梳理| 间充质干细胞免疫调节功能的研究简史

2022-07-12 14:41
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  以下文章来源于间充质干细胞 ,作者东海先生colly


  本文挑选文章的基本原则:首次发现或证明了间充质干细胞(MSC)与免疫相关的具有一定代表性的重要研究。根据发表文章的时间先后顺序,给与逐一整理和解读。挑选这些文章,具有一定的代表性,但是并不意味着这些文章的实验内容的数据就是真实可靠,尚存在一些相互矛盾的地方,后续再给与分析和讲解。


  MSC的免疫功能研究始于2002年。


2002年,2个团队分别发现了MSC有强大的免疫抑制能力。

  2002年,2个团队分别发现了MSC有强大的免疫抑制能力。


  2002年的1月份,美国Bartholomew教授团队报道了MSC抑制淋巴细胞的激活,抑制异体皮肤移植出现的排斥反应,但是体外实验MSC和T细胞共培养中,额外添加IL-2可以部分地逆转MSC的抑制作用。


  同一年的5月份,意大利Di Nicola教授团队报道了自体MSC和异体MSC无差异性抑制各种抗原刺激导致的T淋巴细胞(包括CD4+T细胞和CD8+T细胞)的增殖,而且利用tanswell实验证明MSC抑制T细胞的增殖是不需要依赖细胞之间的相互接触,利用抗体中和HGF和TGF-β,则减弱MSC的抑制作用。


  2003年,瑞典的Le Blanc教授团队发现MSC本身具有低免疫原性,即使异体或跨种属使用,均不会引起免疫排斥反应[3, 4]。该团队还发现MSC抑制了细胞毒性T淋巴细胞(CTL)介导的细胞裂解作用,却不能抑制NK细胞的杀死作用;但是异体的CTL细胞和NK细胞不能杀伤MSC。


  同年的美国波士顿儿童医院William T. Tse教授团队也同样证实MSC抑制T细胞的增殖是不需要依赖细胞之间的相互接触,同时也通过实验的方法证明MSC并不具有抗原提呈细胞(APC)的功能,MSC也不能诱导T细胞的凋亡,但是也证明IL-10、TGF-β、PGE2、IDO都不是MSC发挥免疫抑制功能的关键因子。


  同年的英国FrancescoDazzi教授团队证明了MSC呈剂量依赖性地抑制幼稚T细胞和记忆性T细胞的增殖;MSC与T细胞共培养,MSC对T细胞的激活抑制是暂时性的;如果去除MSC,那么T细胞能再次对抗原刺激产生应答增殖。


  2004年,Le Blanc教授团队在《Lancet》发表MSCs治疗儿童急性难治性的移植物抗宿主病(GVHD)的临床研究的文章。这是第一篇利用MSC的免疫抑制能力来发挥治疗作用的临床研究文章。这篇重磅文章拉开了MSC治疗免疫性疾病的序幕,不仅促进了MSC从基础研究快速进入临床应用研究,而且点燃了研究人员对MSC免疫调节功能的深入研究热情。


  2005年,首次发现病人(再障)的骨髓MSC的免疫抑制功能出现病理性降低,从而开始认识到MSC也是和人体一样有生老病死(大自然的规律)。但不清楚疾病导致MSC的免疫抑制功能降低,还是先出现MSC的免疫抑制功能降低再出现疾病?随后发现多发性骨髓瘤、系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎和ITP等患者的骨髓MSC的免疫抑制能力也出现损伤,以及增殖速度减慢、分泌细胞因子减少等改变。


  同年的4月份英国Francesco Dazzi教授团队发现MSC不仅可以抑制T细胞的激活,而且还能上调p27和下调周期蛋白D2来诱导激活的T细胞停滞于细胞周期G期,T细胞处于失能状态(不应答)。虽然MSC抑制了T细胞的激活,但是MSC却能促进T细胞的存活,使得T细胞处于静息状态。


  同年的5月份我国科学家发现MSC和CD14+单核细胞共培养,能抑制单核细胞向树突状细胞(DC)分化,而且MSC通过下调DC细胞的共刺激分子和IL-12的分泌,来抑制成熟的DC细胞的抗原提呈功能。随后不同团队证明MSC通过可溶性物质(IL-6和M-CSF等)和通过细胞周期G1到G0的转化来抑制DC的成熟和抗原提呈功能。


  同年的11月,意大利Alessandro Poggi教授团队证明MSC和NK细胞接触培养后,MSC能激活NK细胞,能促进被抗原激活的NK细胞分泌大量的TNF-α和IFN-γ,而IL-2激活的NK细胞则可以杀死MSC,但静息状态的NK细胞不能杀死MSC[16]。随后的2006年,两个不同的团队证明了MSC可以抑制NK细胞的激活增殖,但是反过来,激活的NK细胞对MSC有杀伤作用。


  同年的12月,加拿大Jacques Galipeau教授团队通过小鼠实验证明MSC并不是完全的免疫逃逸,而是存在一定的抗原特性,MHC不匹配的异体MSC输入体内后,被机体清除的速度远远快于自体MSC。因此,有专家提出MSC并不具有免疫豁免特性,而只是其免疫原性比其他类型的同种异体细胞低很多。


  2006年,意大利的Anna Corcione团队发现MSC抑制外周血B细胞的增殖,而且使B细胞处于细胞周期的G0/G1期,抑制B细胞分泌IgM、IgG、IgA抗体。但随后有团队发现MSC促进了B细胞增殖和IgG抗体的分泌。


  2007年,法国Lo?c Fouillard团队发现MSC表达抑制性分子HLA-G,而且HLA-G的表达不受MSC和T细胞相互作用的影响;阻断HLA-G的生物学活性,可以解除MSC对T细胞的抑制作用。同一年的法国另一团队发现MSC亦表达血红素氧合酶-1(HO-1),阻断HO-1的MSC失去了免疫抑制能力。


  同一年的爱尔兰一团队发现小鼠骨髓MSC并不表达PD-1或者PD-L1/PD-L2、IDO,但是IFN-γ能刺激MSC表达PD-L1和IDO,从而增强MSC的免疫抑制功能。同年的德国一团队证明IFN-γ受体1缺乏的MSC,不表达IDO,IDO抑制剂不能诱导PBMC的增殖,而且MSC抑制HLA不匹配的PBMC的效果不受IFN-γ受体1的影响。


  同一年的日本自治医科大学KatsutoshiOzaki教授团队发现NOS-/-小鼠来源的骨髓MSC的免疫抑制能力下降,不能显著地抑制T细胞的增殖;MSC和T细胞的相互作用,诱导MSC的iNOS表达,增加NO 的产生,从而抑制了CD4+T细胞和CD8+T细胞的增殖。2008年我国科学家进一步证明了敲除了iNOS的小鼠骨髓MSC,或者敲除了IFN-γ受体1的MSC,都失去了免疫抑制能力,不能有效治疗小鼠的GVHD。


  还是这一年,美国和比利时的两个团队,分布在免疫功能健全的小鼠和猪的动物模型中发现异体骨髓MSC注射能诱导动物的免疫系统产生一定程度的针对异体细胞的IgG和IgM抗体。


  2008年,我国、法国和意大利的科学家团队分别发现MSC在抑制T细胞激活增殖的同时,促进T细胞的一个亚群Treg细胞的增殖。美国麻省总医院huang教授团队的数据证明,单次注射MHC不匹配的脐带MSC并不能诱导产生免疫反应,但是当在炎症部位注射、在同一区域重复注射或注射前用IFN-γ刺激时,提高了MSC的免疫原性,即产生轻微的皮肤移植排斥反应。


  2009年,美国的两个团队均发现MSC诱导巨噬细胞的极化,MSC分泌PGE2刺激巨噬细胞极化为分泌IL-10的抗炎表型。同年的德国团队利用动物实验,系统性阐述了自体MSC和异体MSC在不同免疫功能状态下的动物分布和存留时间;同时发现异体MSC能诱导机体产生免疫记忆,包括记忆性CD4+T和记忆性CD8+T细胞。


  2011年,意大利的Giuseppe Remuzzi医生团队首次开展MSC应用于肾移植患者的临床研究,2例肾移植患者,经常规临床治疗后,静脉回输自体骨髓MSC((1-2)x106/kg),患者体内的Treg细胞数量有所增加,记忆性CD8+T细胞的数量减少,虽然肾功能稳定,但是1例患者的肾活检也发现了局部的粒细胞浸润[39]。随后的2012年,我国福州总医院的团队在《JAMA》发表文章,首次通过随机对照临床试验来证实自体骨髓MSC在实体器官肾移植后发挥免疫抑制作用,起到免疫抑制剂的治疗效果。在移植后一年的随访时间内,MSC治疗组的肾移植患者发生更低的急性排斥反应和感染的风险,同时促进了更好的肾功能的恢复。基于MSC有免疫抑制和促进修复的功能,有望代替免疫抑制剂,不同的团队陆续开展MSC在肝和肾移植方面的临床应用研究。


  2012年,Osiris公司宣布全球首个MSC的III期临床试验失败,即MSC治疗儿童GVHD的III期临床试验的结果和安慰剂组没有差异,给予MSC行业一个几乎致命的打击。当时的III期临床试验的数据并没有整理发表文章,但是2013年有篇文章专门点评这件事,分析失败原因和今后的发展方向。当然,Prochymal 失败的原因有很多,本小编也曾详细地分析过。虽然美国FDA没有批准Prochymal上市,但是Prochymal却在加拿大获得有条件上市。随后英国(2012年)和欧盟(2014年)的治疗指南推荐MSC作为治疗2-4级急性GVHD的三线治疗药物。


  2013年,我国的大样本(172例)临床研究发现,类风湿性关节炎(RA)患者普遍存在Treg细胞减少,经过MSC治疗后,Treg细胞增加的患者,其RA相关的临床症状体征缓解非常明显,MSC的疗效得到较好地维持。这项临床研究的意义在于,Treg细胞的数量变化可以作为MSC治疗RA病情缓解的客观判断指标。


  这一年,法国SITI实验室评估了骨髓MSC和脂肪MSC在GMP条件下,不同的培养体系对MSC的免疫调节功能特性的影响和差异。该团队的实验数据提示,胎牛血清和血小板裂解液均能很好地促进MSC增殖;血小板裂解液培养的脂肪MSC,具有很好的抑制T细胞激活的品质。但是该团队用于培养脂肪MSC(2%)和骨髓MSC(8%)的血小板裂解液浓度不一样,因此需要谨慎对待该团队的实验结论。


  2015年,Mesoblast公司的骨髓MSC产品用于心衰竭的局部注射治疗,11%的患者体内检测到针对异体骨髓MSC的HLA-I类抗原的抗体,只有1名患者检测到骨髓MSC的HLA-II类抗原的抗体。


  2016年7月份《Lancet》报道全球第二个基于免疫调节功能的干细胞药物(脂肪MSC)的III期临床试验的结果,即Cx601(脂肪MSC)治疗复杂肛周瘘克隆恩病的多中心随机对照III期试验(RCT),这项研究包括212名患者,107名患者接受了脂肪MSC治疗,105名患者接受了安慰剂治疗;接受脂肪MSC治疗的患者中有50%实现了联合缓解,而安慰剂组中的34%的患者在24周达到了联合缓解,MSC治疗的效果明显优于安慰剂组。


  2018年,《Gastroenterology》杂志发表了Cx601(脂肪MSC)治疗复杂肛周瘘克隆恩病的长期疗效观察结果,在52周时,接受Cx601治疗的患者中达到联合缓解的比例(56.3%)显著高于对照组(38.6%)(P=0.010),临床缓解率(59.2%vs 41.6%,P=0.013)。这次III期临床试验的结果明显优于对照组,欧盟在2018年3月批准Cx601(Alofisel)上市用于克罗恩病患者复杂性肛周瘘的治疗。


  2019年,我国CFDA再次推动干细胞药物的历史进程。西比曼公司于1月16日获得CFDA的新药临床试验默示许可(IND获批),异体人脂肪间充质祖细胞注射液为治疗用生物制品1类新药,适应症为膝骨关节炎。随后国内多家干细胞公司申报干细胞药物获得新药临床试验默示许可,免疫性炎症疾病的适应症涵盖了膝骨关节炎、类风湿性关节炎、GVHD、溃疡性结肠炎、慢性牙周炎、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。


  也是这一年,日本Hokkaido大学医院开展AM01(羊膜MSC)治疗异体造血干细胞移植后出现的激素抵抗的急性GVHD的I/II期多中心临床研究。吸取了Prochymal(骨髓MSC)治疗儿童GVHD的3期临床的失败教训,日本研究者修改了临床治疗方案,选取羊膜MSC代替成年骨髓MSC,在MSC的年龄属性上具有一定的优势,MSC剂量分为1x106/kg和4x106/kg,连续静脉注射4次,间隔1周的时间。


  2020年,我国首次报道MSC治疗新冠的文章最早发表于3月份的《Aging and Disease》杂志,观察了北京佑安医院在2020年1月23日到2月16日开展的7例新冠肺炎的MSC治疗效果。这7例患者的肺功能和症状在单次MSC(1x106/kg)治疗后2天内均有明显改善,伴随着体内炎症因子水平下降;其中2名普通患者和1名重症患者在治疗后10天内康复出院。这个小规模临床研究初步证明了静脉回输MSC治疗新冠肺炎肺炎是安全有效的,尤其是危重患者。随后,我国和多个国家分别开展了MSC治疗新冠肺炎的临床研究。


  小小总结


  在MSC免疫调节功能的研究历程中,前十年主要集中在MSC的基础探索性研究,比如研究MSC与各种免疫细胞的相互作用,以及可能的作用机制,而临床研究零零散散,以GVHD的临床研究为主。2012年后,开始出现大量的MSC治疗各种免疫性炎症疾病的临床研究,包括GVHD、膝骨关节炎、溃疡性结肠炎(克隆氏病)、类风湿性关节炎、实体组织器官的移植、特异性皮炎等等。当然,还有很多MSC治疗其他类型疾病(非免疫性疾病)的临床研究。


  毫无争议的是,MSC具有免疫调节功能,适合用于免疫性疾病的治疗。但是,临床疗效的影响因素太多,包括疾病的复杂程度和对MSC的使用方案等等方面。要取得很好的MSC治疗效果,依然需要静下心来,继续优化治疗方案,持续探索MSC和人体的相互作用的奥秘。MSC相当于一个治疗疾病的工具,如何利用好MSC也是一个很重要的课题。不能因为我们目前不能很好地利用这个工具,就否定这个工具的使用价值。


  即使困难诸多,但是依然坚信MSC的强大功能,只要利用好MSC,相信MSC药物在不久的将来会成为现实,为患者解除病痛和恢复健康。

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