概述：急性肝衰竭（ALF）是一種嚴重的肝病綜合征，病情迅速惡化，死亡率很高。肝移植是最有效的治療方法，但供體肝臟的缺乏和移植費用的高昂限制了其廣泛應用。近年來，ALF的治療一直沒有突破，干細胞在ALF治療中的應用是一個重要的研究領域。
間充質干細胞(MSCs)因其來源豐富、免疫原性低、無倫理限制等優點被廣泛應用于疾病治療研究。雖然MSCs對治療ALF有效，但MSCs在ALF中的應用還需要進一步研究和優化。在這篇綜述中，四川大學華西醫院感染性疾病中心陳恩強教授討論了間充質干細胞治療急性肝衰竭的潛在機制，總結了一些增強間充質干細胞療效的方法。
介紹
急性肝衰竭（ALF）是一種嚴重的肝病綜合征，病情迅速惡化，死亡率很高。治療ALF的第一步是去除病因，如戒酒、抗肝炎病毒、停用傷肝藥物等。ALF的主要治療方法包括常規藥物治療、人工肝支持系統和肝移植。肝移植是最有效的治療方法，但供體肝臟的缺乏和移植費用的高昂限制了其廣泛應用。近年來，ALF的治療一直沒有突破，干細胞在ALF治療中的應用是一個重要的研究領域。同時，干細胞有助于治療多種疾病，包括肝功能衰竭、肝纖維化、移植物抗宿主病、2型糖尿病等。
干細胞是一類具有自我復制、高增殖和多向分化潛能的細胞，可以通過免疫調節、組織修復等多種方式發揮治療作用。間充質干細胞(MSCs)因其來源廣泛、免疫原性低、無倫理限制等優點被廣泛應用于疾病治療研究。先前的研究表明，MSCs通過分化為肝細胞樣細胞 (HLC)、調節免疫細胞和分泌治療因子來治療ALF。雖然MSCs治療ALF有效，但MSCs在ALF中的應用還需要進一步研究和優化。在這篇綜述中，我們討論了MSCs治療ALF的潛在機制，總結了一些增強MSCs療效的方法，并探索了MSCs移植的最佳途徑。
干細胞治療急性肝衰竭的作用機制有哪些？
陳恩強教授：其實對于肝衰竭、尤其是ALF，是否常規使用干細胞治療，目前學者們尚未達成一致觀點。有些專家認為，ALF是一種預后兇險的疾病，其臨床特點是起病和進展迅速，目前的治療方案還是傾向于首選基本的支持治療，必要時采取肝移植治療；而干細胞治療的療效發揮需要時間，起效較慢可能會限制該療法的臨床應用。但也有專家提出，不能完全否定干細胞治療，該療法的豐富作用機制使其具有很好的發展前景。
眾所周知，ALF是一個以炎癥反應為主的肝細胞損傷過程。最初的大量炎性細胞因子釋放以及由此引起的級聯反應可導致全身炎癥反應綜合征，隨后出現代償性抗炎反應，導致免疫細胞功能障礙、敗血癥和多器官功能障礙。目前的研究顯示，干細胞治療急性肝衰竭也不僅是通過細胞或組織重建來發揮效果的，更多的是通過肝臟局部發揮免疫調節作用來發揮肝臟治療效應。
研究表明，干細胞不僅分泌多種免疫調節因子，還可抑制轉化分泌肝細胞生長因子，以及IL-1、IL-6等促炎癥因子釋放，促進組織再生以及抗纖維化；干細胞治療通過分泌細胞因子激活肝卵圓細胞、促進肝細胞再生作用，抑制了免疫反應和炎癥反應，促進的肝臟組織器官的修復和內源性肝臟干細胞的增殖，為肝細胞的修復提供了很好的環境。
此外，干細胞治療的效用可能不僅局限在肝臟壞死時的“急性治療”，在治療恢復期時，也可輔助其他治療，減少肝纖維化、肝硬化等的發生。
基因編輯或預處理以修飾間充質干細胞
MSCs治療ALF的有效性已得到證實，但如何提高其療效值得進一步研究。研究報道，編輯MSCs的一些靶基因可以增強ALF的有效性，已驗證的靶基因包括c-Met、CC基序趨化因子受體2（CCR2）、CXC基序趨化因子受體4（CXCR4）、肝細胞核因子4α (HNF4α)、IL-35、HGF、白細胞介素-1受體拮抗劑(IL-1Ra)、叉頭盒A2(Foxa2)、VEGF等。過度表達某些趨化因子(c-Met、CCR2、CXCR4)的MSCs較多有可能到達損傷的肝臟，提高ALF的治療效果。
蔡等發現Foxa2在MSCs中的過表達增強了肝細胞樣分化并減輕了ALI。VEGF的過表達增強了MSCs的多能性并促進了MSCs在肝臟中的歸巢和定植。
在MSCs移植前對MSCs進行不同刺激的預處理可能會提高ALF的治療效果。實驗采用的預處理方法包括依達拉奉、IL-1β、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、血清等。依達拉奉提高MSCs的抗氧化水平，可通過增加MSCs的歸巢，促進增殖，顯著提高肝組織修復能力，減少細胞凋亡，增加HGF的分泌。聶等報道了IL-1β (20 ng/mL) 預處理可以通過增加CXCR4的表達和提高MSCs治療ALF的療效來增強MSCs的歸巢能力。張等發現 TNF-α (1ng/mL) 預處理的MSCs可以分泌治療性外泌體來抑制巨噬細胞中NLRP3的激活，從而改善ALF。
間充質干細胞的聯合治療
事實上，MSCs聯合其他療法可能比單獨使用MSCs療法對ALF有更好的結果。經血MSCs可通過抑制Toll樣受體4（TLR4）介導的PI3K/Akt/mTOR/IkappaB激酶（IKK）信號通路減輕肝損傷。同時，腺苷A2A受體 (A2AR) 激動劑可以與經血MSCs協同作用。
桑等發現MSCs移植聯合IL-1Ra（2mg/kg）可顯著提高ALF豬的存活時間，這可能與MSCs與IL-1Ra協同調節炎癥和細胞凋亡有關。在ALF大鼠中，人臍帶血MSCs移植聯合粒細胞集落刺激因子可通過抑制炎癥、氧化應激和肝細胞凋亡，促進MSCs的增殖和定植，減輕肝損傷。
在肝功能衰竭患者的MSCs臨床試驗中，常規藥物治療是基礎，MSCs主要用作輔助治療。人工肝支持系統是治療肝衰竭必不可少的手段，其中血漿置換是常用的方法。在乙型肝炎病毒相關的ACLF (HBV-ACLF) 患者中，MSCs聯合血漿置換在治療后30、60和90天的死亡率和不良結局最低。然而，差異無統計學意義。
探索間充質干細胞治療肝衰竭的最佳方案
表1總結了MSCs在ALF動物模型中的應用和療效研究，以探索MSCs治療ALF的最佳方案。
MSCs的組織來源廣泛，包括骨髓、脂肪組織、臍帶、胎盤、扁桃體等，目前尚不清楚不同組織來源的MSCs對ALF的治療效果是否相似。扎雷等。報道，在ALF小鼠的肝酶、組織病理學和存活率方面，脂肪來源的MSCs比骨髓MSCs更有益。此外，有學者發現來自同一供體的不同圍產期組織的MSCs在ALF小鼠中表現出不同的治療作用。臍帶-胎盤連接處來源的MSCs和胎盤來源的MSCs可以提高ALF小鼠的存活率，但臍帶膜來源的MSCs與對照組無差異。
因此，MSCs的組織來源可能會影響ALF的療效。值得注意的是，人源性MSCs在ALF動物模型中也具有顯著療效，反映出MSCs的低免疫原性。
| MSC類型 | 路線 | 劑量（移植頻率） | 移植時間 | 誘導劑 | 動物 | 治療作用及機制 | 參考 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 人骨髓間充質干細胞 | 門靜脈 | 3×10 6 /kg（1次注射） | 使用 D-GalN 后立即注射 | D-GaN | 豬 | 存活率↑；炎癥↓；δ 樣配體 4 (DLL4)↑ | 81 |
| AT-間充質干細胞 | 外周靜脈或脾靜脈 | 2×10 6 /kg（2次進樣） | 使用 CCL 4后第 3 天和第 8 天注射 | 覆銅板4 | 小狗 | 肝酶↓；(IL-1、IL-6、IL-8、IFN-γ)↓；（IL-4、IL-10、HGF 和 VEGFA）↑ | 82 |
| 骨髓間充質干細胞 | 外周靜脈 | 1×10 6 /大鼠（1次注射） | 使用 TAA 后 12 小時注射 | TAA | 老鼠 | 存活率↑；內毒素↓; (IL-6和TNF-α)↓ | 89 |
| AT-間充質干細胞 | 外周靜脈 | 2×10 5 /大鼠（1次注射） | 使用 APAP 后 2 小時注射 | APAP | 老鼠 | 肝酶↓；(TNF-α, MCP-1, IL-1β, ICAM-1 and phospho-JNK)↓; （細胞周期蛋白 D1 和 PCNA）↑ | 80 |
| hUCMSCs | 外周靜脈 | 2×10 6或4×10 6 /大鼠（1次注射） | 使用 LPS/D-GalN 后 1 小時注射 | LPS/D-GaN | 老鼠 | 肝酶↓；(TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-1β)↓；肝細胞生長因子↑；（Notch、IFN-γ/Stat1、IL-6/Stat3）↓ | 78 |
| hUCMSCs | 外周靜脈 | 5×10 5 /小鼠（1次注射） | 使用 APAP 前后 30 分鐘注射 | APAP | 老鼠 | 肝酶↓；（谷胱甘肽、超氧化物歧化酶）↑；(TNF-α和IL-6)↓；肝細胞生長因子↑ | 90 |
| 間充質干細胞 | 外周靜脈 | 2×10 6 /小鼠（1次注射） | 使用 ConA 或 APAP 后 30 分鐘注射 | ConA 或 APAP | 老鼠 | 肝酶↓；(INF-γ和TNF-α)↓；Galectin-1 是 T-MSC 的關鍵效應物 | 79 |
| hPMSCs | 門靜脈或外周靜脈 | 1×10 8 /豬（1次注射） | 使用 D-GalN 后 18 小時注射 | D-GaN | 豬 | 肝酶↓；（肝臟炎癥、肝變性和壞死）↓；（肝臟再生）↑ | 77 |
MSCs的移植途徑包括外周靜脈、門靜脈、脾靜脈、肝動脈、肝內注射、脾內注射等。
經尾靜脈和肝內注射移植的MSCs在ALF大鼠肝功能和存活率方面具有相似的療效。布特拉等顯示尾靜脈注射MSCs比腹腔注射更有效地減輕肝損傷。同樣，從肝動脈、門靜脈和尾靜脈移植的MSCs對ALF有相似的治療作用，而腹腔注射的MSCs對ALF沒有治療作用。然而，一些研究表明，門靜脈給藥比其他移植途徑更有效。通過門靜脈移植的MSCs比通過外周靜脈移植的MSCs可以更好地減少肝臟炎癥并促進肝臟再生。同時，門靜脈注射在改善肝功能、抑制肝細胞凋亡、延長存活時間等方面優于肝動脈、外周靜脈和肝內注射等其他MSCs移植途徑。由于目前證據不足，ALF間充質干細胞移植的最佳途徑仍不清楚。
用于MSCs移植的細胞劑量在大型動物（例如狗和豬）中與體重成比例增加，而在小型動物（例如小鼠和大鼠）中則固定不變（表1）。ALF進展較快，因此多數研究采用單個MSCs移植，移植時間越早越好（表1）。
一項研究比較了干細胞移植前30分鐘和注射APAP后30分鐘的療效差異，發現早期治療組在提高存活率和降低肝酶方面均高于延遲治療組。
間充質干細胞治療肝衰竭的臨床試驗
許多研究已經證明MSCs可以有效治療動物模型中的ALF。同樣，MSCs在臨床試驗中對肝功能衰竭患者也有治療作用。
在一項隨機對照試驗中，外周輸注同種異體骨髓間充質干細胞對HBV相關ACLF患者安全有效，并通過改善肝功能和降低嚴重感染的發生率顯著提高24周生存率。
在Peng進行的一項臨床試驗中等，經肝動脈單次自體骨髓間充質干細胞移植2至3周后，患者的白蛋白、總膽紅素和凝血酶原時間顯著改善。然而，在192周的隨訪中，MSCs移植并沒有為肝衰竭患者提供生存獲益。MSCs治療肝功能衰竭的過程尚不確定。
賈等發現將治療時間從4周延長至8周可提高MSCs治療終末期肝病的療效。值得注意的是，延長療程可能會增加治療費用和不良反應的發生率。有趣的是，有學者發現肝功能衰竭患者的年齡是影響MSCs療效的一個因素。事實上，如何選擇適合MSCs治療的肝功能衰竭患者需要引起更多的關注。
結論
MSCs通過分化為HLCs、調節免疫細胞和分泌治療因子來治療ALF（圖1）。MSC可分化為HLC體內和體外, 但只有一小部分MSCs可以分化為HLCs體內, 以及將MSCs誘導成HLCs體外不會提高ALF的治療效果。因此，HLCs在治療ALF中并不起主導作用，治療ALF也沒有必要用HLCs。值得注意的是，MSCs介導的免疫調節是可塑的，MSCs在不同刺激下可以表現出促炎或抗炎表型。了解MSC在各種刺激條件下的免疫調節作用至關重要。
此外，基因編輯或預處理可以增加MSCs中治療因子的表達，增強MSCs治療肝衰竭的效果。MSCs主要用作 ALF動物模型的單一療法，而MSCs在臨床試驗中與常規療法聯合使用。有趣的是，MSCs與一些治療因子的結合可以提高動物ALF的療效。所以，MSCs的聯合治療可能有很好的前景。
目前MSCs治療ALF的有效性受很多因素影響，包括組織來源、細胞傳代、移植途徑、移植時間、移植頻率、細胞劑量等，因此，MSCs應用于治療ALF仍有許多困難需要克服。
參考資料：Panpan Yao, Liping Zhou, Lujie Zhu, Binjie Zhou, Qin Yu; Mesenchymal Stem Cells: A Potential Therapeutic Strategy for Neurodegenerative Diseases. Eur Neurol 12 August 2020; 83 (3): 235–241. https://doi.org/10.1159/000509268
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