從藥學(xué)視角探討間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)品研發(fā)的策略與進(jìn)展

李曉靜，王 麗，趙春華，柳仁民，馬勝軍，李光耀，任少達(dá)*

(聊城大學(xué) 1. 藥學(xué)院； 2. 醫(yī)學(xué)院，山東 聊城 252000； 3.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 基礎(chǔ)學(xué)院， 北京 100005；4.聊城市人民醫(yī)院 干細(xì)胞臨床研究實(shí)驗(yàn)室， 山東 聊城 252000)

干細(xì)胞治療是指利用具有特定功能的干細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)或再生達(dá)到治療疾病的目的，是繼化學(xué)藥物、蛋白藥物等分子治療藥物之后發(fā)展起來(lái)的新型細(xì)胞治療手段之一[1]。隨著干細(xì)胞基礎(chǔ)研究和臨床轉(zhuǎn)化工作的日趨深入，發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞治療產(chǎn)品對(duì)自身免疫性疾病、炎性疾病、退行性疾病等多種重大難治性疾病療效明顯，將對(duì)人類(lèi)醫(yī)藥發(fā)展產(chǎn)生劃時(shí)代影響[2]。目前，歐美及亞洲多個(gè)國(guó)家都對(duì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用極大關(guān)注并積極出臺(tái)扶持政策。目前，歐美及亞洲多個(gè)國(guó)家都對(duì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用極大關(guān)注并積極出臺(tái)扶持政策，全球干細(xì)胞市場(chǎng)將繼續(xù)保持高速發(fā)展，未來(lái)幾年中國(guó)也會(huì)占據(jù)更多的市場(chǎng)份額。

然而，現(xiàn)有的干細(xì)胞產(chǎn)品在研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，如治療療效有待提高、作用機(jī)制不夠明確、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不夠完善、治療劑量和療程等不明確、不良反應(yīng)原因不清楚等[3]。將干細(xì)胞產(chǎn)品按照“藥物”管理， 可為干細(xì)胞產(chǎn)品從研究開(kāi)發(fā)到臨床應(yīng)用提供重要保障， 是今后的發(fā)展方向。將傳統(tǒng)藥學(xué)學(xué)科，如藥物化學(xué)、藥理學(xué)、藥劑學(xué)、藥物分析學(xué)、 藥代動(dòng)力學(xué)等思路和經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到干細(xì)胞產(chǎn)品的研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和管理中，可能有助于解決這些制約干細(xì)胞藥物發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以目前基礎(chǔ)研究、臨床應(yīng)用最為廣泛的間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)為例，從不同藥學(xué)學(xué)科角度進(jìn)行探討分析，以期對(duì)MSCs的藥品研發(fā)、生產(chǎn)提供新的視角。

1 干細(xì)胞產(chǎn)品概述

MSCs具有自我增殖、多向分化、低免疫原性及免疫調(diào)節(jié)能力[1]。MSCs分泌多種抑炎因子，對(duì)T、B、DC和NK等多種免疫細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)作用，且不受主要組織相容性抗原(major histacompatibility complex,,MHC)限制[4]。MSCs還分泌多種營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞因子，可促進(jìn)自體細(xì)胞增殖起到組織修復(fù)作用[5]。與傳統(tǒng)藥物相比，干細(xì)胞藥品幾乎無(wú)不良反應(yīng)或不良反應(yīng)很小，對(duì)傳統(tǒng)治療手段治療效果不好的或無(wú)效的多種疑難病癥療效顯著[6]。已有臨床試驗(yàn)證實(shí)MSCs對(duì)心血管疾病、骨科疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、婦產(chǎn)科疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、肝病、風(fēng)濕免疫病和炎性疾病等均有治療作用。尤其是，科技部證實(shí)武漢已完成MSCs治療新冠肺炎(COVID-19)重癥患者200多例，其肺功能和癥狀改善明顯[7]。截至2020年4月，已有855項(xiàng)MSCs臨床研究方案在ClinicalTrial網(wǎng)站注冊(cè)，中國(guó)已批準(zhǔn)54項(xiàng)MSCs相關(guān)的干細(xì)胞臨床研究項(xiàng)目。目前全球已批準(zhǔn)13種MSCs藥物，中國(guó)已批準(zhǔn)5項(xiàng)進(jìn)入藥物臨床試驗(yàn)，未來(lái)幾年全球?qū)⒂懈喔杉?xì)胞藥物被批準(zhǔn)上市。干細(xì)胞藥品是新藥研發(fā)的新趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。因此，探討MSCs與各個(gè)藥學(xué)分支學(xué)科的關(guān)系將有助于干細(xì)胞產(chǎn)品的研發(fā)。

2 從藥學(xué)學(xué)科角度探討MSCs產(chǎn)品研發(fā)

2.1 MSCs產(chǎn)品與藥物化學(xué)

藥物化學(xué)(medicinal chemistry)是在生物學(xué)和化學(xué)基礎(chǔ)上，研究藥物結(jié)構(gòu)和活性的一門(mén)學(xué)科，其中先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化是藥物化學(xué)家的重要研究?jī)?nèi)容之一。從藥物化學(xué)的角度看，現(xiàn)有的“通用型”MSCs可視為先導(dǎo)化合物，具有多種藥理活性，在多種疾病中具有積極的治療效果，那么針對(duì)不同疾病的發(fā)病機(jī)制，在“通用型”MSCs的基礎(chǔ)上進(jìn)行修飾和優(yōu)化，獲得功能增強(qiáng)的“專(zhuān)用型”MSCs來(lái)治療特定疾病，就類(lèi)似于藥物化學(xué)家對(duì)于先導(dǎo)化合物的優(yōu)化過(guò)程。

MSCs發(fā)揮治療作用并不是簡(jiǎn)單的細(xì)胞替代作用，而是通過(guò)分泌細(xì)胞因子改善微環(huán)境進(jìn)而抑制炎性反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫功能或刺激自體干細(xì)胞增殖等最終實(shí)現(xiàn)治療作用[8-9]。因此,優(yōu)化MSCs的主要途徑就是通過(guò)預(yù)處理MSCs來(lái)調(diào)節(jié)其分泌的細(xì)胞因子從而增加免疫調(diào)節(jié)能力。目前MSCs預(yù)處理主要有3種策略：1)用基因編輯的手段升高或降低某一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞因子的表達(dá)[10]；2)利用MSCs免疫調(diào)節(jié)的可塑性，通過(guò)不同微環(huán)境預(yù)處理得到不同細(xì)胞因子分泌譜的MSCs[11]；3)通過(guò)基因編輯的手段敲除人蛋白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)分子表達(dá)來(lái)進(jìn)一步降低MSCs的免疫原性，延長(zhǎng)體內(nèi)存活時(shí)間，但是安全性還有待進(jìn)一步研究確認(rèn)[12]。借鑒藥物化學(xué)的思維利用生物學(xué)的各種手段對(duì)MSCs進(jìn)行修飾改造，獲得針對(duì)特定疾病的“專(zhuān)用型”MSCs，可能是干細(xì)胞產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展方向，可顯著推動(dòng)干細(xì)胞藥物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.2 MSCs產(chǎn)品與藥劑學(xué)

藥劑學(xué)(pharmaceutics)是研究藥物制劑的基本理論、處方設(shè)計(jì)、制備工藝、合理應(yīng)用的綜合性學(xué)科。對(duì)藥物來(lái)說(shuō)，選擇合適的輔料和劑型非常重要。從藥劑學(xué)的角度看，通用型或?qū)Ｓ眯蚆SCs即為“原料藥”，重懸用的液體或黏附的載體就是“輔料”。目前MSCs產(chǎn)品常見(jiàn)的輔料有0.9%氯化鈉溶液、富含血小板血漿、新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠等。0.9%氯化鈉溶液是最常用的一種輔料，安全性雖高，但其僅能提供合適的滲透壓，所以未必是最合適的輔料。富含血小板血漿包含多種細(xì)胞因子，已有研究證實(shí)與MSCs聯(lián)合應(yīng)用在多種疾病中可提高治療效果[13]。但是，富含血小板血漿成分、機(jī)制不明確，且來(lái)源受限，故其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也受到一定限制。新型生物醫(yī)學(xué)水凝膠是一種新型生物材料，其可負(fù)載特定的細(xì)胞因子，與MSCs聯(lián)合應(yīng)用起固定作用提高其治療效果，是目前研究的另一個(gè)熱點(diǎn)[14]。干細(xì)胞輔料從功能上可分為3類(lèi)：1)含有特定細(xì)胞因子的輔料，可促進(jìn)MSCs在體內(nèi)增殖、抗凋亡，延長(zhǎng)在體內(nèi)存活時(shí)間；2)含有協(xié)同治療作用的輔料，通過(guò)聯(lián)合應(yīng)用提高治療效果；3)可提高體外保存時(shí)間和活性的輔料。目前干細(xì)胞輔料研究剛剛起步，開(kāi)發(fā)成分明確、具有的特定功能的MSCs液體輔料是未來(lái)干細(xì)胞藥劑學(xué)研究的一個(gè)重要方向，對(duì)提高臨床應(yīng)用效果具有重要意義。

2.3 MSCs產(chǎn)品與藥物分析

藥物分析(pharmaceutical analysis)是利用分析測(cè)試手段，發(fā)展藥物分析方法，研究藥物質(zhì)量規(guī)律，對(duì)藥物進(jìn)行全面檢驗(yàn)與控制的科學(xué)。MSCs產(chǎn)品是一種全新的細(xì)胞藥物，質(zhì)量分析評(píng)價(jià)需要引入先進(jìn)的分析測(cè)試手段。干細(xì)胞藥物是一種活細(xì)胞，檢驗(yàn)方法不僅要注意檢測(cè)靈敏度，還要注意時(shí)效性。比如無(wú)菌檢測(cè)，與常規(guī)細(xì)菌培養(yǎng)方法相比，若采用高通量測(cè)序可以大大提高檢測(cè)的靈敏度，縮短檢測(cè)時(shí)間。再比如免疫調(diào)節(jié)能力，傳統(tǒng)方法主要通過(guò)混合細(xì)胞培養(yǎng)方法進(jìn)行檢測(cè)，但該結(jié)果容易受免疫細(xì)胞應(yīng)答能力的影響，可以嘗試采用基于細(xì)胞的檢測(cè)(cell based assay,CBA)法檢測(cè)主要細(xì)胞因子分泌量或高通量測(cè)序檢測(cè)關(guān)鍵基因表達(dá)水平來(lái)取代。

人用藥品注冊(cè)技術(shù)國(guó)際協(xié)調(diào)會(huì)(International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use，ICH)指導(dǎo)原則中的《生物技術(shù)藥品的非臨床安全性評(píng)價(jià)指南》(S6)中要求：“從藥品的開(kāi)發(fā)階段，就需要進(jìn)行詳細(xì)的鑒定工作并制定全面恰當(dāng)?shù)馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”。建立科學(xué)完善的MSCs產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是MSCs產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)中的重要內(nèi)容，可以充分借鑒藥物分析學(xué)科中關(guān)于藥品質(zhì)量分析和控制的思路。目前MSCs質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括生物學(xué)安全性、微生物學(xué)安全性、基本細(xì)胞生物學(xué)屬性及生物學(xué)有效性“四大類(lèi)”質(zhì)量屬性，檢測(cè)項(xiàng)目主要包括形態(tài)學(xué)、細(xì)胞株鑒別、細(xì)胞表面標(biāo)志、無(wú)菌檢測(cè)、病毒檢測(cè)、免疫學(xué)反應(yīng)、成脂成骨成軟骨分化能力、細(xì)胞活性及周期檢測(cè)等。根據(jù)藥物“安全、有效、質(zhì)量可控”的質(zhì)量要求，還應(yīng)該適當(dāng)增加影響MSCs治療有效性的細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子的活性檢測(cè)，及時(shí)將國(guó)內(nèi)外最新的研究共識(shí)納入到MSCs的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系中。

2.4 MSCs產(chǎn)品與藥代動(dòng)力學(xué)

藥代動(dòng)力學(xué)(pharmacokinetics)主要研究人體對(duì)藥物處置的動(dòng)態(tài)變化，包括藥物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝及排泄的過(guò)程。雖然目前有些干細(xì)胞藥物已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，但是干細(xì)胞藥物的分布、代謝等系統(tǒng)性研究尚處于起步階段。已有研究證實(shí)人體靜脈注射MSCs，主要在肺內(nèi)積累，在肝、腎、脾和其他受損器官也有分布，這種現(xiàn)象主要與血液循環(huán)和MSCs歸巢特性有關(guān)[15]。靜脈注射后進(jìn)入體內(nèi)的MSCs存活時(shí)間在1 d左右，通常在48 h內(nèi)被免疫系統(tǒng)代謝清除，清除時(shí)間長(zhǎng)短與機(jī)體免疫系統(tǒng)和MSCs的HLA表達(dá)水平相關(guān)。MSCs體內(nèi)分布和代謝研究可采用細(xì)胞體外標(biāo)記后再移植入體內(nèi)的方法，目前主要的標(biāo)記方法有熒光素酶、近外紅染料、熒光蛋白和磁性離子等，相應(yīng)地檢測(cè)方法有生物發(fā)光成像、磁共振成像、單光子發(fā)射CT(computer tomography)掃描等，可以動(dòng)態(tài)觀察干細(xì)胞在體內(nèi)的分布情況[16-19]。

藥代動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)是決定藥物服用劑量、用藥時(shí)間、分析產(chǎn)生毒副作用原因的主要依據(jù)。與常規(guī)藥物類(lèi)似，MSCs產(chǎn)品需要制定合適的給藥劑量與時(shí)間。目前多數(shù)研究采用簡(jiǎn)單的遞增方法，探究療效與劑量、時(shí)間之間的關(guān)系，如果能夠通過(guò)藥代動(dòng)力學(xué)研究清楚MSCs在體內(nèi)具體分布、存活時(shí)間和命運(yùn)歸宿，在此基礎(chǔ)上再確定最佳使用劑量和時(shí)間可能就更加合理[20]。干細(xì)胞藥物的體內(nèi)藥學(xué)特征與傳統(tǒng)藥物存在很大差別。MSCs的體內(nèi)動(dòng)力學(xué)受細(xì)胞來(lái)源、致病模型、細(xì)胞培養(yǎng)方式、治療方式、機(jī)體衰老程度、細(xì)胞衰老程度等影響[21]。深入研究干細(xì)胞藥代動(dòng)力學(xué)，有助于預(yù)測(cè)在體內(nèi)的分布、代謝規(guī)律，提高干細(xì)胞產(chǎn)品的臨床療效，降低毒副作用。

3 問(wèn)題與展望

近年來(lái)，化學(xué)藥物、傳統(tǒng)外科等醫(yī)療手段已越來(lái)越受到慢性病、人口老化及腫瘤高發(fā)的挑戰(zhàn)，以干細(xì)胞治療等為代表的治療新技術(shù)快速發(fā)展，已成為當(dāng)今生物醫(yī)藥領(lǐng)域研發(fā)的熱點(diǎn)。中國(guó)干細(xì)胞基礎(chǔ)與臨床轉(zhuǎn)化研究處于國(guó)際先進(jìn)水平，多個(gè)MSCs產(chǎn)品已經(jīng)在臨床上顯示了較好的療效，采用“藥物”模式管理MSCs產(chǎn)品已成為國(guó)內(nèi)外的共識(shí)。

MSCs的“藥物”之路才剛剛開(kāi)始，借鑒傳統(tǒng)藥物的研發(fā)思路將大有裨益。運(yùn)用藥物化學(xué)的思維，優(yōu)化現(xiàn)有的通用型MSCs，研究針對(duì)特異性疾病的專(zhuān)用型MSCs，有助于解決其作用機(jī)制不明、選擇性不強(qiáng)的問(wèn)題；運(yùn)用藥劑學(xué)的思維，開(kāi)發(fā)新型的MSCs輔料，有助于增強(qiáng)MSCs的功能和療效；運(yùn)用藥物分析的思維，引入最新的分析測(cè)試方法，制定全面的MSCs質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，有助于MSCs的質(zhì)量管理和控制；運(yùn)用藥代動(dòng)力學(xué)的思維，探索新的技術(shù)手段，研究干細(xì)胞產(chǎn)品在體內(nèi)分布、代謝規(guī)律，建立體內(nèi)動(dòng)態(tài)分布和療效之間的關(guān)系，將有助于解決干細(xì)胞產(chǎn)品臨床應(yīng)用的用藥問(wèn)題。

干細(xì)胞藥物是一個(gè)復(fù)雜的整體，單純的一門(mén)藥學(xué)學(xué)科無(wú)法解決所有問(wèn)題，需要多個(gè)學(xué)科的共同努力。通過(guò)藥學(xué)專(zhuān)家的加入，融合新藥研發(fā)的思路與方法，將干細(xì)胞新藥研發(fā)引入標(biāo)準(zhǔn)跑道，已經(jīng)成為行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著干細(xì)胞、藥學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、生物材料等多個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的加入，通過(guò)多方努力，相信會(huì)有越來(lái)越多的干細(xì)胞藥品被規(guī)范研發(fā)、批準(zhǔn)上市，最終惠及廣大病患。