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党的十确定“全面建成小康社会”目标,医疗卫生改革也步入“深水区”与“攻坚区”,“看病难、看病贵”是全面建成小康社会进程中一个需要逾越的障碍。这其中的原因,我们或许可以从新近颁布的两个关于干细胞临床研究管理法规中窥见一二。
新一轮医院“设备竞赛”?
2015年8月,国家卫计委与国家食药监总局联合下发了被搁置近5年之久的干细胞临床研究的管理文件《干细胞临床研究管理办法(试行)》和《干细胞制剂质量控制及临床研究指导原则(试行)》。
相关规定让人产生疑惑,“中国有多少家三甲医院就要建多少个GMP的细胞制备中心”吗?在公立医院大型装备“军备竞赛”还未结束的情况下,医院是否又要开始新一轮的“GMP细胞制备中心”的“军备竞赛”呢?
从许多医疗机构的自我宣传中可以看出,由于目前公立医院不明确的职能定位与评价指标,各大医院不约而同地进入了一种无序的大型先进医疗设备与实验室仪器设备配置的“竞赛”当中。暂且不论这些大型先进设备是否能对临床治疗过程中患者的治疗收益最大化、对疾病的诊疗结果是否最佳,单单是购置这些设备和装备就需要高昂的成本,并且还需要具备资质的技术人员对这些设备进行操作和维护。
从目前公布的关于“细胞治疗(包括干细胞和肿瘤免疫细胞治疗)”管理规定中,隐约能看到这种“设备竞赛”的影子。比如要求每个拟从事细胞治疗的医疗机构要配备相应的符合GMP标准的细胞制备实验室,临床级细胞制备中心的设置有硬件软件要求以及人力资源配置等要求。照此规定,医院不花上数百万甚至上千万的先期硬件投入,就想要从事干细胞疗法或肿瘤的细胞治疗,简直是痴人说梦。
细胞治疗是一项代表着前沿科技的生物医学技术,当然每家医院都希望开展,然而可想而知的就是走到了目前医院发展的那条“不归路”――现时的医疗设备竞赛尚未结束,新一轮的细胞制备实验室的配置竞赛又即将开始了。如些循环往复,医疗成本何以下降?看病贵难题又何以解决?
故而笔者认为,要解决这个问题,首先需要更高层面的整体规划,也就是站高一层,俯瞰区域的整体医疗资源配置,加强使用效率,形成规模效应。其次就是专业的工作交由专业的人来做,形成细胞治疗价值链不同节点所要求的比较优势,推动科技成果向有效的临床手段转化,将个体化细胞治疗技术转化为了临床医生随时可用的高效工具与手段。
三大策略完善产业链
整体规划、差异配置是解决问题的首要一步。在进行整体规划后可以发现,一个区域或一个城市其实不需要每家医院都设置“大型装备”的细胞制备室及“种子细胞库”,可能一个城市只需要一个“大型装备”符合GMP标准的细胞制备中心和一个“种子细胞库”就可以覆盖整个城市的临床治疗需求。整体规划将过去的分散投资转为集中投资,这样建起的细胞制备室和“种子细胞库”才可能在硬件、软件流程、质控管理以及人力资源配置等方面真正达到国际标准的临床级应用要求。
区域的整体规划会带来相应的规模效应,能在很大程度上减少大型设备闲置的情况。而且规模效应还会带来经验曲线的提升与运营成本的下降,高新技术的“普惠民众化”也能随着产业化发展而早日实现,令更多患者受益。
整体规划之外,个体化细胞治疗产业的发展同样离不开专业分工和协同互补。与现有医疗机构均是按完成临床疾病的诊断治疗这样一个目标投资建设不同,个体化细胞治疗的产业发展需要新的基础设施作为产业形成的支撑。
从产业发展方式来看,细胞治疗作为一个产业链条中的前端,细胞组织“原材料”的采集和临床级细胞制备所需要的硬件要求(洁净、通风、操作流程方向性等等复杂要求)、软件流程(关键指控点)及从业人员专业资质,都与临床医疗机构的要求完全不同。故而,这样的链条上需要有新的具有核心技术、创新能力与相关资质的专业机构参与进来,完善优化细胞治疗产业链的形成。
针对各类专业机构,设置准入认证、进行集约管理也是不容忽视的一个环节。个体化细胞治疗是一个关乎人民群众生命健康的产业,更是一个需要设置技术准入与投资壁垒的高监管行业。
从监管及责任厘清的角度来看,专业的事情交由专业的机构来做亦是非常必要的。而专业分工的核心即在于行业准入和定期审查,也有利于监管机构可以有目标地、定点地、专项地进行监督管理了。
目前,中国的医疗卫生改革仍在进行当中,国家的专项资金也在持续注入,但仍有一些与预期相悖的情形不时发生。那么,新的个体化细胞治疗“创新链+产业链”到底该如何设置才能避免偏失呢?
关键词 干细胞治疗 安全性 有效性 合法
干细胞是一类具有不同分化潜能,并在非分化状态下自我更新的细胞。用于治疗的干细胞主要包括成体干细胞、胚胎干细胞以及诱导的多能性干细胞。技术人员可以应用人自体或异体来源的干细胞经体外分离、纯化、培养、扩增、修饰、诱导分化、冻存及冻存后的复苏等过程后回输(或植入)人体,用于疾病预防和治疗。干细胞预防和治疗疾病的预期有望优于现有的手段,尤其对于尚无有效干预措施的疾病,以及威胁生命和严重影响生存质量的重大疾病。正是由于这个重大发现,在全世界掀起了一股干细胞研究热潮,并迅速同时形成了新兴的干细胞产业经济。但是有一些干细胞企业为追求暴利而漠视科学发展的客观规律以及社会伦理与法律问题。干细胞这项新技术是一柄双刃剑,需要法律对其进行规制,才能切实保护患者的合法权益,真正造福人类。
1干细胞治疗进展
干细胞能够分化为不同类型的细胞,成为了人类的一种“修复元件”。可以通过注射干细胞制剂治疗疾病,比方说修复受损的神经系统,恢复神经系统的功能,治愈因神经细胞受损导致的瘫痪。干细胞也可分化成新的胰腺细胞分泌胰岛素治疗糖尿病。从理论上讲,干细胞有望治愈用传统方法无法治愈的疾病,如糖尿病、老年痴呆症、心脏衰竭、红斑狼疮、黄斑变性、类风湿、恶性肿瘤等疾病。因此干细胞似乎成了万能细胞,受到医疗界高度重视。2009年1月23日,美国Geron公司胚胎干细胞用于脊髓损伤被FDA批准用于临床试验。(这是美国首次对胚胎干细胞临床研究发放通行证)。2010年3月,美国Advanced Cell Technology公司宣布用于治疗少年型黄斑变性的胚胎干细胞疗法“MA09-hRPE”被FDA批准临床试验,获得了FDA授予孤儿药地位(FDA批准的第二项干细胞疗法)。2011年1月3日,美国Advanced Cell Technology公司宣布用于治疗老年黄斑变性的胚胎干细胞疗法被FDA批准临床试验。2010年6月,Osiris Therapeutics公司的Prochymal 在三种疾病(克罗恩病、预防骨关节炎、心肌损伤)治疗中完成三期临床试验。2010年11月,美国国立卫生院批复有11种干细胞进入FDA审批程序,并称近期还有30种干细胞陆续进入FDA审批。中国在这方面比较落后,目前还从没有批准过胚胎干细胞制剂治疗技术的临床试验。
干细胞治疗技术的美好愿景刺激了干细胞产业的发展。我国虽然尚未批准胚胎干细胞技术的临床试验,但是从事干细胞技术研究开发的科研机构或者企业也为数不少,遍布全国各地。有北京经开区的汉氏联合干细胞研究院、上海浦东新区的上海科医联创生物科技有限公司、上海市长宁区的臻景医疗公司、广州市生物岛的军事医学科学院华南干细胞与再生医学研究中心、深圳市高新科技产业园的深圳市北科生物科技有限公司、中国滨海新区华夏干细胞联盟、滨海新区科技园的昂赛细胞基因工程公司、无锡的奥斯达干细胞有限公司、湖南长沙市麓谷高新区人类干细胞国家工程研究中心等。并且也有上市公司,如沪深两市中唯一家以干细胞产业为主营业务的上市公司中源协和干细胞生物工程股份公司(股票代码:600645)等。这些企业形成了一个新兴的干细胞行业。
2干细胞治疗的安全性、有效性
干细胞制剂无论是作为药品还是医疗技术在应用于人体临床治疗之前,都必须证明它的安全性、有效性。而这个验证过程漫长而复杂,首先是动物实验、其次是第三方检测、然后再是临床试验。只有证明安全性与有效性后才能应用于临床治疗。
英国《每日邮报》报道了一个典型案例,前奥运选手马克斯・特鲁克斯患帕金森症而接受了干细胞疗法。医生从胎儿那里提取干细胞,通过体外培养,扩增、纯化等技术制成干细胞制剂注入患者大脑中。但是当这名病人去世后,病理学家们发现,这名病人的软骨、皮肤和骨头都堆积在大脑内。也就是说注入的干细胞并没有按照医生的意图分化成神经细胞,而是分化成了软骨、骨头与皮肤。当然,随着技术的发展,像上述案例中干细胞不定向分化的情况已经非常少了。但是很多学者还是总结出干细胞治疗的隐患或者存疑的地方。
2.1免疫排异反应
我们身体的免疫系统天天在击退微生物、病毒、有毒物质的入侵。我们的免疫系统发现这些异物(包括移植手术),便会发动一系列有害的攻击行为。这就是我们常说的免疫排斥反应。如果干细胞来自于异体,那就有可能引起免疫排斥反应。当然科学家可以通过对干细胞加工的方法,使它能够应对免疫系统,但这需要临床验证。
2.2非定向分化
上述英国《每日邮报》报道的前奥运选手马克斯・特鲁克斯案例,就是一个干细胞非定向分化的案例。当医生期望注入的干细胞能够分化成为健康的神经细胞,修复神经系统,但是它却分化成了骨头与皮肤。如何准确地诱导干细胞分化成为制定的细胞,这还需要进一步研究。
2.3细胞生长失控与致瘤性
正常的细胞生长是受控的,能够精确自我复制、恰当时候停止再生、专门分工、各司其职、受损自我凋亡。但是异体注入的干细胞制剂却不一定遵循这套严格的程序,不一定定向分化、不一定停止再生。当注入的细胞生长失控,就有可能生成肿瘤,比如iPS细胞致瘤性高达20%。
2.4作用机理不太清楚
注入的干细胞制剂如何分化、如何分工、如何修复系统功能,以及异体干细胞存活多久,如何在体内发挥作用。对于这些问题还不是完全清楚。
从这些问题可以看出,干细胞治疗目前存在安全性问题。
另外在治疗肿瘤方面,根据国内所报道的案例,疗效不明显。2014年3月15日与3月16日在中央电视台“焦点访谈” 连续两天报道浙江无锡“非法干细胞治疗事件”:
2011年,58岁的昆明市民张某被查出身患结肠癌晚期,一个偶然的机会,他们听说,无锡某干细胞公司拥有一种非常有效的治疗方法,说人体干细胞很有用,能治好。并且其董事长跟他们说:“一般的癌症根本没有问题。你这个病很有希望的,如果不来我们这里的就没救了。”一个剂量12万元,一个疗程36万元。张某的女儿凑足了36万元,汇到该公司的账户上。第二天该公司把张某夫妇带到了无锡市滨湖区的一家社区医院为张某进行胚胎干细胞治疗。2012年3月30日,公司人员告诉他们,治疗结束,效果很好,可以回家休养。而当一家人回到昆明,张某的病情远没有像该公司所承诺的那样,向好的方向发展,能再活十年,而是急转直下,短短三个月便不幸去世。
干细胞治疗技术还处于初级阶段,还有许多难题有待克服。国家应该大力支持干细胞研究,以尽快解决技术难题,攻克科技难关。但是当技术还不成熟,在安全性、有效性没有确证的时候,为了赢利而匆促应用于临床,这就严重侵犯了患者的利益。
3干细胞治疗的管理
2010年10月7日Nature杂志发文“Stem-cell laws in China fall short”,从立法层面指出中国规制干细胞技术的相关法律欠缺,现有法律缺乏可操作性。认为准确清晰、详细的配套规则是必须的。
2012年4月11日Nature杂志继续发文“China’s stem-cell rules go unheeded”从执法层面指出中国干细胞规制收效甚微。未按要求申报批准、未经临床试验验证的干细胞治疗方法广泛应用于临床治疗,并且禁而不止。
目前中国干细胞市场被公认存在以下弊病:
3.1未经临床试验验证、未按要求申报批准而擅自应用于临床
2009年3月2日卫生部组织制定了《医疗技术临床应用管理办法》,并于5月1日施行。干细胞治疗技术被列入第3类医疗技术,由卫生部负责技术审定和临床应用管理。2013年,我国出台了《干细胞临床试验研究管理办法(试行)》,第四条规定:“干细胞临床试验研究必须在干细胞临床研究基地进行,干细胞临床试验研究基地由卫生部与国家药品食品监督管理局组织进行遴选和确定。”也就是说所有干细胞制剂只要应用于临床治疗,就必须经过临床试验验证。可事实上中国许多医院都在开展干细胞治疗技术,却未经临床试验。
3.2虚假宣传扩大疗效
如同2014年3月15日报道的无锡某干细胞公司声称她们的技术治疗一般的恶性肿瘤根本没有问题,最坏也能带着癌症生存10年。干细胞技术治疗恶性肿瘤,如果未经临床试验验证,意味着其安全性、有效性尚未确定。很多企业不顾这些基本事实,为追求高额利润,任意扩大其疗效以吸引患者。
3.3无收费依据与收费标准擅收高价
干细胞临床试验研究管理办法(试行)第七条规定:开展干细胞临床试验研究,不得向受试者收取费用,不得市场化运作,不得干细胞治疗广告。这说明干细胞技术的临床试验不能收取费用。另外中国还没有批准干细胞的临床试验,所以未经临床试验的干细胞技术没有资格应用于临床治疗,更谈不上收取费用了。即使干细胞治疗技术获得了临床批文,准许应用于临床,也不能擅自收取高价,而是必须作为三类医疗技术通过另外的程序申请物价批文。
3.4干细胞供体未经检测
我国《人体细胞治疗研究和制剂质量控制技术指导原则》强调无论细胞来源如何,都必须提供细胞的组织来源及细胞类别的确证资料,其中包括形态生化或表面标志等。
若体细胞来源于同种异体,需说明供体的年龄、性别,供体必须符合国家对献血员的要求,并提供测试的方法及符合条件的依据。供体必须经过检验证明HBV抗原、抗HCV、抗HIV-1/2、梅毒抗体、细菌、霉菌均为阴性,必要时需说明供体的既往病史、家族史等临床资料。对于那些需通过激活体内免疫功能发挥作用或需体细胞在体内长期存活的体细胞治疗项目,除ABO血型外,还必须对供体做HLA-I类和II类分型检查,并证明与受体(病人)相匹配,同时提供检测方法和依据。若体细胞来源于动物,必须提供动物的来源,遗传背景,健康证明(如重要病原体,包括人畜共患疾病的病原体),饲养条件,应用此类体细胞的必要性和安全性。
可是许多开展干细胞治疗的医院与企业为节约成本,利益最大化,忽略或简化了对细胞与供体的检测。
3.5干细胞来源的伦理问题
事实上目前许多医院或者企业的干细胞来源是流产的婴儿或者剩余胚胎。通过私下与妇产科达成某项协议而获得胚胎干细胞。这种获得方式即使作为科研也必须通过伦理审查。如果流产胎儿是成为企业营利的“原材料”,几乎不可能会通过伦理审查。
小细胞肺癌(sCLC)是一种高度恶性的肿瘤,早期出现区域淋巴结及远处转移。因此临床上以化疗为主要治疗手段[1]。该病对化疗敏感,单药有效率高,临床常用联合方案。本病例采用自体造血干细胞移植(aSCT)治疗取得很好疗效,现报告如下。
1 材料与方法
1.1 临床资料 患者,女,58岁,与2006年8月21日入院,经过CT显示右肺占位,做病理后确诊为sCLC局限期。
1.2 aSCT动员、采集、保存及回输
1.2.1 aSCT动员 采用大剂量化疗加动员剂进行动员。方案:紫杉醇(135mg/m2)+卡铂(AUC=5)+VP-16(75mg/m2),第1天至第3天,四个周期(每个周期10天)获得完全缓解后,给予动员剂重组粒细胞集落刺激因子rhG-CSF(Kirin公司产品)5~10μg/kg皮下注射,共5~10天[2]。
1.2.2 aSCT采集、保存及回输 当外周血WBC>1.0×109~5.0×109/L,PLT>20×109~50×109/L,外周血CD34(+)细胞>1%时开始采集。使用CS-3000plus细胞分离机(美国Baxter公司生产)。分离夹用GRANULO,收集夹用A-35,全血流速55mL/min,全血∶抗凝剂为10∶1,终点量值10 000mL(根据需要确定),1 000mL生理盐水,500mL抗凝剂(ACD-A),600mL转输袋,以及消耗品管路一套。按程序进行采集。采集的aSCT 200mL在4℃冰箱保存,待预处理72小时后经静脉回输。
1.3 预处理方案 基本方案为紫杉醇175mg/m2+卡铂(AUC=7)+VP-16(600mg/m2),第1天至第3天。
1.4 支持治疗与并发症的防治 患者于预处理方案进行前一天住进无菌层流净化病房。根据患者进食情况适当给予肠外营养。强迫利尿,水化,5%碳酸氢钠化尿液及Mesna预防出血性膀胱炎,常规口腔及肛周护理,在粒细胞缺乏期防感染而用广谱抗生素[3]。
2 结果
移植后患者获得了造血重现,MNC≥0.5×109/L及PLT≥20×109/L。没有出现预处理后的不良反应,也未出现严重感染及出血性膀胱炎等严重并发症。移植后的生存期已达300天。
3 讨论
近几年来aSCT正在越来越广泛地应用于治疗恶性肿瘤,而sCLC对化疗高度敏感,许多学者多选择局限期患者中诱导化疗达CR或接近CR的患者,将aSCT作为后强化治疗手段。这样它可以使肿瘤患者耐受大剂量化疗,最大限度杀伤肿瘤细胞,而且由于造血重建快,从而减少了出血感染的机会,降低了治疗费用,体现了aSCT的优越性[4]。有研究表明,采集的aSCT在4℃可以安全保存4~5天,期间患者可接受大剂量化疗。我们采集的aSCT也采取在4℃保存的方法,无需超低温保存设备及技术,这不仅可简化移植过程,降低医疗费用,也可减少aSCT在体外被污染的机会,该患者目前仍处于CR中。对于患者提高了其生存率,但aSCT治疗sCLC长期疗效还有待进一步观察[5]。
参考文献
[1] 张季平.临床内科学[M].天津:天津科技出版社,1999:1888.
[2] 张继良,何华.自体造血干细胞移植治疗小细胞肺癌的护理[J].护理学杂志,2003,18(1):21-22.
[3] 达万明.自体造血干细胞移植治疗恶性淋巴瘤的近况[J].中华血液学杂志,1996,17(10):554-557.
1966年Friedenstein等[2]首先从骨髓中发现MSCs,是来源于中胚层的成体干细胞,广泛存在于全身结缔组织和器官间质中。MSCs在体外长期培养的过程中始终保持多向分化潜能,而且易于分离、培养、扩增及外源基因的导入和表达,免疫原性弱,具有强大的迁移能力。其分泌的多种细胞因子具有调节免疫、支持造血的特性,对于修复组织缺陷或损伤有独特的优势,遗传背景稳定,且不受胚胎干细胞研究中遇到的伦理问题限制。因此,MSCs在细胞治疗、基因治疗及组织工程中得到广泛的应用。目前研究较多的是骨髓MSCs、外周血MSCs、脐带MSCs、胎盘MSCs及羊水MSCs。骨髓间充质干细胞(bonemarrowmesenchymalstemcells,BMSCs)是存在于骨髓微环境中的一种成体干细胞,来源于发育早期的中胚层,是具有高度自我更新能力和多向分化潜能的多能干细胞。动物实验及临床研究证实,BMSCs可促进损伤组织结构及功能的修复,用于治疗脑、脊髓、心肌、皮肤及颌面部等多种损伤性疾病,临床已取得满意疗效[3-5]。但成人BMSCs存在病毒高度污染的可能和潜在的致瘤性,随着年龄增长其细胞数量和扩增、分化能力呈明显下降趋势,且供者BMSCs采集须行骨髓穿刺术,因患者易感染、体质较弱等因素限制了自体BMSCs移植的应用。近年来,自体外周血干细胞(peripheralbloodstemcells,PBSC)移植已成为继自体骨髓移植之后治疗恶性血液病、免疫缺陷性疾病和某些实体肿瘤的又一有效辅助方法,在治疗神经、心血管系统疾病等方面也取得满意疗效。PBSC具有更强的增殖能力、造血及免疫功能恢复快、来源及采集方便及痛苦小等优点。但外周血的祖细胞和多能造血干细胞只占骨髓细胞的1/104~1/105,需用血细胞分离器采集多次,同时需借助造血干细胞动员剂,使骨髓或其它部位的造血干细胞进入血流,以提高外周血造血干细胞的单次采集效果。
脐带间充质干细胞(umbilicalcordmesenchymalstemcells,UCMSCs)的研究是传统BMSCs的新生力量,UCMSCs多数生物学特征与BMSCs相似,但其增殖能力、CFU-F频率、CD106、HLA-Ⅰ表达和神经诱导分化能力等优于BMSCs。同时脐带来源广泛,便于取材,对供者无不利影响,不影响脐带造血干细胞的保存,无道德伦理限制[6],且其干细胞输注相关的病毒和病原微生物感染率远低于BMSCs移植,是一类免疫缺陷细胞,不需经过严格配对,异体移植无免疫排斥反应或反应较弱,适于不同个体之间移植且易于转染外源基因。目前已用于治疗神经退行性疾病帕金森综合症、肺纤维化修复、类风湿、肾损伤、大肠炎、改善肝硬化后肝功能、抑制乳腺癌等领域以及作为基因治疗载体细胞[7-10]。因此,作为一种新型种子细胞,UCMSCs的应用具有更广阔的前景。另外,目前发现通过各种体外诱导方法,可使胎盘间充质干细胞(placentalmesenchymalstemcells,PMSCs)可以分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌细胞、神经细胞等多种细胞[11]。PMSCs来源广泛,供者无痛苦,污染机会少,分化能力较佳,增殖迅速,具有更强的长期增殖能力。Prusa等[12]首次证实,羊水细胞表达Oct-4转录因子,Oct-4被认为是鉴定多潜能干细胞的标志性基因。羊水来源干细胞同样具有多向分化潜能,培养条件适当可以分化出内胚层、中胚层、以及外胚层3个胚层的细胞[13]。近年羊水干细胞在组织工程学领域的研究有了新的突破,包括成功地构建了组织工程骨[14]、人工心瓣膜的体外培育[15]及异体移植后联合高压氧疗促进受损神经生长[16]等多个方面。羊水取材简便,既可在产前诊断时经羊膜穿刺获取,也可在分娩过程中收集。不会对母亲和胎儿造成伤害,安全性高,且不涉及伦理问题。
MSCs治疗卵巢早衰
近年来采用骨髓、脐带和羊水来源MSCs移植治疗化疗药物、免疫性卵巢炎、半乳糖和化学因子诱导的POF取得了明显效果。MSCs原位、腹腔或静脉注射后,可迁移、定植于卵巢,并在卵巢存活、生长,可恢复实验动物卵巢形态、大小和正常动情周期,增加卵巢各级卵泡数,促进颗粒细胞生长,抗颗粒细胞凋亡,改善卵巢内分泌功能,恢复受孕。
1体外研究
体外研究分析干细胞治疗作用的机理,目前主要研究干细胞与卵巢颗粒细胞共培养,检测其是否可抑制卵巢颗粒细胞调亡。POF主要的病理学表现为颗粒细胞凋亡,而凋亡调控涉及多种基因和蛋白,包括Bcl-2基因(B-celllymphoma/leu-demia-2,淋巴细胞瘤/白血病基因-2)、Bcl-2相关X蛋白(Bax)、细胞型Flice抑制蛋白(cellular-Flicelikeinhibitoryprotein,cFLIP)、P53等[17-18]。Bcl-2可以通过线粒体途径抑制卵巢颗粒细胞的凋亡,而Bax则可促进细胞的凋亡。cFLIP在健康卵泡中高表达而在闭锁卵泡中低表达,推测其具有抑制卵巢颗粒细胞凋亡作用[18]。一些细胞因子如血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)、胰岛素样生长因子-1(insulin-likegrowthfactor-1,IGF-1)、肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor,HGF)等也参与了凋亡调控过程[19-20]。体外培养BMSCs发现,其分泌的多种细胞因子如VEGF、HGF、IGF-1、碱性成纤维细胞生长因子(basicfi-broblastgrowthfactor,b-FGF)等,可减少细胞凋亡,促进上皮增生及血管生成,抑制炎症反应[21-22]。付霞霏等[23]研究报道,颗粒细胞与BMSCs共培养后,BMSCs能上调Bcl-2基因在颗粒细胞中的表达,并分泌具有抗凋亡作用和促血管生成的细胞因子,如VEGF,IGF-1和HGF,颗粒细胞凋亡率下降,细胞存活率上升,BMSCs细胞数越多,凋亡率越低,呈现数量依赖性。陈芳等[24]在体外实验发现,UCMSCs具有抑制卵巢颗粒细胞凋亡的作用。
2动物实验及体内研究
由于POF的病因尚不清楚,目前仍没有非常理想的POF动物模型。因化疗药物造模具有动物取材容易、病理结果与人一致、可用药物逆转、操作容易且造模投入人力和时间相对较少等优点,是目前常见卵巢早衰造模模型。目前研究主要针对化疗药物造模方式导致的卵巢早衰,观察移植干细胞的存活迁移情况,探讨MSCs移植对卵巢损伤大鼠卵巢结构、功能的影响及其可能作用机制,为进一步的研究和临床治疗提供实验依据。Lee等[25]报道,移植绿色荧光标记的BMSCs至环磷酰胺诱导的POF小鼠体内,发现小鼠卵巢内未成熟卵泡数量显著提高,且其远期生殖能力也有所改善。随后研究[23]发现,大鼠BMSCs的卵巢局部移植对化疗所致的卵巢早衰有明显的治疗作用,表现为大鼠卵巢各级卵泡数增加,E2浓度明显上升,FSH浓度明显下降,表明BMSCs能修复卵巢结构,改善卵巢内分泌功能。其机制可能与BMSCs能分泌VEGF、IGF-1、HGF等,抑制卵巢颗粒细胞凋亡有关。贺卫卫等[26]也证实,BMSCs可促进损伤卵巢功能修复,其机制可能是BMSCs通过腹腔血管进入血液循环到达受损伤卵巢,利用其多向分化潜能分化发育成受损伤的组织。BMSCs中可能还存在生殖干细胞,分化发育成各级卵泡及BMSCs可分泌多种细胞外基质,促进损伤卵巢功能的修复。另有研究[27-28]发现,BMSCs在体内能选择性地迁移和停留在机体受损伤的组织,可能与MSCs表面表达的生长因子、细胞因子和细胞外基质受体有关,这些因子驱使移植的BMSCs迁移至炎症部位。随着BMSCs移植时间的推移,免疫损伤卵巢的各级卵母细胞逐渐增多,BMSCs移植4周后,卵巢各部分细胞形态均与正常卵巢相似;而且凋亡的颗粒细胞数明显减少,表明BMSCs对卵巢免疫损伤的修复有效。2010年埃及国家研究中心在德国举行的世界生殖和不孕大会报告上报道,BMSCs使生育能力有缺陷的雌性实验鼠的卵巢功能得到康复。最近一项研究用卵泡刺激素受体(FSHreceptor,FSHR)基因敲除的雌性小鼠模型来研究人类POF[29],静脉注射BMSCs后发现,小鼠成熟卵泡数及总卵泡数明显增加,与对照组相比,血清FSH下降,雌激素增加,并在移植骨髓干细胞的小鼠卵巢内检测到FSHRmRNA,表明BMSCs可到达小鼠卵巢,并刺激卵巢分化和表达FSHR基因,使FSHR对FSH产生反应,恢复卵泡的成熟发育和类固醇激素的生成,这为临床上有生育要求的POF患者恢复受孕提供了可能。李彩霞等[30]研究UCMSCs发现,其表达OCT4、Stella、Ifitm3等生殖系特异性标记物,且将其移植到POF小鼠体内后,具有向卵巢归巢的能力,并能在局部存活生长,提示UCMSCs可能具有向生殖细胞转化的潜能及卵巢损伤修复的作用。冷少华等[31]报道UCMSCs移植到动物体内后,能富集在卵巢早衰动物卵巢的卵泡周围,非闭锁始基卵泡数量显著提高,表明UCMSCs具有向生殖细胞分化的能力。朱少芳等[32]通过鼠尾静脉移植人UCMSCs到卵巢早衰的大鼠模型,发现体外标记PKH26的人UCMSCs可迁移至卵巢,主要沿基质血管分布,为追踪人UCMSCs移植后在体内生长、分化和转归提供依据。李洁等[33]通过移植人羊水来源干细胞(AFS)治疗大鼠卵巢早衰发现,AFS能有效地恢复动物的动情周期,提高体内雌激素分泌水平,改善卵巢组织卵巢早衰的状况,并且分阶段移植AFS比一次性移植AFS治疗效果更显著。综上所述,MSCs移植修复损伤卵巢组织的机制可能为:(1)MSCs移植后,在特定的微环境诱导下可分化为受损组织的细胞,部分补偿或替代其功能;(2)MSCs能分泌多种细胞因子,例如VEGF,HGF,IGF-I,TGF-β和GM-CSF等,通过旁分泌途径参与颗粒细胞生长和凋亡调节过程。在体外和体内都能抑制靶细胞凋亡,修复受损组织细胞。(3)MSCs分化成卵巢组织细胞后,可能分泌激素,调控体内激素水平。(4)MSCs中可能还存在有生殖干细胞,分化发育成各级卵泡,促进损伤卵巢功能的修复,MSCs可分泌多种细胞外基质,也有助于损伤卵巢的恢复。
总结与展望
干细胞分化的RPE细胞移植挽救感光细胞的确切机制尚不明,目前认为主要是两种机制:神经营养因子的释放,和色素上皮细胞与感光细胞之间生理作用的恢复。实验中移植范围之外的修复以及碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblastgrowthfactor,bFGF)能够延迟感光细胞凋亡,这些研究表明:可扩散的细胞因子如睫状神经营养因子、胶质细胞源性神经营养因子、脑源性神经营养因子,或bFGF可能参与细胞救援,延缓视网膜神经细胞损伤。同时,电镜结果表明正常细胞间连接也是阻止感光细胞凋亡的一个重要因素。在RCS大鼠视网膜下腔内注射间充质干细胞,其呈六角形长入视网膜色素上皮层,与宿主RPE建立紧密连接,恢复感光细胞的功能,提示视网膜色素上皮和光感受器之间正常生理作用的恢复也是作用机制之一。
人胚胎干细胞(humanEmbryonicStemCells,hESC)分化为RPE细胞:胚胎干细胞(EmbryonicStemCells,ESC)取自哺乳动物囊胚期(人类胚胎发育过程中受精卵形成后第5天)的内细胞团。ESC在体外能直接诱导分化为视网膜神经细胞及RPE细胞,诱导分化的视网膜神经细胞移植后能整合进视网膜,并表达感光细胞标记物,诱导分化的RPE细胞移植到视网膜下可加强宿主感光细胞的存活[16]。若直接将ESC移植入眼内,可以在眼内形成视网膜神经节细胞样细胞,但移植后有致瘤性,致畸胎瘤或是其他肿瘤的风险[16]。Vugler等[17]通过诱导hESC分化获得了单层的视网膜色素上皮样细胞。这些获得的RPE细胞不仅在细胞形态和特异标志物的表达上符合成熟的成人RPE细胞的特征,同时在功能学上的也极其相似。而且,体内外实验均证实其具有吞噬感光细胞外节的功能。多项动物实验证实hESC分化的RPE细胞移植能够在一定程度上挽救光感受器的功能并促进视觉功能的修复[17-19]。最近,美国FDA已批准hESC分化的RPE细胞移植用于Stargardt营养不良和年龄相关性黄斑病变两类疾病的临床实验。但是,采用hESC来源分化RPE细胞,不可避免的存在免疫排斥问题和伦理学问题。
诱导的多潜能干细胞(inducedPluripotentStemCell,iPSC)分化为RPE细胞:iPSC是由外源导入转录因子,重编程体细胞,有自我更新、多向分化潜能及记忆能力等特点的一种细胞系[20]。Dennis等[21]培养的人iPSC和hESC都可以自发分化为RPE细胞,这两种来源的RPE在形态和功能上十分相似,并且都类似胎儿期的RPE细胞。另外,iPSC可以避免移植过程中的免疫排斥问题和胚胎干细胞带来的伦理问题。Carr等[22]对RCS大鼠进行的体内外实验证实iPSC分化的RPE细胞移植通过吞噬作用维持感光细胞的功能,视网膜外核层厚度和视功能明显增加,且改善范围同样超出了细胞移植的范围,提示移植细胞激发宿主的神经保护作用。然而,与人ESC相比,人iPSC-RPE细胞移植于RCS大鼠后的排斥反应明显。尽管hESC和iPSC分化的RPE细胞在动物模型上被证明是有明确功能的,但同时恢复并保持RPE细胞的极性和Bruch膜结构对于促进其移植后长期存活和功能整合是非常必要的。要使供体RPE细胞移植后长期存活,不发生凋亡,必须紧紧贴附于健康的Bruch膜[23]。目前认为的RPE移植的临床适应症中,Bruch膜往往已经老化或破坏了,因而降低了移植成功率。RPE细胞移植长期存活主要决定于移植的这些细胞能否逃避受体免疫排斥反应。移植免疫排斥反应本身还存在成瘤,感染和肝肾毒性等并发症。自体iPSC来源的细胞移植可以避免这一问题,而使用iPSC存在的一个主要问题是原有的遗传缺陷再次导入而使供体细胞也发生原始病变。
干细胞分化为感光细胞
目前对于感光细胞完全丧失的视网膜疾病缺乏有效的治疗方法,例如视网膜色素变性晚期等。如果没有感光细胞,所谓的RPE移植以及基因治疗都将失去意义,因此,必须寻找途径重建感光细胞层。感光胞是感觉神经元,只在一个方向上与双极细胞或水平细胞形成连接,感光细胞替换通常比其它神经元都更直接更容易。另外,感光细胞对外源性光刺激产生反应,并不需要复杂的树枝状突触来产生传入冲动。这些均有利视网膜感光细胞移植[24]。人们尝试用各种干细胞来获取感光细胞。Tao等[25]在体外对人的间充质干细胞(MesenchymalStemCell,MSC)进行培养,并分化成感光细胞。Sakaguchi等[26]将神经干细胞(NeuralStemcells,NSC)移植入成体视网膜,部分移植细胞整合入宿主视网膜,但这些细胞并没有能够分化成为典型的视网膜细胞。其失败的原因可能是NSC分化为视网膜感光细胞的过程中需要多种复杂的分子事件来引导,而成体视网膜不能够提供诱导环境。2006年,Maclaren等[27]将感光细胞前体(Photoreceptorprecursors)移植到视网膜变性小鼠的视网膜下腔,发现移植的细胞能够对光刺激产生反应,证实供体细胞能够整合到成熟的视网膜神经通路,还证实了移植细胞的整合率与细胞所处的发育阶段密切相关。他们认为,最适宜于外层视网膜修复的供体细胞是有丝分裂后期的感光细胞。
在一定条件下,ESC可以被诱导成为光感受器前体细胞。体外研究表明hESC也可分化为表达感光细胞感光细胞标记物的细胞,成为提供感光细胞的来源[28]。将hESs体外分化后移植到Crx小鼠(Lebers先天性黑曚动物模型),移植细胞能够移行并整合到病变视网膜中并且改善小鼠的对光反应,这些细胞能表达感光细胞的特异标记物并且分化出了感光细胞外节样的形态结构[29]。近年来,iPSC的研究成为医学研究领域新的热点,研究证实iPSC可诱导分化为感光细胞。Lamba等[30]从人成纤维细胞诱导产生iPSC,经体外培养,分离出感光细胞,将其移植到正常成年小鼠视网膜下腔,发现供体细胞能够整合到受体并表达视网膜感光细胞标记物。iPSC在不同的微环境和时间段,可以分化为不同的细胞。因此,可以选择性地诱导其成为特异细胞用于移植。
干细胞分化为视网膜神经节细胞(Retinalganglioncells,RGC)
RGC是视网膜及视神经轴突的投射神经元,视网膜与大脑联系的视觉通路。干细胞分化为RGC的机制极其复杂,相应的研究进展较其他细胞少。它需要供体细胞移行整合入神经节细胞层分化为RGC样细胞,而且还需要轴突长入视神经内并穿过髓鞘到大脑的靶区[31]。正常RGC不仅与视网膜神经细胞形成突触联系,还要发出轴突与视觉通路上的很多神经元形成突触联系,因此相较于RPE或是感光细胞移植,RGC的替代治疗更是个挑战。ESC[32]和MSC[33]都曾被作为细胞来源用于RGC的替代治疗,研究中发现供体细胞能够移行并整合到受体视网膜,但最终都没有观察到任何功能学方面的改善。大鼠骨髓MSC经碱性成纤维细胞生长因子体外诱导可分化为具有RGC表型的神经元样细胞,诱导后细胞间存在突触联系[34]。小鼠成纤维细胞来源的iPSC,分化为视网膜神经节样细胞,这些细胞能够存活但无法整合到健康的视网膜中[35]。最常累及视网膜神经节细胞的病变是青光眼,这是一种神经退行性疾病,其以进行性神经节细胞丧失为特征。有文献报道在青光眼的大鼠玻璃体腔内注射骨髓MSC能够促进RGC的存活[33],同样在青光眼大鼠模型体内腔注射少突胶质细胞前体细胞,显著增加了RGC的存活率,对RGC有明显的保护作用[36],有望成为青光眼治疗的一种新的方法。#p#分页标题#e#
展望