干细胞疗法：一种有望治愈各类疾病的方法

简介：干细胞的特点是能够分化成不同的细胞类型，同时保留自我复制和维持亲代细胞特征的能力。干细胞分化成特殊细胞类型的这种不同能力被称为效力。根据它们的效力，各种类型的干细胞如图1所示。在细胞潜能谱中，可以分裂和分化成任何胚胎细胞类型以及胚外细胞的细胞被称为全能细胞。在人类发育模型中，全能细胞起源于受精卵，受精卵是单一的全能细胞。随着受精卵在受精后的几天内分裂，相同的子细胞在囊胚形成之前保持全能。在此阶段，内部细胞团开始分化，此后细胞被认为是多能的。

多能细胞可以产生属于三个胚层（内胚层、中胚层、外胚层）中任何一个的细胞，但缺乏分化成胚外细胞的能力。在进一步成熟和分化后，干细胞从多能变为多能。尽管多能细胞仍然能够分化为少数离散的细胞类型，但它们仅限于彼此相关的细胞类型（例如，神经干细胞、间充质干细胞）。

干细胞类型有哪些

体内干细胞根据其来源可大致分为三种类型：胚胎（ESCs）、胎儿（FSCs）和成体干细胞（ASCs，其中间充质干细胞或MSCs）。

胚胎干细胞 (ESC) 来源于受精后着床前胚胎（称为囊胚）的内细胞团。这些在胚泡的内细胞团中发现的多能细胞增殖并分化成构成生物体的不同细胞类型。

胎儿干细胞 (FSC) 是位于胎儿组织中的多能细胞。

成体干细胞 (ASC) 是存在于全身各种组织中的多能细胞。与 ESC 和 FSC 不同，它们也称为成体干细胞，可以在幼年和成年动物以及人类中找到。

人类干细胞的另一个丰富来源是脐带血。这些多能干细胞可以在脐带血和组织（沃顿氏胶）中找到，它们与FSC一起被称为围产期干细胞。鉴于干细胞平台的治疗潜力，脐带血库越来越多地被吹捧为治疗人生命后期可能出现的疾病的可行选择，脐带血也用于移植以克服人类白细胞抗原 (HLA) 不相容性。

尽管多能成体干细胞的分化能力有限，但已经开发出克服这些障碍的方法。

诱导多能干细胞 (iPSC) 是经过人工重新编程以表现得像胚胎干细胞的成体细胞，如图2所示。通过引入一组特定的转录因子，体细胞能够恢复其多能性，从而赋予它们巨大的治疗潜力。

干细胞作为治疗各种疾病的临床应用

基因工程的最新进展赋予我们改变细胞的能力，最显着的是干细胞，以允许非常具体和有效的目标功能的方式。尽管如此，未经修饰的干细胞仍然具有巨大的治疗潜力，并经常用于现代疗法。

再生医学

由于干细胞技术的最新进展，我们现在能够更有效地研究人类疾病的机制。这开创了再生医学的新纪元，超越了早期基于细胞的疗法，并朝着评估人类遗传变异和确定导致疾病的分子途径以及治疗靶点的方向发展。

干细胞疗法与缺血性心肌病

心血管疾病仍然是美国的主要死亡原因。在过去十年中，干细胞已成为慢性损伤组织的潜在治疗剂，MSC被广泛研究用于此类治疗。初步结果表明，在修复和生成心脏组织方面取得了可喜的成果。

一项双盲、安慰剂对照研究在53名MI后患者中使用了静脉内同种异体人MSC，两组之间的不良事件相似。动态心电图显示，在接受MSC输注的组中，室性心动过速发作次数减少，肺功能测试的一秒内用力呼气量有所改善。MSC组的整体症状评分和射血分数均有显着改善。在另一项研究中也看到了类似的结果，其中MSC注射导致缺血性心肌病患者的功能能力、生活质量和心室重构得到改善。

干细胞疗法与肌肉骨骼疾病

干细胞疗法也为肌肉骨骼疾病的治疗提供了新的前景。由于干细胞的多向分化能力，可以修饰各种因素以促进干细胞分化和生长成由不同细胞类型组成的复杂组织。已经开发出各种技术来为干细胞创造合适的微环境来调节它们的行为和命运。这包括支架的组成、生长因子和氧分压。在颌面部疾病/缺陷的治疗中，也正在积极研究基于干细胞的疗法。至少有44项正在进行的与口腔干细胞和口腔疾病相关的注册临床试验。

干细胞疗法可以针对骨关节炎的不同阶段进行设计。早期治疗侧重于内源性干细胞的操作和关节内干细胞注射，而后期治疗侧重于关节表面置换。这些治疗的主要目标是启动软骨形成。一些正在进行的值得注意的临床试验正在利用来自骨髓的自体干细胞并将它们移植到关节间隙中。另一项已发表的试验研究了13名平均年龄为50岁的患者，他们接受了关节内干细胞注射。连续随访的 MRI 扫描显示，经治疗的关节软骨的健康和质量得到改善。

干细胞疗法与视网膜疾病

对于眼科医生来说，退行性视网膜疾病是治疗最具挑战性的疾病之一。缺乏可靠的选择往往意味着患者得不到针对这些使人衰弱的疾病的充分治疗。目前正在研究干细胞作为视网膜疾病的治疗方法。它们的分化和自我更新能力表明它们有可能催生出新颖、更有效的视网膜疾病治疗方法，并可能在未来逆转失明。在初步研究显示有希望的结果后，第二项基于干细胞的眼科治疗研究启动，目前正在进行中。干细胞工作的建议模型包括干细胞迁移到受伤区域，以及它们分化为视网膜色素细胞。

干细胞疗法自身免疫性疾病

多项研究表明，干细胞基于它们与先天免疫系统和适应性免疫系统的细胞成分的相互作用而表现出免疫调节特性。

干细胞疗法与1型糖尿病：大多数1型糖尿病病例是由T细胞介导的自身免疫攻击引起的，这会导致β细胞遭到破坏，从而导致无法自然产生胰岛素。这使得患者在他们的余生中依赖于外源性胰岛素。几项旨在通过基于干细胞的疗法替代丢失的β细胞的研究取得了一些成功。

最近的一项研究比较了胰岛素依赖型糖尿病动物模型中的iPSC和MSC移植。这项研究表明，iPSC移植通过胰岛的新生启动了内源性胰腺再生，并得出结论，基于iPSC的疗法可以为1型糖尿病患者带来希望。

尽管β细胞替代可能有效，但人们担心最初破坏患者β细胞的相同自身免疫反应可能再次发生。另一种称为“干细胞教育者疗法”的方法已被开发出来，通过采用干细胞疗法来调节患者的自身免疫反应，并产生了可喜的结果。患者的血液通过闭环系统循环以分离淋巴细胞。然后将它们与人脐带血衍生的多能干细胞共同培养并返回给患者。初步结果表明，胰岛细胞引发的自身免疫反应被逆转，并观察到胰岛细胞再生。

干细胞疗法与类风湿性关节炎：疾病缓解抗风湿药 (DMARDs) 加不含干细胞的培养基与DMARDs加脐带间充质干细胞 (UC-MSC) 静脉内给药的比较显示没有严重的副作用，TNF-α和IL的血清水平-6被观察到在第一次治疗后有所减少。根据美国风湿病学会的改善标准、28关节疾病活动评分和健康评估问卷，以干细胞为基础的治疗导致疾病显着缓解，而对照组没有显示出这种益处。

干细胞疗法与系统性红斑狼疮：对SLE和抗磷脂综合征中自体造血干细胞移植 (HSCT) 研究的回顾评估了25项研究。大多数研究报告说，与单独的免疫抑制相比，HSCT后有改善，这是通过系统性红斑狼疮疾病活动指数 (SLEDAI) 或无病时间进行评估的。

多发性硬化症是一种以功能进行性下降为特征的脱髓鞘疾病，对患者来说是一种毁灭性的疾病，但干细胞平台可以应用于此。最近的一项试验招募了20名接受脐带间充质干细胞治疗的受试者，并对他们进行了为期一年的随访。患者的 EDSS 评分在统计学上有显着改善 (p<0.03) 。

ALS 是另一种使人衰弱的疾病，可以从使用基于干细胞的疗法中获益。到目前为止，已经使用两种不同的方法来治疗这种疾病：一种方法是使用干细胞再生运动神经元并替换随着疾病进展而丢失的细胞；另一种方法是使用干细胞再生新的星形胶质细胞，以取代功能失调的细胞，这些细胞负责导致神经元死亡的有毒环境。这些试验，其中大部分是鞘内施用干细胞，正在利用造血干细胞、间充质干细胞和神经元干细胞来实现其目标。

干细胞疗法与脑损伤

因多种因素，如产道挤压、外伤、产程过长、围生期窒息等，所导致的新生儿脑损伤，其中缺血缺氧性脑病是新生儿脑瘫的最常见病因。新生儿脑瘫可遗留永久性脑损害，如瘫痪、癫痫、智力低下、视听障碍、语言障碍等，给社会和家庭带来了极大的负担。目前对新生儿脑瘫的治疗尚无特效药，临床上主要是对症支持治疗以及后期的康复训练，整体治疗效果较差。

因MSCs具有多向分化的潜能、造血支持、促进干细胞的植入、免疫调控等特点而备受关注，成为脑瘫治疗的“明星细胞”之一。

中国人民解放军第211医院神经外科团队[2]对40例脑瘫患儿进行脐带间充质干细胞治疗，疗程结束后发现，和患儿自身对比的粗大运动能力均得到不同程度提高，尤其是仰卧位与俯卧位、坐位、爬与跪、行走方面，跑跳功能方面也有明显改善; 而且在患儿出院后6 个月至1 年期间内，仍能维持长期的疗效。同时，干细胞移植治疗也明显降低患儿的肌张力。

干细胞治疗是脑瘫的治疗方法之一，也是治疗脑瘫的研究方向之一，目前在临床研究和实验研究方面取得了令人瞩目的成绩，为脑瘫患者带来了新的希望。

干细胞疗法与神经变性疾病

神经变性疾病是一类以神经细胞变性或凋亡为特征的慢性神经系统的疑难杂症，包括肌萎缩侧索硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病等。

近年来干细胞的研究为神经修复和再生提供了一条新的途径，是神经变性疾病治疗的有效方法之一。MSCs具有干细胞的特征，具有多向分化的潜质，在一定的诱导调节下可分化为神经干细胞和神经元，同时来源广泛、免疫原性低、无伦理限制、培养扩增简单，是治疗神经变性疾病的首选之一。

国内在MSCs移植治疗帕金森的临床研究也已取得了许多可喜的临床效果，已查询到多篇应用间充质干细胞治疗帕金森疾病的临床研究文献，可以看出MSCs在显著改善患者的运动症状，提高的生活质量，延缓病情发展都有显著的效果。

2015年，郑州大学第一附属医院使用400万个胚胎干细胞来源的神经前体细胞移植到帕金森病患者体内，这是全球首个使用受精胚胎的胎盘干细胞治疗帕金森病的临床试验，此项目是中国在2015年通过的第一批干细胞临床试验，旨在确保干细胞能够安全和符合伦理标准的前提下应用于临床。

2018年10月，日本批准了诱导多能干细胞治疗帕金森病的临床试验。日本京都大学医院将240万个诱导多能干细胞来源的前体细胞移植入一名帕金森病患者脑内，进行了全球首例诱导多能干细胞治疗帕金森病的临床试验。

因此MSCs在治疗神经变性疾病中逐渐显示出治疗的优势和临床价值，是一种行之有效且安全性高的治疗手段，具有巨大的临床应用潜力，有望成为治愈神经变性疾病的手段之一。

干细胞疗法与神经损伤性疾病

近年来脊髓损伤和颅脑创伤的发病率逐年上升，传统的治疗措施为手术与神经营养和康复训练相结合，对患者的康复有一定的治疗作用但周期长难度大。

干细胞治疗除运动功能、感觉功能有相当的改善外，患者汗腺分泌障碍、直立性低血压亦得到缓解，这些治疗效果是传统的治疗方法所不能实现的，因此细胞治疗在神经损伤性疾病的治疗中有着独特的优势。

研究证实，MSCs可以在宿主体内存活并分化为具有神经细胞特征的细胞，实现损伤细胞的替代，从而为神经功能的再建奠定物质基础。MSCs来源丰富、获取简单、增殖快、干性强，经诱导可分化为神经元和神经胶质细胞，现已经成为神经干细胞移植治疗神经损伤策略中的“明星细胞”和“种子细胞”。

2018年，空军总医院与北京放射与辐射医学研究所公布了脐带间充质干细胞鞘内注射治疗脊髓损伤的长期临床观察结果。22例有效SCI患者接受脐带间充质鞘内注射治疗，结果表明UC-MSCs鞘内注射治疗是安全的,可改善大部分不完全性SCI患者的神经功能,多疗程治疗有可能使患者疗效得到进一步提高。

挑战

虽然基于干细胞的疗法可用于有效治疗无数人类疾病，但它们并非没有挑战。

干细胞的致瘤性

干细胞的定义是它们自我更新和分化成各种细胞类型的能力：这些特性使它们成为潜在替代患病或受损组织的理想选择。然而，这些相同的特性导致了它们的致瘤潜力。许多研究都强调了干细胞平台的致瘤性风险，包括美国食品和药物管理局 (FDA) 批准的首次人体诱导多能干细胞 (iPSC) 临床试验的临床前剂量递增试验2009 年。在接受人类ESC衍生的神经祖细胞的小鼠中观察到再生脊柱组织中的囊肿，导致在任何人类受试者接受治疗之前暂停研究一年。

治疗耐久性

尽管针对癌症的靶向干细胞疗法最初具有很强的治疗效果，但通常会出现复发。因此，仅仅基于干细胞的疗法可能不足以根除肿瘤。为了使患者获得最大的治疗益处，这些靶向治疗往往与其他合理选择的治疗相结合。两项正在进行的临床试验正在研究神经干细胞在人类多形性胶质母细胞瘤 (GBM) 中的作用，结果将提供令人兴奋的临床反馈。

道德考量

人类胚胎干细胞 (hESC) 于1998年首次从一对夫妇捐赠的胚胎中分离出来，他们不再希望将其用于不孕症治疗。从那时起，hESC 研究一直是一个有争议的话题，这是社会对科学范围的潜在恐惧的一部分，涉及人类克隆和人类生物材料的商品化。然而，大多数关于在研究中使用 hESC 的担忧源于人类胚胎的破坏。

最近，干细胞研究中出现了一种新的研究监督系统。美国国家科学院和国际干细胞研究学会 (ISSCR) 鼓励所有从事多能干细胞研究的研究人员让他们的研究获得干细胞研究监督委员会 (SCRO) 的批准。SCRO由科学家、医生、伦理学家、法律专家，甚至社区成员组成。SCRO确保满足当地的道德要求，获得捐赠者的自愿知情同意，并公平对待包括胚胎在内的人体材料的捐赠者。

成本

阻碍基于干细胞的疗法和研究成为主流的最大障碍之一是成本。人类iPSC的每个细胞系都需要两到四个月的时间来发育，从收集原代细胞开始，然后重新编程，效率约为0.01%到0.1%（图3），并长成相当大的iPSC群体。此外，将细胞长时间培养以重新编程 iPSC也会导致基因表达效力发生变化（图4 ）。这可能会导致细胞无法用于治疗目的，因此必须对这些细胞进行分类。因此，开发临床iPSC衍生组织产品非常昂贵（约800,000美元），并且考虑到许多此类疗法的不确定性和临床数据的缺乏，有人可能会争辩说这些疗法无法实现或无法获得。

结论

干细胞，由于它们的再生、转化和归巢特性，理论上有可能通过替换这些细胞来治愈任何涉及细胞病理学的疾病。它们不仅拥有更有效地治疗自身免疫性疾病的能力，而且还可以帮助患有中风、痴呆、帕金森氏症和糖尿病等慢性疾病的患者，并假设治愈长期以来被认为无法治愈的疾病的可能性。截至目前为止政府公布了500多项正在进行的涉及干细胞治疗的临床试验，但我们距离其中许多疗法可用于广泛的临床适应还很遥远。尽管基于干细胞的疗法伴随着一系列挑战和担忧，并且它们需要联合疗法，但很明显，干细胞是未来再生医学前进的方向，具有巨大的临床应用价值。

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