引用本文: 曹颖璇, 燕建新, 刘宏伟. MSCs 治疗慢性创面的临床研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2021, 35(4): 496-501. doi: 10.7507/1002-1892.202011009 复制
创面愈合是一个复杂过程,通常包括炎症渗出、细胞增殖和组织重塑 3 个阶段[1-2]。如愈合过程中出现反复创伤、持续压力、感染、缺血或局部/全身疾病等影响因素时,创面将难以愈合。持续数月甚至数年不愈合的创面被定义为慢性创面[3],主要包括糖尿病溃疡、血管性溃疡、压力性损伤和感染性创面等。目前,临床治疗慢性创面效果仍不理想,超过 50% 的慢性创面治疗无效[4-5],严重影响患者生活质量,给患者和医疗系统带来巨大负担。MSCs 是成体来源的多潜能基质细胞,具有自我更新、多向分化潜能、低免疫原性和免疫调节能力等优点,已广泛应用于再生医学领域,尤其在皮肤软组织缺损和慢性创面修复中,具有广阔应用前景。目前,在慢性创面修复中应用最多的 MSCs 为骨髓来源 MSCs(bone marrow-derived MSCs,BMSCs)、脂肪来源 MSCs(adipose-derived MSCs,ADSCs)、脐带来源 MSCs(umbilical cord-derived MSCs,UCMSCs)。本文在广泛回顾相关文献基础上,对 MSCs 治疗慢性创面的可能机制及临床应用研究进展进行总结,探讨其用于临床治疗慢性创面面临的问题。
1 MSCs 治疗慢性创面的可能机制
慢性创面以持续炎症状态、血管生成受损以及创面细胞老化为主要特征[6],MSCs 可通过调节炎症反应、促进血管生成和细胞增殖三方面来改善慢性创面的愈合[7]。
① 调节炎症反应:慢性炎症是导致慢性创面无法愈合的关键因素,而 MSCs 具有免疫调节能力,可以减少创面促炎因子(如 TNF-α 和 IFN-γ)的分泌,同时增加抗炎因子(如 IL-10 和 IL-4)的产生[8]。此外,慢性创面感染风险高,MSCs 可以通过调节树突状细胞、T 细胞和 B 细胞等免疫细胞的招募、增殖和功能特性[9-10],增强创面免疫细胞的杀菌能力,还可以分泌抗菌肽(如 LL37),直接杀灭细菌[11-13],预防创面感染、促进慢性创面愈合。
② 促进血管生成:由于创面蛋白酶增多,创面新生血管以及肉芽组织生成不足。MSCs 不仅能直接分化为内皮细胞[14-15],还可以通过分泌 VEGF、基质细胞衍生因子 1 和血管生成素 1 等生物因子来刺激内皮细胞的存活、募集和增殖,从而促进新生血管形成[16-17]。此外,MSCs 还可通过分泌基质金属蛋白酶抑制因子来保护血管基膜,使其免受基质金属蛋白酶的降解[18],并促进真皮成纤维细胞合成纤维连接蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白[19],从而促进肉芽组织形成。
③ 促进细胞增殖:MSCs 能分泌大量细胞因子,如 VEGF、EGF 和 bFGF 等,从而调节内皮细胞、角质形成细胞和成纤维细胞的存活、增殖、迁移和基因表达[20-21],以促进创面细胞增殖、迁移和再上皮化。
综上,MSCs 可以通过直接或间接方式参与到创面愈合的各个环节,促进创面愈合[2]。
2 MSCs 治疗慢性创面的临床研究现状
随着人们对 MSCs 在创面愈合中作用的认识不断加深,越来越多的基础实验和临床试验得以开展。虽然这些研究在 MSCs 来源、种类和给药途径方面存在很大差异,但是均得到相同结论,即 MSCs 在治疗慢性创面愈合方面有着很大潜能。
2.1 BMSCs
2003 年,Badiavas 等[22]首次应用 BMSCs 治疗临床慢性皮肤溃疡。他们采用自体 BMSCs 治疗 3 例慢性创面患者,创面存在均超过 1 年,结果证实直接应用 BMSCs 可促进慢性创面的真皮重建和愈合,在活检标本中观察到 MSCs 植入创面以及瘢痕形成减少。除了将 BMSCs 直接注射至慢性创面周围外,也有研究采用其他方法将 BMSCs 植于创面。Ichioka 等[23]将自体 BMSCs 浸入胶原基质胶,用于治疗经常规治疗 1 年无效的慢性小腿溃疡,创面顺利愈合,而且在治疗早期促进创面愈合的功能性毛细血管密度明显增高。Falanga 等[24]利用纤维蛋白聚合物喷雾系统和双筒注射器将培养的自体 BMSCs 注射至慢性难愈性创面中,结果显示 BMSCs 可有效促进创面愈合,而且细胞数量与慢性创面减小程度有强相关性。2017 年,Gupta 等[25]开展了一项有关 BMSCs 治疗下肢缺血性溃疡的有效性和安全性研究,发现接受较高剂量 BMSCs 治疗的患者创面愈合明显加快,静息痛程度、总步行距离和踝臂压力指数明显改善。随后,Wijnand 等[26]也进行了一项双盲、安慰剂对照的随机临床试验,旨在研究同种异体 BMSCs 治疗下肢缺血性溃疡的疗效,共 66 例患者随机接受肌肉注射 BMSCs 或安慰剂,并在 6 个月后进行疗效评估。结果表明肌肉注射同种异体 BMSCs 安全,同时能有效促进下肢缺血性溃疡愈合。上述 BMSCs 应用于慢性创面的临床试验均表明,其能有效促进创面愈合。
2.2 ADSCs
Rigotti 等[27]首次将 ADSCs 应用于慢性创面的治疗,研究对象为 20 例连续接受放射治疗后产生严重不可逆功能损害(萎缩、纤维化、溃疡、收缩)的患者,经纯化自体脂肪抽吸物治疗后,患者临床症状均获得改善,提示 ADSCs 有助于组织血管化和器官功能恢复。2012 年,Lee 等[28]研究了 ADSCs 移植的安全性和有效性,在接受治疗的 15 例糖尿病合并严重肢体缺血患者中,10 例患者有明显的临床改善。Zollino 等[29]开展了一项随机对照试验,选取 16 例静脉性小腿溃疡患者随机分为试验组和对照组。其中,试验组创面采用清创、离心脂肪组织、敷料和加压治疗;对照组不进行任何处理。结果显示试验组创面愈合明显快于对照组,且创面疼痛明显减轻,证实了 ADSCs 能有效促进创面愈合。最近,Moon 等[30]进行了一项随机、对照、多中心研究,以评估基于水凝胶的同种异体 ADSCs 治疗糖尿病足溃疡的潜力,其中 ADSCs 组 30 例、对照组 29 例。结果表明 ADSCs 组创面完全闭合率较高,Kaplan-Meier 分析示中位完全闭合时间短于对照组,提示 ADSCs 对糖尿病足溃疡具有很大的治疗潜力。ADSCs 来源于脂肪,患者抽脂所受痛苦小于骨髓穿刺,而且 ADSCs 可以大规模复制,能满足治疗较大创面的需要,相比 BMSCs 用于临床治疗有一定优势。因此需要更多临床研究进一步探讨 ADSCs 治疗慢性创面的有效性。
2.3 UCMSCs
2014 年,有研究提出人羊膜和脐带组织含有蛋白质、细胞因子和生长因子,移植后可以调节炎症反应和促进创面愈合,并且利用冻干人羊膜和脐带组织覆盖慢性皮肤溃疡,可以促进肉芽组织的形成和快速再生[31]。2016 年,有学者发布了一项包括 57 例患者共 64 处创面的 UCMSCs 移植研究,结果显示 51 处创面完全愈合,整体创面愈合率为 79.7%,表明 UCMSCs 治疗慢性创面有效,可提高患者生活质量 [32]。2018 年,有研究对 5 例糖尿病患者慢性皮肤溃疡创面覆盖接种了 UCMSCs 的脱细胞羊膜,结果显示 UCMSCs 治疗能使创面愈合时间明显缩短,创面面积明显缩小[33]。之后,Suzdaltseva 等[34]开展了一项随机对照研究,共纳入 108 例不同原因导致的慢性创面患者,结果发现与安慰剂组相比,单次皮下注射 UCMSCs 的治疗组创面周围肉芽组织生长明显、血循环改善、创面明显缩小,无明显不良反应。以上研究表明,局部应用 UCMSCs 可以有效促进慢性创面愈合。
2.4 不同来源 MSCs 治疗慢性创面的研究比较
目前,MSCs 治疗慢性创面的研究中主要采用自体 MSCs,同种异体 MSCs 较少,分析与 MSCs 免疫原性尚未明确,同种异体移植存在一定免疫排斥风险有关。BMSCs 应用最广泛,其次是 ADSCs,UCMSCs 最少,分析与 BMSCs 发现最早、研究更深入有关。此外,与骨髓相比,脂肪和脐带属于(半)固体组织,在分离、纯化、储存以及应用 MSCs 前均需进行酶消化处理。但根据美国食品药品监督管理局(FDA)的监管指南规定,在储存或应用干细胞之前使用酶消化来获取 MSCs 属于“超过最低限度的操作”类别,即使在自体应用中也是如此,需要 FDA 的监督以及在临床应用之前获得 IND(临床研究型新药)批准[35]。较为繁琐的处理流程可能是 ADSCs 和 UCMSCs 用于临床治疗慢性创面少于 BMSCs 的原因。
而 UCMSCs 应用少于 ADSCs 可能是因为 ADSCs 可以从受试者(自体)中获得,能避免免疫排斥反应的潜在风险;并且脂肪组织是体内最丰富的 MSCs 来源[36-38],使用前无需进行细胞扩增培养[39],而扩增培养可能会导致细胞衰老,影响细胞移植治疗效果。有研究认为直接使用吸脂剂更安全[40],因为它避免了改变细胞生物学功能的体外加工和生产法规的限制。
但是,近年来 ADSCs 和 UCMSCs 临床应用逐渐增加,而 BMSCs 逐渐减少,考虑是因为 BMSCs 的获取为侵入性操作,需要全身麻醉,并且获取数量较少,BMSCs 仅占骨髓单个核细胞总数的 0.001%~0.01% [41-42]。有研究提出 BMSCs 的数量、增殖和分化能力与年龄成负相关[43],老年患者骨髓中分离获得的 BMSCs 可能不能满足临床有效治疗所需数量。在这种情况下则需要同种异体移植,寻找匹配供者或应用其他组织来源的 MSCs。而脂肪组织获取操作的侵入性相对较低,并且组织来源丰富,细胞含量较高,不仅减少了患者不适,也无需体外扩增步骤,并发症风险也更低。脐带、胎盘、羊膜都是产妇自体产物且分娩后会遗弃,故获取较容易。因此 ADSCs 和 UCMSCs 的应用逐步获得人们青睐。
研究发现,不同组织来源的 MSCs 对细胞治疗有很大影响,因此探索不同来源 MSCs 差异有利于优化细胞治疗[44]。一些研究已经确定了 BMSCs 和 ADSCs 在转录和蛋白质组学上的差异。Noël 等[45]研究表明,在标准培养条件下,BMSCs 和 ADSCs 中有 18% 蛋白质和 13.2% 基因表达存在差异。与 BMSCs 相比,ADSCs 能更明显上调树突状细胞分泌 IL-10,提示 ADSCs 可能更有效地调节慢性创面炎症反应,更有利于感染性创面的愈合。Hoang 等[46]研究发现相比 BMSCs 和 ADSCs,UCMSCs 促角质形成细胞增殖和迁移能力更强,提示其促进创面上皮化能力可能更高。还有研究表明[47],对比 BMSCs 和 UCMSCs,ADSCs 具有更好的促内皮祖细胞血管形成能力,分析 ADSCs 可能更有利于促进慢性创面的新生血管形成,更有效地促进缺血型创面愈合。
3 MSCs 治疗慢性创面临床试验存在问题
由于 MSCs 在临床前研究中展现出强大的促进创面愈合作用,所以临床试验也逐步开展。截至 2020 年 9 月 30 日,在美国国立卫生研究院(NIH)ClinicaTrials 网站(https://www.clinicaltrials.gov/)注册登记的 BMSCs、ADSCs、UCMSCs 治疗慢性创面(糖尿病足溃疡、压疮、下肢缺血性溃疡、慢性皮肤创面)的临床试验达 79 项。其中,应用 BMSCs 治疗的临床试验最多(40 项),其次是 ADSCs(32 项)、UCMSCs(7 项);用于治疗下肢缺血性溃疡临床试验最多(40 项),其次是糖尿病足溃疡(26 项)、慢性皮肤溃疡(10 项)、老年性压疮(3 项)。
尽管 MSCs 治疗慢性创面在动物研究和临床试验中均取得了较好结果,但仍无充分证据支持将其作为治疗慢性创面的标准方法[48],主要存在四方面问题。第一,临床试验中招募的患者数量有限,迫切需要更多双盲、随机对照以及更长随访时间的大规模临床试验。第二,大多数临床试验缺乏适当对照,需要以标准创面治疗作为对照来确定 MSCs 治疗的安全性和有效性。值得注意的是,传统的细胞治疗,特别是由成纤维细胞和角质形成细胞组成的生物工程皮肤替代品,已经获得美国 FDA 批准,并已商业化用于治疗慢性创面[49]。虽然动物实验已证明成纤维细胞治疗慢性创面不如 MSCs 有效[50-51],但尚无临床试验进一步验证该结论。因此,将传统创面治疗方法和常规细胞治疗作为对照,有助于明确 MSCs 的治疗效果。第三,临床试验中存在细胞来源、给药剂量、创面类型等差异,使得不同研究之间缺乏可比性。因此,后续亟待建立一致的患者选择标准,为进一步比较不同治疗方法疗效奠定基础。第四,MSCs 在临床试验应用中存在多种安全问题,其中最重要的是恶性转化和致癌风险[52]。Yu 等[53]研究发现在裸鼠皮下注射带有肿瘤细胞的 ADSCs 会刺激肿瘤生长;Rubio 等[54]的研究发现干细胞自发转化为恶性表型,后续由于怀疑受到污染和无法复制转化事件,作者撤回了相关文章[55]。另一方面,与使用其他生物材料一样,MSCs 治疗存在传播或导致特定疾病的风险,例如机会性和播散性感染[56]。
4 展望
慢性创面,尤其是糖尿病和血管相关的慢性创面,会严重影响患者生活质量甚至生命,因而找到一种治疗慢性创面的最佳方法刻不容缓。目前 MSCs 治疗已经在皮肤修复和再生医学领域引起了极大关注,而且在治疗慢性创面的临床前和临床试验中取得了积极结果。但目前仍然缺乏不同组织来源 MSCs 移植治疗慢性创面的比较研究,因此何种来源 MSCs 对慢性创面的疗效最佳仍未明确。除此以外,将 MSCs 用于临床治疗慢性创面还存在以下问题需要解决[57]:① 更多、更合理获取 MSCs 的方法;② 提高 MSCs 纯度的方法;③ 统一 MSCs 的质量检测方法;④ 如何给药能使 MSCs 达最佳治疗效果;⑤ 移植后 MSCs 的成活率、有效性和远期疗效的鉴定方法;⑥ 移植后 MSCs 分化、增殖失控和肿瘤发生的可能性;⑦ MSCs 治疗慢性创面的详细机制。解决这些问题将对 MSCs 最终用于临床治疗慢性创面具有重要意义。
作者贡献:曹颖璇、燕建新负责查阅文献及撰写论文;刘宏伟负责审校并修改论文。
利益冲突:所有作者声明,在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。经费支持没有影响文章观点。
创面愈合是一个复杂过程,通常包括炎症渗出、细胞增殖和组织重塑 3 个阶段[1-2]。如愈合过程中出现反复创伤、持续压力、感染、缺血或局部/全身疾病等影响因素时,创面将难以愈合。持续数月甚至数年不愈合的创面被定义为慢性创面[3],主要包括糖尿病溃疡、血管性溃疡、压力性损伤和感染性创面等。目前,临床治疗慢性创面效果仍不理想,超过 50% 的慢性创面治疗无效[4-5],严重影响患者生活质量,给患者和医疗系统带来巨大负担。MSCs 是成体来源的多潜能基质细胞,具有自我更新、多向分化潜能、低免疫原性和免疫调节能力等优点,已广泛应用于再生医学领域,尤其在皮肤软组织缺损和慢性创面修复中,具有广阔应用前景。目前,在慢性创面修复中应用最多的 MSCs 为骨髓来源 MSCs(bone marrow-derived MSCs,BMSCs)、脂肪来源 MSCs(adipose-derived MSCs,ADSCs)、脐带来源 MSCs(umbilical cord-derived MSCs,UCMSCs)。本文在广泛回顾相关文献基础上,对 MSCs 治疗慢性创面的可能机制及临床应用研究进展进行总结,探讨其用于临床治疗慢性创面面临的问题。
1 MSCs 治疗慢性创面的可能机制
慢性创面以持续炎症状态、血管生成受损以及创面细胞老化为主要特征[6],MSCs 可通过调节炎症反应、促进血管生成和细胞增殖三方面来改善慢性创面的愈合[7]。
① 调节炎症反应:慢性炎症是导致慢性创面无法愈合的关键因素,而 MSCs 具有免疫调节能力,可以减少创面促炎因子(如 TNF-α 和 IFN-γ)的分泌,同时增加抗炎因子(如 IL-10 和 IL-4)的产生[8]。此外,慢性创面感染风险高,MSCs 可以通过调节树突状细胞、T 细胞和 B 细胞等免疫细胞的招募、增殖和功能特性[9-10],增强创面免疫细胞的杀菌能力,还可以分泌抗菌肽(如 LL37),直接杀灭细菌[11-13],预防创面感染、促进慢性创面愈合。
② 促进血管生成:由于创面蛋白酶增多,创面新生血管以及肉芽组织生成不足。MSCs 不仅能直接分化为内皮细胞[14-15],还可以通过分泌 VEGF、基质细胞衍生因子 1 和血管生成素 1 等生物因子来刺激内皮细胞的存活、募集和增殖,从而促进新生血管形成[16-17]。此外,MSCs 还可通过分泌基质金属蛋白酶抑制因子来保护血管基膜,使其免受基质金属蛋白酶的降解[18],并促进真皮成纤维细胞合成纤维连接蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白[19],从而促进肉芽组织形成。
③ 促进细胞增殖:MSCs 能分泌大量细胞因子,如 VEGF、EGF 和 bFGF 等,从而调节内皮细胞、角质形成细胞和成纤维细胞的存活、增殖、迁移和基因表达[20-21],以促进创面细胞增殖、迁移和再上皮化。
综上,MSCs 可以通过直接或间接方式参与到创面愈合的各个环节,促进创面愈合[2]。
2 MSCs 治疗慢性创面的临床研究现状
随着人们对 MSCs 在创面愈合中作用的认识不断加深,越来越多的基础实验和临床试验得以开展。虽然这些研究在 MSCs 来源、种类和给药途径方面存在很大差异,但是均得到相同结论,即 MSCs 在治疗慢性创面愈合方面有着很大潜能。
2.1 BMSCs
2003 年,Badiavas 等[22]首次应用 BMSCs 治疗临床慢性皮肤溃疡。他们采用自体 BMSCs 治疗 3 例慢性创面患者,创面存在均超过 1 年,结果证实直接应用 BMSCs 可促进慢性创面的真皮重建和愈合,在活检标本中观察到 MSCs 植入创面以及瘢痕形成减少。除了将 BMSCs 直接注射至慢性创面周围外,也有研究采用其他方法将 BMSCs 植于创面。Ichioka 等[23]将自体 BMSCs 浸入胶原基质胶,用于治疗经常规治疗 1 年无效的慢性小腿溃疡,创面顺利愈合,而且在治疗早期促进创面愈合的功能性毛细血管密度明显增高。Falanga 等[24]利用纤维蛋白聚合物喷雾系统和双筒注射器将培养的自体 BMSCs 注射至慢性难愈性创面中,结果显示 BMSCs 可有效促进创面愈合,而且细胞数量与慢性创面减小程度有强相关性。2017 年,Gupta 等[25]开展了一项有关 BMSCs 治疗下肢缺血性溃疡的有效性和安全性研究,发现接受较高剂量 BMSCs 治疗的患者创面愈合明显加快,静息痛程度、总步行距离和踝臂压力指数明显改善。随后,Wijnand 等[26]也进行了一项双盲、安慰剂对照的随机临床试验,旨在研究同种异体 BMSCs 治疗下肢缺血性溃疡的疗效,共 66 例患者随机接受肌肉注射 BMSCs 或安慰剂,并在 6 个月后进行疗效评估。结果表明肌肉注射同种异体 BMSCs 安全,同时能有效促进下肢缺血性溃疡愈合。上述 BMSCs 应用于慢性创面的临床试验均表明,其能有效促进创面愈合。
2.2 ADSCs
Rigotti 等[27]首次将 ADSCs 应用于慢性创面的治疗,研究对象为 20 例连续接受放射治疗后产生严重不可逆功能损害(萎缩、纤维化、溃疡、收缩)的患者,经纯化自体脂肪抽吸物治疗后,患者临床症状均获得改善,提示 ADSCs 有助于组织血管化和器官功能恢复。2012 年,Lee 等[28]研究了 ADSCs 移植的安全性和有效性,在接受治疗的 15 例糖尿病合并严重肢体缺血患者中,10 例患者有明显的临床改善。Zollino 等[29]开展了一项随机对照试验,选取 16 例静脉性小腿溃疡患者随机分为试验组和对照组。其中,试验组创面采用清创、离心脂肪组织、敷料和加压治疗;对照组不进行任何处理。结果显示试验组创面愈合明显快于对照组,且创面疼痛明显减轻,证实了 ADSCs 能有效促进创面愈合。最近,Moon 等[30]进行了一项随机、对照、多中心研究,以评估基于水凝胶的同种异体 ADSCs 治疗糖尿病足溃疡的潜力,其中 ADSCs 组 30 例、对照组 29 例。结果表明 ADSCs 组创面完全闭合率较高,Kaplan-Meier 分析示中位完全闭合时间短于对照组,提示 ADSCs 对糖尿病足溃疡具有很大的治疗潜力。ADSCs 来源于脂肪,患者抽脂所受痛苦小于骨髓穿刺,而且 ADSCs 可以大规模复制,能满足治疗较大创面的需要,相比 BMSCs 用于临床治疗有一定优势。因此需要更多临床研究进一步探讨 ADSCs 治疗慢性创面的有效性。
2.3 UCMSCs
2014 年,有研究提出人羊膜和脐带组织含有蛋白质、细胞因子和生长因子,移植后可以调节炎症反应和促进创面愈合,并且利用冻干人羊膜和脐带组织覆盖慢性皮肤溃疡,可以促进肉芽组织的形成和快速再生[31]。2016 年,有学者发布了一项包括 57 例患者共 64 处创面的 UCMSCs 移植研究,结果显示 51 处创面完全愈合,整体创面愈合率为 79.7%,表明 UCMSCs 治疗慢性创面有效,可提高患者生活质量 [32]。2018 年,有研究对 5 例糖尿病患者慢性皮肤溃疡创面覆盖接种了 UCMSCs 的脱细胞羊膜,结果显示 UCMSCs 治疗能使创面愈合时间明显缩短,创面面积明显缩小[33]。之后,Suzdaltseva 等[34]开展了一项随机对照研究,共纳入 108 例不同原因导致的慢性创面患者,结果发现与安慰剂组相比,单次皮下注射 UCMSCs 的治疗组创面周围肉芽组织生长明显、血循环改善、创面明显缩小,无明显不良反应。以上研究表明,局部应用 UCMSCs 可以有效促进慢性创面愈合。
2.4 不同来源 MSCs 治疗慢性创面的研究比较
目前,MSCs 治疗慢性创面的研究中主要采用自体 MSCs,同种异体 MSCs 较少,分析与 MSCs 免疫原性尚未明确,同种异体移植存在一定免疫排斥风险有关。BMSCs 应用最广泛,其次是 ADSCs,UCMSCs 最少,分析与 BMSCs 发现最早、研究更深入有关。此外,与骨髓相比,脂肪和脐带属于(半)固体组织,在分离、纯化、储存以及应用 MSCs 前均需进行酶消化处理。但根据美国食品药品监督管理局(FDA)的监管指南规定,在储存或应用干细胞之前使用酶消化来获取 MSCs 属于“超过最低限度的操作”类别,即使在自体应用中也是如此,需要 FDA 的监督以及在临床应用之前获得 IND(临床研究型新药)批准[35]。较为繁琐的处理流程可能是 ADSCs 和 UCMSCs 用于临床治疗慢性创面少于 BMSCs 的原因。
而 UCMSCs 应用少于 ADSCs 可能是因为 ADSCs 可以从受试者(自体)中获得,能避免免疫排斥反应的潜在风险;并且脂肪组织是体内最丰富的 MSCs 来源[36-38],使用前无需进行细胞扩增培养[39],而扩增培养可能会导致细胞衰老,影响细胞移植治疗效果。有研究认为直接使用吸脂剂更安全[40],因为它避免了改变细胞生物学功能的体外加工和生产法规的限制。
但是,近年来 ADSCs 和 UCMSCs 临床应用逐渐增加,而 BMSCs 逐渐减少,考虑是因为 BMSCs 的获取为侵入性操作,需要全身麻醉,并且获取数量较少,BMSCs 仅占骨髓单个核细胞总数的 0.001%~0.01% [41-42]。有研究提出 BMSCs 的数量、增殖和分化能力与年龄成负相关[43],老年患者骨髓中分离获得的 BMSCs 可能不能满足临床有效治疗所需数量。在这种情况下则需要同种异体移植,寻找匹配供者或应用其他组织来源的 MSCs。而脂肪组织获取操作的侵入性相对较低,并且组织来源丰富,细胞含量较高,不仅减少了患者不适,也无需体外扩增步骤,并发症风险也更低。脐带、胎盘、羊膜都是产妇自体产物且分娩后会遗弃,故获取较容易。因此 ADSCs 和 UCMSCs 的应用逐步获得人们青睐。
研究发现,不同组织来源的 MSCs 对细胞治疗有很大影响,因此探索不同来源 MSCs 差异有利于优化细胞治疗[44]。一些研究已经确定了 BMSCs 和 ADSCs 在转录和蛋白质组学上的差异。Noël 等[45]研究表明,在标准培养条件下,BMSCs 和 ADSCs 中有 18% 蛋白质和 13.2% 基因表达存在差异。与 BMSCs 相比,ADSCs 能更明显上调树突状细胞分泌 IL-10,提示 ADSCs 可能更有效地调节慢性创面炎症反应,更有利于感染性创面的愈合。Hoang 等[46]研究发现相比 BMSCs 和 ADSCs,UCMSCs 促角质形成细胞增殖和迁移能力更强,提示其促进创面上皮化能力可能更高。还有研究表明[47],对比 BMSCs 和 UCMSCs,ADSCs 具有更好的促内皮祖细胞血管形成能力,分析 ADSCs 可能更有利于促进慢性创面的新生血管形成,更有效地促进缺血型创面愈合。
3 MSCs 治疗慢性创面临床试验存在问题
由于 MSCs 在临床前研究中展现出强大的促进创面愈合作用,所以临床试验也逐步开展。截至 2020 年 9 月 30 日,在美国国立卫生研究院(NIH)ClinicaTrials 网站(https://www.clinicaltrials.gov/)注册登记的 BMSCs、ADSCs、UCMSCs 治疗慢性创面(糖尿病足溃疡、压疮、下肢缺血性溃疡、慢性皮肤创面)的临床试验达 79 项。其中,应用 BMSCs 治疗的临床试验最多(40 项),其次是 ADSCs(32 项)、UCMSCs(7 项);用于治疗下肢缺血性溃疡临床试验最多(40 项),其次是糖尿病足溃疡(26 项)、慢性皮肤溃疡(10 项)、老年性压疮(3 项)。
尽管 MSCs 治疗慢性创面在动物研究和临床试验中均取得了较好结果,但仍无充分证据支持将其作为治疗慢性创面的标准方法[48],主要存在四方面问题。第一,临床试验中招募的患者数量有限,迫切需要更多双盲、随机对照以及更长随访时间的大规模临床试验。第二,大多数临床试验缺乏适当对照,需要以标准创面治疗作为对照来确定 MSCs 治疗的安全性和有效性。值得注意的是,传统的细胞治疗,特别是由成纤维细胞和角质形成细胞组成的生物工程皮肤替代品,已经获得美国 FDA 批准,并已商业化用于治疗慢性创面[49]。虽然动物实验已证明成纤维细胞治疗慢性创面不如 MSCs 有效[50-51],但尚无临床试验进一步验证该结论。因此,将传统创面治疗方法和常规细胞治疗作为对照,有助于明确 MSCs 的治疗效果。第三,临床试验中存在细胞来源、给药剂量、创面类型等差异,使得不同研究之间缺乏可比性。因此,后续亟待建立一致的患者选择标准,为进一步比较不同治疗方法疗效奠定基础。第四,MSCs 在临床试验应用中存在多种安全问题,其中最重要的是恶性转化和致癌风险[52]。Yu 等[53]研究发现在裸鼠皮下注射带有肿瘤细胞的 ADSCs 会刺激肿瘤生长;Rubio 等[54]的研究发现干细胞自发转化为恶性表型,后续由于怀疑受到污染和无法复制转化事件,作者撤回了相关文章[55]。另一方面,与使用其他生物材料一样,MSCs 治疗存在传播或导致特定疾病的风险,例如机会性和播散性感染[56]。
4 展望
慢性创面,尤其是糖尿病和血管相关的慢性创面,会严重影响患者生活质量甚至生命,因而找到一种治疗慢性创面的最佳方法刻不容缓。目前 MSCs 治疗已经在皮肤修复和再生医学领域引起了极大关注,而且在治疗慢性创面的临床前和临床试验中取得了积极结果。但目前仍然缺乏不同组织来源 MSCs 移植治疗慢性创面的比较研究,因此何种来源 MSCs 对慢性创面的疗效最佳仍未明确。除此以外,将 MSCs 用于临床治疗慢性创面还存在以下问题需要解决[57]:① 更多、更合理获取 MSCs 的方法;② 提高 MSCs 纯度的方法;③ 统一 MSCs 的质量检测方法;④ 如何给药能使 MSCs 达最佳治疗效果;⑤ 移植后 MSCs 的成活率、有效性和远期疗效的鉴定方法;⑥ 移植后 MSCs 分化、增殖失控和肿瘤发生的可能性;⑦ MSCs 治疗慢性创面的详细机制。解决这些问题将对 MSCs 最终用于临床治疗慢性创面具有重要意义。
作者贡献:曹颖璇、燕建新负责查阅文献及撰写论文;刘宏伟负责审校并修改论文。
利益冲突:所有作者声明,在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。经费支持没有影响文章观点。