干细胞治疗肝脏疾病研究进展
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实用肝脏病杂志圆园18年1月第21卷第1期JPracHepatol,.21No.1·145·
·综述·
干细胞治疗肝脏疾病研究进展
*
李珊珊,洪丰综述,陈煜审校
【摘要】干细胞是一类具有自我更新、增殖和多向分化潜能的细胞体,作为最有潜力的种子细胞来源,近年来受到国内
外广泛的关注,已有大量干细胞应用于肝脏疾病治疗的研究报道,初步验证其治疗的有效性及安全性,成为治疗肝病的一种新策
略。本文就相关干细胞的分类、培养和移植方法、体内示踪和治疗肝脏疾病方面的最新研究进展进行论述。
【关键词】肝脏疾病;干细胞;治疗
DOI:10.3969/.1672-5069.2018.01.042
StemcelltherapyinliverdiseasesLiShanshan,HongFeng,forLiverDiseaseStudyandArtificialLiverTherapy
Center,YouanHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100069,China
【Abstract】Stemcellshavetheabilitytoundergoself-renewal,ost
promisingsourceofseedcells,theclinicalapplicati
havebeenmanyreportsabouttheapplicatiofstemcellsintreatmentofliverdiseases,
gressaboutstemcellsonthefollowingaspectsinthisarticle
wasreviewed,suchastheclassificationofstemcells,cellcultureandtransplantation,celltracinginthebodyandthetherapiesforvarious
liverdiseases.
【Keywords】Stemcells;Liverdiseases;Therapy
干细胞基于其具有自我更新、高度增殖及多向分化的潜
能,使得干细胞基础及转化医学研究成为当前国际上最受关
注的领域之一,随着干细胞技术的不断发展,干细胞分离、培
养、移植等方面取得了突破性进展,并应用于越来越多疾病
的治疗,包括中枢神经系统疾病、心肌损伤、骨关节炎、黄斑
变性、糖尿病、肝脏疾病、肿瘤等[1]。作为一种新的医疗技术,
已有大量关于干细胞治疗肝脏疾病的研究报道,初步验证了
其治疗的一定有效性及安全性,虽然多数研究仅限于细胞、
动物水平,实现临床转化仍有待多重考验,但相信随着研究
技术、内容的丰富及深入,干细胞有望实现肝病治疗的临床
转化,为肝病尤其是终末期肝病的治疗带来新的希望。本文
就相关干细胞的分类、细胞培养移植、体内示踪及肝病治疗
等的近期研究进展进行综述。
1治疗肝病相关干细胞
目前研究显示,多种干细胞在肝损伤中发挥作用,可能
用于治疗肝脏疾病,其中包括肝干细胞(hepaticstemcells,
HSCs)、胚胎干细胞(embryonicstemcells,ESCs)、诱导型多能
干细胞(inducedpluripotentstemcells,iPSCs)、间充质干细胞
(mesenchymalstemcells,MSCs),外周血干细胞(peripheral
bloodstemcells,PBSCs)等。
1.1HSCs肝干细胞属于成体干细胞,存在于肝脏内,主要
包括肝卵圆细胞(hepaticovalcell,HOC)和小肝细胞样祖细
胞(smallhepatocyte-likeprogenitorcell,SHPC),其中HOC的
特点是胞体小,核大而胞质少,呈卵圆形,可双向分化为肝细
胞或胆管上皮细胞。SHPC形态介于干细胞和胆管细胞,通常
成体HOC先分化为SHPC后再分化为成熟干细胞,多数学
者认为HSCs是位于门静脉周围及终末胆管hering管中[2],近
期有国外研究[3]发现HSCs位于中央静脉周围,需要Wnt信
号来维持干性,而中央静脉内的血管内皮细胞负责释放Wnt
分子进入组织,如果干细胞离开Wnt信号的覆盖范围,便会
迅速失去了分裂新干细胞的能力,从而分化为成熟的肝细
胞。肝干细胞因其具有定向分化为肝细胞及胆管细胞的优
势,且不存在伦理问题,是较为理想的治疗肝脏疾病的干细
胞,但目前国内外罕见有关人源性肝干细胞系的报道。我们
课题组已经从成体肝脏中成功分离出人肝干细胞,并建立了
可以稳定传代至50代的成体人肝源性干细胞系HYX1,目
前已初步应用于动物试验中[4]。
1.2ESCs胚胎干细胞从受精卵内胚层中取得,属高度未分
*基金项目:国家科技重大专项“艾滋病和病毒性肝炎等重大传
染病防治”(编号:2017ZX10203201-005);北京市医院管理局“登峰”
人才培养计划基金资助项目(编号:DFL20151601);北京市卫生系
统高技术人才培养项目基金(编号:2013-3-071);“起点未来”医学
发展项目(编号:Future-101)
作者单位:100069北京市首都医科大学附属北京佑安医院人
工肝中心(李珊珊,陈煜);山东省济宁医学院附属医院(洪丰)
第一作者:李珊珊女,28岁,博士研究生,主治医师。主要从事
肝衰竭的基础与临床研究。
通讯作者:陈煜,E-mail:chybeyond@
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化,是增殖能力最强的全能干细胞,在体外相应的诱导培养
条件下,ESCs可分化为成熟肝细胞,将小鼠ESCs移植到肝
损伤小鼠模型体内,观察小鼠肝脏内可见大量移植细胞并呈
现增殖状态[5]。ESCs的无限增殖能力和分化的多潜能性,在
肝脏疾病中有极高的基础与临床研究价值,但ESCs的伦理
争议、免疫排斥及致瘤风险等问题限制了其在临床疾病治疗
中的研究及应用。
1.3iPSCs诱导多能干细胞是来源于成体细胞经病毒载体
重新编程而获得的具有干细胞特征的细胞,具有ESCs类似
功能,但同时又避免了ESCs的伦理争议和免疫排斥问题,有
助于解决肝细胞来源问题,一直以来是再生学领域研究的热
点,但部分学者考虑iPSCs的重编程及高度自我更新、多向
分化的特征使其具有增加突变及致瘤风险,近期一项研究[6]
通过对比分析iPSCs和亚克隆复制的细胞,发现iPSCs中的
大多数突变并不会在重编程或者iPSCs产生过程中发生,认
为iPSCs是相对稳定的,可在基础与临床研究中安全使用。
近年在经典iPSCs重编程基础上发展了一种新的编程技术
叫做谱系重编程,即绕开了iPSCs实现谱系内或谱系间细胞
类型的转化。王韫芳团队通过该技术,利用小分子化合物而
非转录因子将消化道上皮细胞重编程为诱导人内胚层祖细
胞(humaninducedendodermalprogenitorcells,hiEndoPCs),
hiEndoPCs在体外可分化为表达成熟肝细胞,并能整合到实
验小鼠肝脏中,这为肝脏疾病尤其是终末期肝病的治疗研究
提供了更为安全有效的新型种子细胞来源[7]。
1.4MSCs间充质干细胞是可从骨髓、脂肪组织、脐血、胎盘
等组织中分离获得的多能干细胞,属成体干细胞,其中在肝
病基础与临床中骨髓间充质干细胞(bonemarrow
mesenchymalstemcells,BM-BMSCs)和脂肪间充质干细胞
(adipose-derivedmesenchymalstemcells,AD-MSCs)及脐血
干细胞(umbilicalcordmesenchymalstemcells,UC-MSCs)研
究较多。MSCs在体内外特定的诱导条件可分化为多种成体
9]成熟细胞,多项研究[8,指出MSCs能在生长因子、细胞因子、
行增殖和分化,虽具有易操作、低费用等优点,但细胞在形
态、结构和功能方面都与在体内生长状态有显著差异,通常
会导致体内实验不能重复体外实验结果,为尽可能模拟体内
细胞的生长状态,使细胞能够在立体空间培养增殖,近年来
三维培养技术在干细胞培养中受到广泛研究及关注[11-12],包
括需要支架的和不需要支架的三维培养技术,目前常见的三
维细胞支架有胶原、水凝胶、聚合物纤维支架等,随着3D生
物打印及相关技术发展,三维支架种类层出不穷,为干细胞
研究提供了更为有效的培养体系。非支架三维培养技术主要
是通过物理方法使细胞处于悬浮状态,主要有微载体、悬滴
板、磁悬浮等技术。近期国外有研究[13]利用微流控技术,以水
/水/油双化作为模板培养肝细胞及成纤维细胞,从而在
“小水滴”中构建出微型3D肝模型,此培养模式在干细胞中
可能也有一定的借鉴价值。将培养的干细胞移植入动物或人
体体内,分别主要通过以下途径:经外周静脉(如鼠尾静脉、
眼底静脉丛)、门静脉、肝动脉注射输入,以及向腹腔内、肝脏
内、脾脏内直接注入等。
此外还有一些较为新颖的培养移植方式,日本近期一项研
究[14]将人诱导多能干细胞衍生肝细胞样细胞(humaninduced-
pluripotentstemcellderivedhepatocyte-likecells,iPS-
HLCs)培养在生物材料上形成细胞片,随后将细胞片附着
于肝衰竭小鼠的肝表面来发挥抗肝损害作用,同时与脾内
移植途径相比,提示该方法减少了肝脏以外器官的意外移
植风险。有研究[15]在体外通过共同培养人源性iPSC、间质祖
细胞及内皮祖细胞,诱导形成了肝芽样结构(微型肝),进而
异位移植于免疫缺陷小鼠腹腔内来发挥一定肝脏代谢作
用。更有将干细胞植入脱细胞化的肝脏中,利用其基质骨
架、血管网结构,有助于支持肝干细胞的分化成熟和成熟细
胞的存活[16]。总结上述研究发现不同培养方式,不同时期、
不同次数及不同途径移植,产生效果都会有所不同,且各有
优劣,选择适宜的培养移植方案及研究更好的方案,最大限
度使干细胞发挥原有甚至更好的功能,也是目前干细胞研
究任务之一。
3移植干细胞示踪
为了更好的了解干细胞植入、分布、存活、迁移、分化及
功能等情况,干细胞示踪技术[17]在此尤为重要,常见有荧光
染料标记、核酸标记、报告基因转染标记等,均属于病理示
踪,难以在活体状态下分析,而光学成像、核素显像、磁共振
成像等技术可实现活体体外示踪。以下为其中三种较为常见
的示踪方法:1.细胞膜荧光染料标记,如红荧光染料
PKH26,能与细胞膜的脂质区稳定结合,且对所标记细胞的
生物活性和增殖能力没有影响,能高效追踪移植的细胞,但
荧光染料会随着干细胞增生分化而稀释淬灭,故仅适用于短
期细胞追踪研究;2.慢病毒绿荧光蛋白转染,通过慢病毒
载体介导的基因修饰使干细胞高效稳定表达绿荧光蛋白,
能较好的对移植干细胞进行示踪,但转染后对细胞的生物学
特征可能有所影响,具体应用时有待对比监测;3.超顺磁氧
化铁纳米颗粒标记移植细胞的磁共振成像技术[18],是较为新
肝细胞或非实质肝细胞等的作用下分化为肝样细胞,并参入
肝脏疾病中免疫调节、细胞增殖及损伤修复等,MSCs因其来
源较为丰富、取材方便、易于培养、低免疫源性并不伴伦理争
议,结合目前日益发展的细胞及分子示踪技术,有望成为肝
脏疾病中干细胞研究的理想种子细胞来源。
1.5PBSCs外周血干细胞是外周血中唯一CD34阳性的细
胞,在正常情况下数目非常少,经集落刺激因子动员后迅速
增多,收集后可用于疾病的治疗,其在血液系统疾病治疗中
的应用较为成熟,近年发现也可用于肝损伤的治疗[10],但目
前肝病中应用PBSCs治疗的研究主要集中在其对症状、预后
改善上,其中的具体机制及其治疗的稳定性等研究甚少,
PBSCs是否是理想的细胞来源有待进一步验证。
2干细胞培养移植方法
在干细胞治疗肝病相关研究中,不同培养状态的干细胞
可通过不同途径的移植到达实验动物模型或体内,从而
发挥相应的作用。目前体外干细胞主要在二维培养条件下进
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颖的技术,通过细胞标记与体外核磁共振成像联合,可更加
有效的实现对移植干细胞的无创性活体示踪。此外还可以根
据研究需要将多种示踪途径进行联合,实现了更加精确的病
理及活体示踪监测。
4干细胞与肝脏疾病治疗
4.1肝功能衰竭肝衰竭是由多种原因引发的肝功能严重
障碍或失代偿临床症候,病死率极高,目前内科及人工肝
治疗只能姑息对症,肝移植是最终唯一有效的办法,但肝移
植受肝源、费用限制,迫切需要寻找新的有效治疗方法。干细
胞因其自我更新和分化潜能为肝衰竭的治疗提供了新的方
向,近年来有较多相关研究报道。意大利研究者[19]首次报道
利用人源性肝干细胞治疗LPS/D-半糖诱导的暴发性肝衰
竭小鼠模型,人肝干细胞可缓解模型小鼠肝细胞凋亡、促进
肝细胞增殖,从而起保护作用。我们课题组通过腹腔移植成
体人肝源性干细胞能显著减轻刀豆蛋白A(concanavalinA,
ConA)诱导的小鼠急性肝损伤,并揭示了移植治疗的最佳时机
及作用时间[4]。日本一项研究[14]将体外培养的人源性iPS-HLCs
细胞片附着在四氯化碳诱导的急性肝衰竭小鼠肝脏表面,通
过该细胞片分泌肝细胞生长因子的机制发挥保护作用。国内
一项研究[20]利用人BM-MSCs肝内移植成功救治暴发性肝衰
竭大型动物(猪)模型,其间通过大规模抗体芯片、全基因测
序、蛋白质谱分析等新技术,阐述移植人BM-MSCs与宿主间
相互作用规律,结果发现植入干细胞可明显抑制暴发性肝衰
竭中致命性细胞因子风暴,通过旁分泌抑制机体炎症介质分
泌、调节免疫反应等,缓解肝脏损伤,最终促进肝脏再生修
复,并揭示DLL4(delta-likeligand4)分子在干细胞移植对
肝组织修复中发挥了重要作用。在慢加急性肝衰竭
(acute-on-chronicliverfailure,ACLF)中干细胞治疗研究相
对偏少,2012年一项研究[21]
功能水平,并证实具有安全性。国内一项回顾性研究[23]观察
人UC-MSCs治疗失代偿性乙型肝炎肝硬化的安全性与疗
效,入组乙型肝炎肝硬化失代偿期患者60例,对照组120
人,发现经UC-MSCs治疗后可改善治疗组患者胆碱酯酶及
白细胞水平,降低Child-Pugh评分,且具有安全性,分析可能
机制为UC-MSCs移植后能够归巢并定植到病损的肝组织,
刺激肝细胞增殖,修复受损的肝组织,抑制肝纤维化,但其
中具体分子机制尚不明确。有关干细胞治疗肝硬化患者的效
果、远期安全性有待进一步探讨及验证。
4.3肝癌干细胞在肝癌治疗中的研究目前较少,日本一项
研究[24]指出,干扰素β(interferon-β,IFN-β)具有抗癌作
用,但因体外易快速失活,组织穿透性差,导致该药物不能得
到广泛使用,可用人源性诱导多能干细胞来源的骨髓细胞
(iPScell-derivedmyeloidlineagecells,iPS-ML)来表达
IFN-β,经腹腔注射iPS-ML给肝癌小鼠模型后,可缓解小鼠
肿瘤的进展,延长存活时间。提示iPS-ML可作为药物运输系
统,可能会对肝癌病人有治疗价值。这项研究为肝癌的治疗
提供了新的思路,对肝癌治疗研究有很好的启发性。
4.4非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholicfattyliverdisease,
NAFLD)目前该病在全世界发病率逐年增加,是一种被严
重低估的慢性肝损伤疾病,疾病最初可仅表现为脂滴累积,
但随着疾病进展,会逐渐发展为非酒精性脂肪肝炎,甚至发
展至肝硬化、肝癌。干预治疗除饮食控制、运动,降血脂等之
外,目前尚无效果明确的针对物,近期有两项体内实验
研究[9,25]显示干细胞移植有助于改善非酒精性脂肪肝,将大
鼠脂肪组织分离的AD-MSCs通过门静脉移植给高脂肪饮食
诱导的NAFLD大鼠,与对照组相比,模型大鼠肝脏组织病理
提示肝损伤缓解、脂质累积减少,血清促炎因子,肿瘤坏死因子
-α和白细胞介素-6水平下调,即通过改善肝功能、促进脂质
代谢、减轻氧化应激来帮助NAFLD的逆转,从而发挥肝保护
作用。据此干细胞移植可能是NAFLD新的潜在治疗策略。
4.5自身免疫性肝病该病在我国患病率逐年增加,临床中
治疗手段有限,且一定数量的患者对内科针对性的治疗反应
欠佳,寻找新的治疗方法一直是自身免疫性肝病研究的方向
之一。有研究发现[26]对熊去氧胆酸治疗应答不佳的原发性胆
汁性肝硬化(primarybiliarycirrhosis,PBC)患者予UC-MSCs
移植治疗,可缓解患者的乏力及瘙痒症。10例对熊去氧胆酸
治疗应答不佳的PBC患者接受异基因骨髓MSCs治疗后,外
周淋巴细胞中CD8+T细胞数量减少,同时CD4+CD25+Foxp3+T
细胞增多,肝功能指标改善,且治疗过程安全[27]。另有研究发
现[28]间充质干细胞可通过激活程序性死亡-1(programmed
death1,PD-1)通路,发挥免疫抑制作用,改善自身免疫性肝
炎小鼠的肝损伤。这些研究均提示干细胞移植可改善免疫反
应从而改善自身免疫性肝病肝损伤。
5总结
干细胞移植作为肝脏疾病新的治疗手段受到广泛的关
注,目前已初步验证其具有一定的有效性及安全性,但有关
远期疗效及安全性、相关干细胞发育分化调控机制、在肝脏
评估了乙型肝炎病毒相关的
ACLF患者的UC-MSCs治疗的安全性和初始疗效,共纳入
43名ACLF患者,24例患者接受UC-MSCs治疗,19例患者
接受盐水对照治疗,以4周间隔给予UC-MSCs治疗3次,在
48周或72周评估发现UC-MSCs可改善ACLF患者病情,显
著增加生存率,并验证其治疗具有一定的安全性。有研究[15]
通过体外共培养人源性iPSC、间质祖细胞及内皮祖细胞,诱
导分化成肝芽样结构(微型肝),再通过异位移植途径植入于
免疫缺陷小鼠腹腔内,血管生成后可刺激肝细胞成熟,能显
著改善化学药物诱导的肝衰竭小鼠的预后,考虑该肝芽可作
为肝外来源的肝脏支持系统提供潜在的治疗作用。总结上述
研究,干细胞移植治疗肝衰竭主要机制在于免疫调节或产生
相关细胞因子及生长因子抑制炎症、促进残存肝细胞增殖、
组织修复等,有效性及安全性初步明确,但目前尚缺乏大规
模、长期随访的临床试验研究。
4.2肝硬化我国肝硬化发病率逐年增高,失代偿期患者内
科治疗效果欠佳,病情易反复并逐渐加重,生活质量极差,近
年干细胞移植治疗肝硬化也初见成效。一项多中心、随机研
究中[22]通过自体BM-MSCs动脉输入移植治疗72例酒精性
肝硬化患者,观察可在组织学水平改善肝脏纤维化,改善肝
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·148·实用肝脏病杂志圆园18年1月第21卷第1期JPracHepatol,.21No.1
疾病治疗的临床转化及作用的具体机制尚不明确,仍有非常
多的难题亟待解决,但相信随着干细胞相关领域如干细胞分
离、基因重组、培养、移植、示踪、构建生物人工肝、组织工程
化肝脏等研究的不断突破,干细胞移植这一技术终会真正应
用于临床肝脏疾病的治疗。正如iPSC创始人、诺贝尔奖获得
者山中伸弥今年在《纽约时报》专访中所说“干细胞距离临床
应用依然需要时间和金钱”。
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(收稿:2017-04-12)
(本文编辑:朱传龙)
logy,2011,53(1):
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【导读】新冠肺炎疫情对于人们来说,是一场持久的战役。据最新消息显示,内蒙古满洲里新增9例本土病例,下面一起来了解下具体的详情。26日,