑量、給藥頻率和給藥方法各不相同。盡管存在這些差異，但所有研究都在干細胞移植后的數周或數月內呈現出積極的結果。積極的結果主要表現為減少炎癥和減少空域擴大。

輸注間充質干細胞的臨床結果

2008年至2010年間，一項開創性的多中心、雙盲和安慰劑對照II期臨床試驗 (NCT00683722) 將MSCs應用于中度至重度COPD患者。在該試驗中，62名登記患者中的30名接受了同種異體BM-MSC移植。其他32名患者接受安慰劑治療。在隨后的2年中，未檢測到外源性BM-MSC的毒性反應，并且在輸注BM-MSC后未發現功能變化。僅在第一次輸注后1個月，C反應蛋白 (CRP) 水平與輸注前相比略有下降。

第二項已完成的臨床試驗 (NCT01110252) 在COPD患者中應用自體骨髓單核細胞 (BMMC)，并于2009年至2011年間進行。招募了四名患有嚴重COPD的患者。靜脈注射GTT，單次輸注。沒有報告與BMMC移植相關的副作用。在接下來的2年內進行了肺功能測試。與預測值相比，四名患者中有兩名表現令人滿意，FEV1增加，表明空氣滯留減少和彈性增加。

作者指出，根據報告的臨床前研究和首次報告的臨床試驗 (NCT00683722)，肺功能相對改善可能是由于抗炎作用。

第三項完成的臨床試驗（NCT01306513）是一項開放標簽、非隨機、非盲、前瞻性I期臨床試驗。該試驗于2010年至2012年間進行。在進行第一次肺減容手術 (LVRS) 時，從7名嚴重至非常嚴重的COPD患者中收集骨髓，并離體培養以獲得BM-MSC。兩次輸注自體BM-MSCs，第一次是在LVRS后6-10周，第二次是在第一次輸注后1周。所有患者在第二次輸注BM-MSC后3周進行第二次LVRS。沒有觀察到與BM-MSCs輸注相關的毒性。第二次LVRS一年后，FEV1和體重顯著增加，與第一次LVRS之前相比，所有患者的肺密度測定也發生顯著變化。但這些變化與之前報告的只有LVRS的患者相當，表明肺結構、功能和體重的改善是由LVRS而不是BM-MSCs引起的。

總之，這項研究表明了自體BM-MSCs在重度和極重度COPD患者中的安全性和可行性。

表2給出了在COPD患者中應用MSC的三個已完成臨床試驗的信息。

已報道的COPD間充質干細胞臨床試驗的適應癥

成功的臨床前研究為在COPD患者中使用各種來源的MSCs進行進一步的臨床研究提供了重要基礎。然而，鑒于報告的少數初步臨床試驗均未成功，這削弱了將MSCs應用于COPD患者的潛力。最近注冊了旨在使用BM-MSC或AD-MSC治療COPD的進一步臨床試驗，但這些試驗尚未開始。

所研究患者的晚期階段可能是失敗的主要原因。目前報道的三項臨床試驗招募了中度、重度或極重度COPD患者。

第一項臨床試驗 (NCT00683722) 的作者表示，患者的COPD階段可能是失敗的主要原因。他們還指出，對肺部結構的損害可能太嚴重而無法被少數移植的MSCs逆轉。臨床前研究中廣泛使用的COPD模型只能模擬輕度或至多模擬COPD患者的中度階段，這或許可以解釋為什么臨床前研究均有MSCs移植后的結構修復和功能改善。有趣的是，據報道，與肺氣腫較弱的動物（由一種刺激誘導）相比，具有更強肺氣腫（由兩種刺激誘導）的動物在肺中募集和移植了更多的外源性MSCs。

因此，我們可以預測，晚期COPD患者也可能會在肺部募集和移植更多的外源性MSC，因此應該會導致結構修復和功能恢復，如動物模型所示。然而，已完成的臨床試驗并未達到我們的預期。盡管如此，這提醒我們可以做進一步的研究來研究如何增強外源性間充質干細胞在受損肺中的植入。此外，由于具有抗炎和免疫調節的特性，外源性間充質干細胞在急性肺病中可能比在具有嚴重結構損傷的慢性、進行性疾病中更有效。

外源性MSCs的狀態也是試驗成敗的關鍵。

第一次臨床試驗（NCT00683722）中使用的同種異體間充質干細胞從冷凍袋中解凍后立即在床邊直接輸注。這種工業過程使移植變得簡單方便。然而，數據表明新解凍的MSCs已經失去了部分免疫調節能力。

第一次臨床試驗（NCT00683722）和第三次臨床試驗（NCT01306513）的失敗可能都與新解凍細胞的應用有關。因此，未來的試驗設計應使用新鮮的MSC或解凍后約24小時培養的MSC。

第二個臨床試驗（NCT01110252）使用新鮮的自體BMMCs，并沒有表現出明顯的改善。

除了COPD分期、MSC狀態（新鮮或冷凍，來自較年輕或年老的供體），其他重要參數包括細胞劑量、給藥方法、給藥頻率以及研究終點的設計、患者病例的年齡和規模, 包括適當的對照組。這些不同的參數可能共同導致了臨床前研究和臨床研究之間出現的相互矛盾的結果。

內源性細胞療法

理論上，激活內源性干細胞或祖細胞以誘導功能性肺泡上皮細胞再生可能是逆轉COPD的替代方法。基于內源性干細胞或祖細胞的動員，這種再生方法被命名為“內源性細胞療法”，這是一種不同于外源性細胞療法的方法。

以前，在人類呼吸系統中鑒定的干/祖細胞包括基底細胞、Clara細胞、肺間充質干細胞和氣道中的c-kit陽性LSC以及肺泡中的AECII細胞。據報道，基底細胞和AECII細胞可以從靜止狀態重新進入細胞周期；它們可以在肺損傷后繁殖并促進組織修復。激活這些干細胞/祖細胞的研究仍處于較早的研究階段，尚未在臨床前和臨床研究中得到充分批準和廣泛應用。

結論

考慮到目前可用的藥物主要側重于緩解癥狀，預計新方法將逆轉結構退化并改善COPD患者呼吸系統的功能。干細胞療法可以通過修復或更換受損結構來改善肺功能。

基于大量MSCs臨床前研究和初步臨床試驗的數據，以上討論了臨床試驗失敗的可能原因。失敗的主要原因可能是外源性MSCs對中重度COPD患者廣泛受損的肺結構的抗炎和免疫調節作用不足。為了增強效果，必須考慮幾個參數，包括細胞狀態（新鮮或冷凍，來自年輕或衰老的供體）、細胞劑量、給藥方法、給藥頻率。

至于細胞的狀態，建議將來自年輕捐贈者的新鮮而非冷凍的BM-MSC或AD-MSC用于未來的研究。此外，還應該更加努力地精心設計新的試驗，包括研究終點、患者年齡、狀態和規模的設計，對于使用外源性 hLSC 的外源性細胞療法和使用可激活內源性干細胞/祖細胞的分子的內源性細胞療法，在開始新的臨床試驗之前應收集更多的臨床前證據。

總之，所討論的再生療法方法已在COPD動物模型中顯示出積極作用，并且在臨床試驗中是安全的。然而，必須付出更大的努力來開發能夠為COPD患者提供治愈方案的方法。

參考資料：Sun Z, Li F, Zhou X, Chung KF, Wang W, Wang J. Stem cell therapies for chronic obstructive pulmonary disease: current status of pre-clinical studies and clinical trials. J Thorac Dis 2018;10(2):1084-1098. doi: 10.21037/jtd.2018.01.46

免責說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業觀點，不構成任何臨床診斷建議！杭吉干細胞所發布的信息不能替代醫生或藥劑師的專業建議。如有版權等疑問，請隨時聯系我。