炎症肠病细胞治疗技术进展

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        炎症肠病细胞治疗技术进展
- q- v% _  f& D9 O+ f" y' W来源:科学网 / 作者:孙学军 / 2017-05-07
# t, y9 Z& u# k0 c, f7 N  Q理论上干细胞技术是彻底治疗许多疾病的终极手段，因为干细胞能分化成所有的组织细胞，能作为更新替换损伤和丢失的细胞，但是目前干细胞技术距离最终临床应用仍然有一定距离。关键是干细胞使用方法，干细胞的安全性等问题没有有效解决。最近《自然》对炎症性肠病细胞治疗进行了介绍。1 r1 L4 r, L; e: O8 q- c  {
炎症性肠病包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，虽然有多种治疗方法，如经典的抗炎药物、糖皮质激素和最新的生物药物，但是人们对引起该疾病复杂的基因、表观遗传和环境因素等多层次因素并没有全面理解，也无法建立理想的动物模型。这种疾病目前无法被治愈，其中对有些患者所有治疗方法都没有作用。: H$ @; b; _$ b* Z( R! H& T/ F& \
皇家伦敦医院青少年和成人炎症性肠病主管詹姆斯·林赛说，有许多患者遭受这一疾病的折磨，但无法获得最新治疗技术。一些顽固性结肠炎患者有的失业在家，有的住院，接受静脉营养和激素维持治疗，难以具有基本的生活质量。, q3 t. u) G+ m3 a0 [  S
目前该疾病治疗的研究已经进入到细胞治疗领域。细胞治疗有三种应用，最主要的是采用造血干细胞移植，成体干细胞具有分化成多种细胞类型的潜力。从研究方法上，科学家利用体外三维细胞培养技术，用人类肠道干细胞人工培养成肠道组织。也有使用免疫细胞调节免疫功能的治疗策略。经过多年的探索，有一些细胞治疗技术已经进入临床试验阶段，虽然距离临床应用仍然需要很长时间，但这已经给哪些无药可用的炎症性肠病患者提供了希望。
0 J2 z3 w& l5 H一、造血干细胞: W! V7 s- p  F/ a4 s6 A1 u
存在骨髓中的造血干细胞能分化成各种血液细胞，包括具有免疫功能的白细胞。多年前，临床上就使用造血干细胞移植治疗白血病，基本原理就是用正常人的造血干细胞替换患者癌变的造血干细胞，基本技术就是用放射线或药物将患者自身异常的造血干细胞全部杀死，然后给患者移植捐助者正常的造血干细胞。
5 \" Z. a5 n" z; i" K/ h! [造血干细胞移植也能重建免疫系统，对多发性硬化等自身免疫性疾病具有治疗效果。1990 年代，胃肠学家开始注意到一些克罗恩病患者接受了干细胞移植治疗后结肠炎症症状明显缓解。尽管这些现象引起使用细胞移植治疗的兴趣，但是人们对这种治疗的存在致命危险依然担忧。林赛说，权衡这种致命疗法和获得未知效应之间显然会让人担心。) ~& H5 N' ]! y) [: I5 ~
自身干细胞移植试验让这种担心有了更具体的证据。自身干细胞移植治疗克罗恩病临床试验 (ASTIC) 已经进入三期，这种治疗方法和血液病造血干细胞移植类似，唯一不同的是捐献干细胞不是其它人，而是患者自己。对患者自身的干细胞进行体外培养后重新移植给患者。ASTIC 有 11 个欧洲中心参加，共招募了 45 名顽固性克罗恩病患者参加试验。试验第一年 23 名志愿者接受了移植，然后接受标准治疗，另外 22 名只接受标准治疗(C. J. Hawkeyet al. J. Am. Med. Assoc. 314, 2524–2534; 2015)。
1 W+ {% c% o0 p  ^$ OASTIC 首席科学家诺丁汉大学胃肠病学家克里斯托弗·霍基说，我们的试验希望回答两个问题，一是多长时间干细胞移植能治好克罗恩病，二是不进行干细胞移植有多少人有治疗效果。试验主要终点比较困难，治疗结束后 1 年内持续临床缓解，治疗效果需要用肠镜排除活动性病变，患者停止标准治疗方法。霍基说，设置这样高标准的研究目标显得不那么明智。按照这个高标准，治疗组只有 2 例达到有效，对照组只有 1 例，而且治疗带来一系列严重副作用，包括 1 名患者死亡。; K% R- e. z9 \; j
考虑到达到终点的受试者数量少，ASTIC 试验结果是失败的，导致一些已经注册的试验被叫停。但是霍基指出，一些受试者确实获得治疗效果。大约 50%的患者移植后 1 年内没有活动性克罗恩病症状，而对照组只有 25%。对受试者进行 4 年的初步随访结果进一步确认了细胞移植的治疗效果。参与了这一试验的林赛说，治疗改变了患者生活。例如一个过去需要依靠静脉注射营养才能维持生命的患者，经过自身干细胞移植治疗后，现在已经摆脱静脉营养，并重新找到工作，虽然没有完全康复，但是生活质量已经发生了天翻地覆的改善。3 w* ?. I( k9 _
但是治疗失败的研究结论让哪些顽固性克罗恩病患者使用这种治疗方法的患者失去机会。加州大学洛杉矶分校胃肠病学家和炎性肠道疾病中心主任 Daniel Hommes 说。“细胞移植绝对可以说是这些患者的救命稻草。研究中奇怪的终点标准非常奇怪，并不能正确反映治疗的作用。”) a1 B0 A4 `$ w7 L
霍基和林赛等已经提出一个新的细胞移植试验，新试验将采用毒性相对小的移植方案。林赛说，我们不在追求杀死患者所有的癌细胞。如果开始就选择相对不苛刻的 FDA 对新生物技术要求的终点标准，原来的试验也是非常强的阳性结果。
& Z! T4 C, {' _2 H0 E4 j7 ~& c0 i二、间充质干细胞
% a* `7 \* z/ p间充质干细胞是多能成体干细胞，能分化为骨, 软骨, 肌肉和脂肪细胞。间充质干细胞存在于骨髓，也广泛分布在于脐带血、牙髓和脂肪组织内。
3 Z) ^# U9 z1 t7 c/ DHommes 说，由于间充质干细胞有明显的损伤修复能力，免疫原性小，应用潜力广泛，而受到广泛重视。间充质干细胞用于肠病治疗的最大规模成功的临床试验是局部注射治疗肛门瘘管。间充质干细胞不仅可以修复损伤组织，而且能下调炎症，使伤口再生。有很多证据证明这是一种有效的疗法。脂肪间充质干细胞 III 期随机临床试验治疗克罗恩病肛门瘘管，可以使 16% 的患者瘘管关闭(J.Panés et al. Lancet388, 1281–1290; 2016).。在这些研究基础上，比利时生物技术公司 TiGenix 已经向欧洲药品局申请批准将间充质干细胞用于克罗恩病治疗的临床试验，希望在 2017 年下半年得到批准。4 S& j- S. B7 ?/ A! A
比利时鲁汶大学医院胃肠病学和肝脏病学家 Gert Van Assche 说，虽然治疗有效，但有效能达到什么程度仍然不知道。研究在很大程度上仍然是一个黑箱，患者体内发生具体什么变化很难观察。我们不可能像实验动物那样随意从患者体内采集组织进行检测。不得不使用动物实验进行验证。6 a8 s: ~) Q2 K+ n3 E
也有采用静脉注射间充质干细胞治疗的尝试，但是大多数都失败了。Van Assche 认为这比较容易理解，因为这些干细胞在达到损伤部位前就死去了。; R3 q  s# m5 M  z7 B# C+ R3 a
三、免疫调节细胞
) z6 c/ d7 S* F4 q# g1 B! k1 v人类免疫系统拥有多种类型的 T 淋巴细胞，这些细胞具有各种功能。调节 T 细胞能阻断其它炎症 T 细胞引起的炎症反应，在炎症性肠病中发挥保护作用。
# }7 s  i: \7 z; C* h: N5 q克罗恩病和 Treg 临床研究 (CATS1) 是法国生物技术公司 TxCell 赞助的研究项目。研究目的是验证激活 Treg 对控制顽固性克罗恩病的效果(P. Desreumaux et al. Gastroenterology143, 1207–1217; 2012)。从 20 名受试者体内分离 Treg，用卵清蛋白激活，体外增殖后给患者回输。当这些患者吃含有卵清蛋白的酥皮蛋糕，这些 Treg 可以被激活，研究人员希望利用这种策略实现控制克罗恩病的炎症。2 y' h% y4 b5 L) m0 g$ O$ x
接受百万个细胞的 8 名患者有 6 人在治疗后 8 周症状明显改善，其中 2 名接近缓解。受到初步研究结果鼓励，公司进一步增加研究规模，招募了 56 名受试者。预计 2018 年获得第一批研究结果。Van Assche 认为，从基础研究角度，免疫调节细胞有非常好的前景，但是我们需要大规模临床研究数据来确认研究结论。
( U7 m& n5 o% R" Q6 NTxCell 目前正在寻找修饰 Treg 的技术，目前是使用能产生表面蛋白的嵌合抗原受体工程 T 细胞，这种方法本来是用于癌症免疫治疗。最新基因编辑技术的发展也给这种方法提供了方便。Hommes 说，Treg 工程细胞能靶向并阻断启动炎症性肠病的特定免疫信号。但是这个技术首先需要确定参与疾病过程的特定信号。例如许多治疗炎症肠病的生物药物是阻断 TNF-α，TNF-α本身并不是引起炎症肠病特定分子。/ a# Y/ Q# v% r
四、类器官研究" b6 d3 E0 D9 d8 a! e6 [
科学家最近通过研究肠道干细胞寻找炎症性肠病的治疗方法，肠道干细胞是维持肠道健康的关键因素。2009 年，荷兰 Hubrecht 研究所分子遗传学家 Hans Clevers 使用三维培养技术把肠道干细胞培养成三维组织模型。这种研究仍然处于早期阶段，但是这种类器官能变成诱导干细胞病能完全分化成成熟细胞。# G5 D9 }2 f1 U6 }% X) s: `) m4 A* R
西奈医疗中心炎症性肠病中心主任 Targan 说，他们已经用来自炎症性肠病患者的干细胞培养出肠道类器官。当这些患者干细胞被放置于三维培养基质后，这些细胞能分化成肠道结构。研究人员用细菌或真菌感染这些类器官，然后研究这些肠道细菌如何和免疫细胞相互作用。科学家利用这种技术很快能获得新禁止，最终目标是使用类器官作为疾病治疗的移植材料。
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; k' T8 ^  \, R7 F# N约翰霍普金斯大学小儿外科医师 David Hackam 是用干细胞借助生物可降解支架制造人工小肠研究项目主任，他希望这一技术将最终用于坏死性小肠结肠炎的治疗。坏死性小肠结肠炎是一种罕见的早产儿疾病，死亡率非常高。这个技术的第一步是培养出手指样肠绒毛，肠黏膜是吸收葡萄糖、脂肪酸和氨基酸分子的肠结构。Hackam 和康奈尔大学生物工程师 John March 合作，用胶原蛋白制作一个肠绒毛支架。然后是把小肠干细胞充填到这个绒毛。用人类小肠干细胞制作的小肠绒毛已经成功，并被成功移植到小鼠体内(S. A. Shaffiey et al. Regen. Med. 11,45–61; 2016)。研究小组下一步是进一步优化，并观察是否具有吸收营养的基本功能。小肠蠕动和神经支配功能也需要建立。
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