概述：急性肝衰竭（ALF）是一種嚴重的肝病綜合征，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用限制了肝移植的廣泛應用。近年來，急性肝衰竭的治療一直沒有突破性進展，間充質(zhì)干細胞干細胞治療急性肝衰竭中的應用是一個重要的研究領(lǐng)域。間充質(zhì)干細胞(MSCs)因其來源豐富、免疫原性低、無倫理限制等特點被廣泛應用于疾病治療研究。盡管間充質(zhì)干細胞對治療ALF有效，但間充質(zhì)干細胞在ALF中的應用還需要進一步研究和優(yōu)化。
在這篇綜述中，我們討論了間充質(zhì)干細胞治療急性肝衰竭的潛在機制，總結(jié)了一些提高間充質(zhì)干細胞療效的方法，并探討了間充質(zhì)干細胞移植的最佳方法。
介紹
急性肝衰竭（ALF）是一種嚴重的肝病綜合征，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用高昂限制了其廣泛應用。近年來，ALF的治療尚無突破，干細胞在ALF治療中的應用是一個至關(guān)重要的研究領(lǐng)域。同時，干細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。
干細胞是一類具有自我復制、高度增殖、多向分化潛能的細胞，可以通過免疫調(diào)節(jié)、組織修復等多種方式發(fā)揮治療作用。間充質(zhì)干細胞（MSCs）因其來源廣泛、免疫原性低、無倫理限制而被廣泛應用于疾病治療研究。先前的研究表明，間充質(zhì)干細胞通過分化為肝細胞樣細胞 (HLC)、調(diào)節(jié)免疫細胞和分泌治療因子來治療ALF。盡管MSCs治療ALF有效，但MSCs在ALF中的應用還需要進一步研究和優(yōu)化。
間充質(zhì)干細胞分化為肝細胞樣細胞
在ALF治療過程中，MSC可能會分化為HLC以進行組織修復。干細胞來源的HLC的誘導方法是利用細胞因子的分階段誘導。
間充質(zhì)干細胞介導的免疫調(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。當慢性肝衰竭（ACLF）小鼠單核細胞功能衰竭時，間充質(zhì)干細胞可以改善線粒體呼吸和單核細胞吞噬作用，從而減少肝損傷并增強肝再生。但單核細胞的過度激活會加重ALF，而MSCs治療可以抑制單核細胞的激活。
間充質(zhì)干細胞分泌治療分子
源自MSC的多種物質(zhì)對ALF具有治療作用，包括細胞因子、條件培養(yǎng)基 (CM) 和外泌體。先前的研究表明，MSC衍生的細胞因子，如IL-10、IL-4、HGF、PGE2、腫瘤壞死因子誘導基因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可能通過改善肝細胞線粒體損傷來治療肝衰竭。同時，IL-10的抗炎作用可能是通過STAT3信號通路介導的。MSC通過分泌HGF減輕肝細胞壞死。當MSC中的HGF被敲低時，MSC對乙酰氨基酚 (APAP) 誘導的小鼠ALF的治療效果會降低。MSCs可通過PGE2誘導肝細胞增殖，促進ALF的改善。
一些研究發(fā)現(xiàn)MSC-CM和MSC對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大鼠的肝細胞死亡、增強肝再生并提高存活率。
近年來，間充質(zhì)干細胞衍生的外泌體（MSC-Ex）在ALF中的應用受到廣泛關(guān)注。外泌體是一種直徑為30～150nm的膜狀細胞外囊泡，攜帶多種蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子、細胞外基質(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可降低肝細胞氧化應激體外并促進ALF大鼠的肝再生。同時，MSC-Ex可能通過激活自噬抑制肝細胞凋亡來緩解小鼠ALF。
MSC-Ex作為干細胞治療的重要介質(zhì)，單獨使用對ALF也具有良好的治療效果。外泌體療法相對于傳統(tǒng)細胞療法的優(yōu)點如下。
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血管和血腦屏障到達靶器官。
其次，外泌體具有更廣泛的治療劑量范圍，而栓塞風險隨著細胞移植劑量的增加而增加最后，外泌體的儲存和使用更加方便。細胞活力是影響細胞移植效果的關(guān)鍵因素，需要嚴格的儲存和使用條件。然而，外泌體也有一些缺點限制了其廣泛應用。主要缺點是缺乏省時、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，干細胞移植具有完整的操作規(guī)范，但外泌體治療仍處于初級階段，尚無利用外泌體治療肝病的臨床試驗。外泌體分離純化技術(shù)的改進可以使得未來能夠開展更多的外泌體臨床試驗。
間充質(zhì)干細胞的聯(lián)合治療
事實上，間充質(zhì)干細胞與其他療法聯(lián)合治療急性肝衰竭可能比單獨使用間充質(zhì)干細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）介導的PI3K/Akt/mTOR/IkappaB激酶（IKK）信號通路來減輕肝損傷。同時，腺苷A2A受體（A2AR）激動劑可以與經(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)干細胞移植聯(lián)合粒細胞集落刺激因子可通過抑制炎癥、氧化應激和肝細胞凋亡，促進間充質(zhì)干細胞的增殖和定植，減輕肝損傷。
間充質(zhì)干細胞治療肝衰竭患者的臨床試驗中，常規(guī)治療是基礎(chǔ)，間充質(zhì)干細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)計學意義。
探索間充質(zhì)干細胞治療肝衰竭的可行性方案
表1總結(jié)了MSCs在ALF動物模型中的應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ALF是否具有相似的治療作用。扎雷等人報道稱，在ALF小鼠的肝酶、組織病理學和存活率方面，脂肪來源的MSC 比骨髓MSC更有益。
此外，一些學者發(fā)現(xiàn)來自同一供體的不同圍產(chǎn)期組織的間充質(zhì)干細胞對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與對照組沒有差異。因此，MSC的組織來源可能會影響ALF的療效。值得注意的是，人源間充質(zhì)干細胞在ALF動物模型中也具有顯著療效，反映出間充質(zhì)干細胞的低免疫原性。
表1：間充質(zhì)干細胞在急性肝衰竭動物模型中的應用及治療效果
| 間充質(zhì)干細胞類型 | 路線 | 劑量（移植頻率） | 移植時間 | 誘導劑 | 動物 | 治療效果及機制 | 參考 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 人骨髓間充質(zhì)干細胞 | 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)干細胞 | 周圍靜脈 | 1×10 6 /大鼠（1次注射） | 使用TAA后12小時注射 | 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 小時注射 | APAP | 老鼠 | 肝酶↓; （TNF-α、MCP-1、IL-1β、ICAM-1 和磷酸化 JNK）↓；（細胞周期蛋白 D1 和 PCNA）↑ | 80 |
| 人臍帶間充質(zhì)干細胞 | 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)鍵效應子 | 79 |
| 人干細胞 | 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)干細胞的移植途徑包括外周靜脈、門靜脈、脾靜脈、肝動脈、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)干細胞對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，從肝動脈、門靜脈和尾靜脈移植的MSC對ALF具有相似的治療作用，而腹腔注射的MSC對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)干細胞比通過外周靜脈移植的間充質(zhì)干細胞可以更好地減輕肝臟炎癥并促進肝臟再生。同時，門靜脈注射在改善肝功能、抑制肝細胞凋亡、延長生存時間等方面優(yōu)于肝動脈、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)干細胞移植治療ALF的最佳途徑仍不清楚。
在大型動物（例如狗和豬）中，MSC移植的細胞劑量與體重成比例增加，而在小型動物（例如小鼠和大鼠）中則固定（表1）。ALF進展迅速，因此大多數(shù)研究采用單間MSC移植，且移植時間越早（表1）。注射D-半乳糖胺后立即移植MSCs（3×106個細胞/kg）可有效治療豬ALF。
間充質(zhì)干細胞治療肝衰竭的臨床試驗
許多研究證明間充質(zhì)干細胞可以有效治療動物模型中的ALF。同樣，臨床試驗中間充質(zhì)干細胞對肝衰竭患者也有治療作用。在一項隨機對照試驗中，外周輸注同種異體骨髓間充質(zhì)干細胞對于乙型肝炎相關(guān)的ACLF患者是安全有效的，并且通過改善肝功能和降低嚴重感染的發(fā)生率來顯著提高24周生存率。
在彭進行的一項臨床試驗中等人，經(jīng)肝動脈單次移植自體骨髓間充質(zhì)干細胞2~3周后，患者的白蛋白、總膽紅素和凝血酶原時間明顯改善。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)干細胞治療肝衰竭的療程尚不確定。
賈等人發(fā)現(xiàn)將治療時間從4周延長至8周可提高間充質(zhì)干細胞治療終末期肝病的療效。值得注意的是，延長療程可能會增加治療成本和不良反應的發(fā)生率。
有趣的是，有學者發(fā)現(xiàn)肝衰竭患者的年齡是影響MSC療效的因素。確實，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)干細胞通過分化為HLCs、調(diào)節(jié)免疫細胞和分泌治療因子來治療ALF（圖1）。間充質(zhì)干細胞可以在體內(nèi)和體外分化成HLCs，但只有一小部分間充質(zhì)干細胞可以在體內(nèi)分化成HLCs，而在體外誘導間充質(zhì)干細胞分化成HLCs并不能提高ALF的治療效果。因此，HLCs在治療ALF中并不占主導地位，也沒有必要用HLCs治療ALF。值得注意的是，間充質(zhì)干細胞介導的免疫調(diào)節(jié)具有可塑性，在不同的刺激下，間充質(zhì)干細胞可表現(xiàn)出促炎或抗炎表型。了解間充質(zhì)干細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，基因編輯或預處理可增加間充質(zhì)干細胞中治療因子的表達，增強間充質(zhì)干細胞治療肝衰竭的效果。
間充質(zhì)干細胞主要用于ALF動物模型的單一療法，而在臨床試驗中，間充質(zhì)干細胞則與傳統(tǒng)療法相結(jié)合。有趣的是，間充質(zhì)干細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)干細胞的聯(lián)合治療可能具有良好的前景。事實上，間充質(zhì)干細胞治療ALF的效果受很多因素的影響，包括組織來源、細胞通道、移植途徑、移植時間、移植頻率、細胞劑量等。因此，將間充質(zhì)干細胞應用于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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