介入再生醫(yī)學(xué)中干細(xì)胞治療研究進(jìn)展

關(guān)斯文 劉 旋 劉 剛?

1(廣西醫(yī)科大學(xué)廣西生物醫(yī)藥協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西組織器官修復(fù)醫(yī)用生物材料工程技術(shù)研究中心，南寧 530021)

2(廈門大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，分子影像暨轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心，福建廈門 361102)

引言

干細(xì)胞可以分化為多種不同類型的細(xì)胞，并對(duì)疾病微環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，在促進(jìn)老化損傷或疾病損害的組織功能恢復(fù)與再生方面顯示出巨大應(yīng)用前景。然而，干細(xì)胞在臨床治療中的潛力尚未完全發(fā)揮，其中一個(gè)重要但常被忽視的原因就是干細(xì)胞的遞送途徑。 研究表明， 通過不同途徑對(duì)相同的干細(xì)胞進(jìn)行遞送，其治療效果會(huì)大不相同[1-3]。 干細(xì)胞通過常規(guī)的靜脈注射進(jìn)入人體后，大多數(shù)會(huì)聚集于肺部、脾臟和肝臟等器官中，從而嚴(yán)重影響其療效[2]。然而，通過動(dòng)脈內(nèi)注射、腔內(nèi)注射或直接注射等方式將干細(xì)胞遞送至靶組織能夠顯著提高其治療效果[1-2，4]。

介入再生醫(yī)學(xué)(IRM)旨在通過影像引導(dǎo)微創(chuàng)手術(shù)與干細(xì)胞的局部遞送方式結(jié)合，將干細(xì)胞直接遞送至靶部位，從而提高干細(xì)胞治療效果，以促進(jìn)受損組織器官的修復(fù)和再生。 IRM 的起源和發(fā)展與介入腫瘤學(xué)類似，實(shí)體腫瘤的化療藥物通常是經(jīng)靜脈遞送，使藥物全身分布，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的毒副作用和較差的治療效果。 為了解決這個(gè)問題，引入介入方式，開發(fā)出圖像引導(dǎo)的微創(chuàng)手術(shù)，通過不同的局部介入方式，將有強(qiáng)烈毒副作用的藥物直接遞送到腫瘤部位。 例如，通過動(dòng)脈血供，經(jīng)動(dòng)脈化學(xué)栓塞，將化療藥物直接遞送至肝腫瘤區(qū)域，可以顯著改善臨床療效，降低手術(shù)切除或器官移植的需求。

基于過去幾十年來(lái)研究者們對(duì)體內(nèi)各器官藥物遞送方式的不斷探索，以及臨床微創(chuàng)手術(shù)、介入技術(shù)的進(jìn)步和成像設(shè)備、輔助導(dǎo)航產(chǎn)品的開發(fā)，未來(lái)IRM 也將為干細(xì)胞治療與器官再生開辟新的途徑。 本文將對(duì)干細(xì)胞靶向遞送的新概念、干細(xì)胞來(lái)源和遞送途徑進(jìn)行綜述。

1 臨床再生治療常用的干細(xì)胞來(lái)源

目前，在前臨床和臨床研究中，間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells， MSCs) 與單個(gè)核細(xì)胞(mononuclear cells，MNCs)已被廣泛用于不同疾病中器官、組織的修復(fù)和再生，是基于干細(xì)胞再生治療的兩種最常用的細(xì)胞來(lái)源。

1.1 間充質(zhì)干細(xì)胞

MSCs 是一種可以分化為不同類型細(xì)胞的多能干細(xì)胞，能夠從骨髓(bone marrow-derived MSCs，BM-MSCs)、脂肪(adipose-derived MSCs，AD-MSCs)、外周血(peripheral blood-derived MSCs，PB-MSCs)、胎盤組織和臍帶(umbilical cord-derived MSCs，UCMSCs)中獲取，在臍帶內(nèi)MSCs 可以從Wharton′s Jelly 結(jié)締組織中獲取(Wharton′ s Jelly-derived MSCs，WJ-MSCs)。 MSCs 在體內(nèi)通過血液和淋巴循環(huán)進(jìn)行遷移或通過生長(zhǎng)因子、趨化因子、細(xì)胞因子從組織基質(zhì)和微血管中遷移至損傷部位，隨后在靶部位分泌調(diào)節(jié)宿主先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答的細(xì)胞因子以促進(jìn)血管生成、調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)和結(jié)締組織的沉積，進(jìn)而參與組織修復(fù)和再生[5]。 鑒于其在多種疾病狀態(tài)中具有旁分泌作用與較低的免疫原性[6]，MSCs 是目前干細(xì)胞再生治療最常用的細(xì)胞來(lái)源。

1.2 單個(gè)核細(xì)胞

MNCs 是從骨髓(bone marrow-derived MNCs，BM-MNCs) 或外周血( peripheral blood-derived MNCs，PB-MNCs)中分離出來(lái)具有單個(gè)細(xì)胞核的細(xì)胞總稱。 MNCs 包含多種細(xì)胞，如多種干細(xì)胞、祖細(xì)胞、免疫細(xì)胞、前體細(xì)胞等。 與需要在使用前進(jìn)行體外擴(kuò)增的MSCs 相比，MNCs 易于通過干細(xì)胞采集術(shù)和密度梯度離心法被大量地分離獲得。 從外周血中分離MNCs 不需要麻醉，與分離骨髓MNCs 相比侵入性較小，分離后可以使用細(xì)胞分選等方法針對(duì)特定細(xì)胞類型進(jìn)一步純化。

2 干細(xì)胞局部遞送方式的應(yīng)用

2.1 心臟病

隨著對(duì)干細(xì)胞研究的逐步深入，采用生物學(xué)技術(shù)將不同組織來(lái)源的干細(xì)胞通過體外分離、培養(yǎng)、擴(kuò)增，經(jīng)不同遞送途徑進(jìn)行干細(xì)胞移植治療，以期替代修復(fù)或改善受損心肌組織生物學(xué)功能的心肌細(xì)胞重塑治療，于臨床應(yīng)用中顯示出良好前景。 其中，尋找干細(xì)胞移植的理想種子細(xì)胞是心肌細(xì)胞重塑治療的關(guān)鍵所在。 當(dāng)前，心臟病(cardiac disease，CD)的干細(xì)胞治療通常采用MSCs、MNCs 和人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(human induced pluripotent stem cells，hiPSCs)。 其中，MSCs 是CD 臨床研究中使用最多的一類干細(xì)胞，其對(duì)心臟的治療作用主要依賴于旁分泌機(jī)制，在組織損傷修復(fù)中MSCs 發(fā)揮的作用機(jī)制可能與其分泌的多種生物活性因子相關(guān)，包括生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、趨化因子與激素等。 旁分泌效應(yīng)在對(duì)抗心肌凋亡以及血管生成等方面發(fā)揮重要作用。 研究表明通過基因修飾可以增強(qiáng)MSCs 的治療作用[7]。

目前在CD 的干細(xì)胞治療中，經(jīng)外周靜脈注射是最簡(jiǎn)單的干細(xì)胞遞送途徑，但須經(jīng)血液循環(huán)方能到達(dá)靶部位，因而使較多的干細(xì)胞滯留于外周組織。 研究表明，經(jīng)靜脈輸入的干細(xì)胞早期主要滯留在肺內(nèi)，并于肺循環(huán)中被大量破壞，故遞送效率低下。 經(jīng)冠狀動(dòng)脈注射和心肌內(nèi)注射是干細(xì)胞移植治療CD 最常用的給藥途徑。 隨著CD 介入治療的日益進(jìn)展，心導(dǎo)管介入治療被逐漸引入了心臟干細(xì)胞移植領(lǐng)域。 經(jīng)冠狀動(dòng)脈注射是通過經(jīng)導(dǎo)絲球囊導(dǎo)管的中心腔注射干細(xì)胞，該方式侵入性較小，具有較高的安全性與可行性。 在心肌梗死的急性期，炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)和炎癥介質(zhì)的參與導(dǎo)致梗死區(qū)毛細(xì)血管的通透性增加，使經(jīng)冠狀動(dòng)脈遞送的干細(xì)胞易于透過毛細(xì)血管壁進(jìn)入心肌內(nèi)，從而為干細(xì)胞的歸巢提供了良好條件，同時(shí)，該方式因能與冠狀動(dòng)脈介入術(shù)同步進(jìn)行而備受青睞。 但對(duì)于晚期缺血性心臟病患者，干細(xì)胞無(wú)法通過增厚的冠狀動(dòng)脈，該方式療效可能欠佳。 與之相比，經(jīng)心肌內(nèi)注射干細(xì)胞通常需要心內(nèi)通路或外科手術(shù)干預(yù)，然而這種方式可使干細(xì)胞的心肌滯留增加3～5 倍[9]。 有研究表明，通過心內(nèi)膜遞送干細(xì)胞可確切地判斷梗死區(qū)域，較其他方法更為準(zhǔn)確地將干細(xì)胞注射到缺血的心肌組織內(nèi)，治療后表現(xiàn)出最大的梗死面積減少和LVEF 改善，而經(jīng)冠狀動(dòng)脈遞送治療后沒有出現(xiàn)明顯改善[4]。 在此基礎(chǔ)上，Silva 等[10]利用磁性靶向技術(shù)優(yōu)化干細(xì)胞遞送方式，以便減少手術(shù)的侵入性，增加干細(xì)胞遞送后的滯留。 然而，有報(bào)道指出，經(jīng)心內(nèi)膜注射干細(xì)胞和冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射干細(xì)胞的療效相同[11]。 近年來(lái)，在干細(xì)胞治療CD 的臨床試驗(yàn)中，有25 項(xiàng)采用了干細(xì)胞的局部遞送方式，詳見表1。

表1 局部遞送干細(xì)胞治療心臟病的臨床試驗(yàn)Tab.1 Clinical trials of locoregional delivery of stem cells for the treatment of cardiac disease

2.2 腦卒中

干細(xì)胞治療腦卒中(stroke)是神經(jīng)病學(xué)研究的前沿課題之一，通過介入途徑進(jìn)行干細(xì)胞移植治療使該領(lǐng)域飛速發(fā)展，并被臨床充分證實(shí)為有效治療手段。 近年來(lái)，腦卒中的干細(xì)胞介入治療采用了除多能神經(jīng)祖細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞之外的MNCs、MSCs等非神經(jīng)干細(xì)胞。 MNCs 或MSCs 主要通過旁分泌介導(dǎo)的機(jī)制和分泌因子發(fā)揮抗炎、免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)保護(hù)和血管生成等作用[12]。

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中干細(xì)胞治療腦卒中的細(xì)胞遞送方式主要有腦立體定位注射及經(jīng)靜脈、動(dòng)脈、鼻內(nèi)、鞘內(nèi)注射等，臨床實(shí)驗(yàn)中多采用立體定向腦內(nèi)注射以及經(jīng)外周靜脈注射和頸動(dòng)脈注射(見圖1)。 腦立體定位注射可將干細(xì)胞精準(zhǔn)遞送至病灶區(qū)域，使梗死區(qū)及周邊蓄存更多的干細(xì)胞，從而利于干細(xì)胞成活和分化，進(jìn)而促進(jìn)損傷組織的修復(fù)與再生。 然而，立體定向腦內(nèi)注射需要進(jìn)行顱骨切開術(shù)，是一種有創(chuàng)性操作，易引起顱內(nèi)感染、發(fā)熱或局部損傷等不良反應(yīng)，因而導(dǎo)致其臨床應(yīng)用受限[13]。 與之相比，經(jīng)靜脈和動(dòng)脈遞送具有侵入性小、可重復(fù)操作等特點(diǎn)。 相對(duì)于經(jīng)外周靜脈遞送，頸動(dòng)脈遞送干細(xì)胞無(wú)需經(jīng)其他器官而大量受損，可更快速、更直接地將干細(xì)胞遞送至病灶部位。 但是，因BM-MSCs 體積較大，可能形成微栓子，有引起新發(fā)梗死的風(fēng)險(xiǎn)。Yang 等[14]和Vasconcelos dos-Santos 等[15]發(fā)現(xiàn)通過動(dòng)脈內(nèi)和靜脈內(nèi)兩種途徑遞送干細(xì)胞達(dá)到了相似的療效。 另有研究者發(fā)現(xiàn)，通過動(dòng)脈、靜脈和腦內(nèi)3種途徑分別遞送BM-MSCs，均可以促進(jìn)梗死側(cè)胼胝體區(qū)域軸突髓鞘的重建，且經(jīng)動(dòng)脈遞送途徑介入治療的患者神經(jīng)功能恢復(fù)的速度最快、程度最好[16]。鼻內(nèi)給藥是一種非侵入性遞送途徑，藥物通過嗅球的細(xì)胞遷移， 從而繞過血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)[17]，避免了經(jīng)血管內(nèi)遞送藥物導(dǎo)致的干細(xì)胞被周圍器官捕獲和動(dòng)脈閉塞無(wú)法遞送等問題。 在表2 所示干細(xì)胞治療腦卒中的臨床試驗(yàn)中，有8 項(xiàng)采用了干細(xì)胞的局部遞送方式(見表2)。

表2 局部遞送干細(xì)胞治療腦卒中的臨床試驗(yàn)Tab.2 Clinical trials of locoregional delivery of stem cells for the treatment of stroke

圖1 干細(xì)胞治療腦卒中的局部給藥途徑示意Fig.1 Locoregional routes of administration of stem cells to treat stroke.

2.3 阿爾茨海默病

目前，阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)的治療主要以口服藥物緩解癥狀為主，無(wú)法降低其致殘率并提升患者生活質(zhì)量。 隨著干細(xì)胞移植技術(shù)的日趨成熟，為AD 的干細(xì)胞治療提供了全新方向。 研究表明干細(xì)胞介入治療能夠修復(fù)受損神經(jīng)元，恢復(fù)神經(jīng)功能，減少藥物不良反應(yīng)并改善患者生活質(zhì)量。 其中，MSCs 通過分泌CCL5 促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的M2 活化，來(lái)增強(qiáng)神經(jīng)保護(hù)、減少氧化應(yīng)激、增加Aβ 肽清除、減少炎癥并促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生；還通過分泌可溶性ICAM－1 等因子以及抑制M1 小膠質(zhì)細(xì)胞促炎活性，來(lái)上調(diào)Aβ 降解酶，進(jìn)一步促進(jìn)Aβ 斑塊的分解，從而改善AD 相關(guān)的損傷[18-19]。

目前在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，干細(xì)胞治療AD 的細(xì)胞遞送方式主要有尾靜脈注射和腦立體定位注射兩種，其中以腦立體定位注射海馬區(qū)居多，該方式可使BM-MSCs 在功能區(qū)達(dá)到較高的細(xì)胞濃度，然而這種方法具有侵入性，不利于重復(fù)進(jìn)行介入治療，在臨床應(yīng)用中受到一定的限制。 通過尾靜脈多次注射BM-MSCs 也能夠在一定程度上減輕AD 小鼠癥狀，但該方式的療效收益仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證與評(píng)估。Santamari 等[20]近期發(fā)現(xiàn)了經(jīng)鼻腔內(nèi)的非侵入方式遞送MSCs 分泌物，同樣可以緩解AD 小鼠的認(rèn)知障礙，該方法可多次吸入給藥，是新的備選方法，但需進(jìn)一步驗(yàn)證其療效。 在臨床實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)大腦實(shí)質(zhì)內(nèi)注射可將MSCs 直接遞送至靶部位，但需在全身麻醉下進(jìn)行腦部手術(shù)，因此不易定期重復(fù)。 相比之下，將MSCs 經(jīng)動(dòng)脈遞送可降低腦創(chuàng)傷且可重復(fù)介入，經(jīng)動(dòng)脈注射的MSCs 進(jìn)入腦循環(huán)后可以穿過BBB 并離開脈管系統(tǒng)到達(dá)腦實(shí)質(zhì)。 對(duì)于正常人，MSCs 不會(huì)穿越BBB 進(jìn)入大腦，但對(duì)AD 患者，其BBB 的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了改變，因此有助于MSCs進(jìn)入大腦[21]。 表3 所示的干細(xì)胞治療AD 的臨床試驗(yàn)，有3 項(xiàng)采用了局部遞送方式(見表3)。

表3 局部遞送干細(xì)胞治療阿爾茨海默病的臨床試驗(yàn)Tab.3 Clinical trials of locoregional delivery of stem cells for the treatment of Alzheimer′s disease

2.4 2 型糖尿病

2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)的發(fā)生、發(fā)展與胰島β 細(xì)胞功能缺陷和胰島素抵抗緊密相關(guān)，免疫介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在其中發(fā)揮重要作用。 然而，現(xiàn)有T2DM 的臨床治療措施尚存在一定局限性，隨著病情進(jìn)展，較多患者雖采取了聯(lián)合多種口服降糖藥與胰島素干預(yù)，仍不能達(dá)到長(zhǎng)期良好控制血糖并防治其他各類慢性并發(fā)癥的目的，還存在體重增加與低血糖等風(fēng)險(xiǎn)，臨床治療現(xiàn)狀不容樂觀。

鑒于干細(xì)胞具有多向分化潛能，且具有旁分泌作用和免疫調(diào)節(jié)特性，因此通過干細(xì)胞局部遞送，有可能實(shí)現(xiàn)修復(fù)胰島β 細(xì)胞并改善胰島素抵抗，為今后T2DM 的基礎(chǔ)和臨床研究提供了新方向。 研究表明MSCs 通過上調(diào)靶組織中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4 的表達(dá)，增加胰島素受體底物1 的酪氨酸磷酸化和蛋白激酶B 的磷酸化，并抑制促炎性細(xì)胞因子TNF－α 的分泌，從而提高胰島素敏感性[22]。 由于MNCs 與MSCs 可能通過不同機(jī)制發(fā)揮治療作用，二者聯(lián)合應(yīng)用有望對(duì)T2DM 患者產(chǎn)生更大療效。 報(bào)道顯示利用MNCs 和MSCs 聯(lián)合治療T2DM 后，C 肽濃度升高，糖基化血紅蛋白(HbA1c)百分比與每日胰島素需求量降低[23]，且BM-MNCs 與WJ-MSCs、UC-MSCs的療效相同[24](見圖2)。

胰腺動(dòng)脈附近的侵入性介入給藥可以將MSCs直接引導(dǎo)至胰腺，而其他途徑(靜脈注射、肌肉注射或陰莖注射)導(dǎo)致大多數(shù)MSCs 被困在肺、肝、脾和骨髓中。 受損的胰島細(xì)胞通過發(fā)送相應(yīng)的求救信號(hào)使MSCs 分泌有益的生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和細(xì)胞外囊泡來(lái)修復(fù)損傷，歸巢胰腺的MSCs 還可能發(fā)送包含隧道納米管的線粒體以增強(qiáng)修復(fù)過程[24](見圖2)。 Sood 等[25]利用正電子發(fā)射斷層掃描示蹤劑18氟－氟代脫氧葡萄糖標(biāo)記BM-MNCs 并對(duì)其遷移和保留做以研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常規(guī)的靜脈內(nèi)遞送干細(xì)胞治療后，HbA1c 和胰島素需求量減少不明顯，而經(jīng)胰十二指腸上動(dòng)脈或脾動(dòng)脈靶向遞送，可使干細(xì)胞更大程度地歸巢胰腺。 然而，另一研究卻顯示動(dòng)脈內(nèi)遞送方式并未顯著降低胰島素需求量[26]。 表4 顯示，在干細(xì)胞治療T2DM 的臨床試驗(yàn)中，有1 項(xiàng)采用了干細(xì)胞的局部遞送方式。

圖2 MSC 注射治療T2DM 的作用機(jī)制[24]Fig.2 Mechanism of action of MSC administration in T2DM healing[24]

表4 局部遞送干細(xì)胞治療2 型糖尿病的臨床試驗(yàn)Tab.4 Clinical trials of locoregional delivery of stem cells for the treatment of type 2 diabetes mellitus

2.5 肝臟疾病

在肝臟疾病治療中，干細(xì)胞可通過歸巢、轉(zhuǎn)分化、直接分化為肝細(xì)胞、旁分泌效應(yīng)以及免疫調(diào)節(jié)等機(jī)制修復(fù)損傷肝臟。 臨床研究表明MSCs 移植后，宿主纖維化肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells，HSLCs)誘導(dǎo)MSCs 產(chǎn)生的旁分泌因子會(huì)局部抑制HSLCs 增殖并減弱膠原蛋白合成，且MSCs 與HSLCs 之間的直接接觸可通過Notch1 信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)HSLCs 凋亡[27]。 在急性肝損傷中，MSCs 還通過抑制單核/巨噬細(xì)胞、肝天然殺傷性細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞，以及消耗浸潤(rùn)C(jī)D4＋T 細(xì)胞并抑制其炎癥信號(hào)，在適應(yīng)性免疫和先天免疫中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[27-28]。

干細(xì)胞可經(jīng)門靜脈、外周靜脈、肝動(dòng)脈介入途徑以及肝內(nèi)、脾內(nèi)、腹腔注射等途徑實(shí)現(xiàn)遞送。 大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，通過不同介入途徑移植的干細(xì)胞均可以向肝臟遷移，但是遷移的細(xì)胞數(shù)量與遞送途徑是否有關(guān)，少見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。 盡管經(jīng)靜脈遞送是干細(xì)胞治療肝病最常用的給藥途徑[2]，但這種方式會(huì)導(dǎo)致大量的MSCs 在脾臟和肺臟中積聚[29]。研究顯示經(jīng)門靜脈遞送和肝動(dòng)脈遞送可使更多的干細(xì)胞到達(dá)受損肝臟[2，30]。 Zhao 等[2]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)肝動(dòng)脈局部遞送干細(xì)胞治療后的MELD 評(píng)分、白蛋白濃度和總膽紅素濃度與經(jīng)靜脈遞送相比，臨床改善出現(xiàn)較早。 但Sang 等[31]報(bào)道，在豬急性肝功能衰竭模型中通過門靜脈遞送干細(xì)胞，治療效果優(yōu)于其他途徑。 因此，需要進(jìn)一步的臨床研究，基于遞送靶部位的干細(xì)胞滯留和臨床療效來(lái)評(píng)估MSCs 的最佳局部遞送方式。 表5 顯示，在干細(xì)胞治療肝臟疾病的臨床試驗(yàn)中，有4 項(xiàng)采用了干細(xì)胞的局部遞送方式。

表5 局部遞送干細(xì)胞治療肝臟疾病的臨床試驗(yàn)Tab.5 Clinical trials of locoregional delivery of stem cells for the treatment of liver disease

2.6 外周動(dòng)脈疾病

作為組織工程學(xué)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)與熱點(diǎn)課題之一，干細(xì)胞移植治療外周動(dòng)脈疾病(peripheral arterial disease，PAD)從前臨床研究到臨床實(shí)踐，亦有長(zhǎng)足進(jìn)展。 外周動(dòng)脈阻塞性疾病晚期表現(xiàn)出嚴(yán)重肢體缺血，嚴(yán)重降低患者的生活質(zhì)量。 雖有部分患者可以通過外科手術(shù)或介入治療重建血流，但仍有很多患者因手術(shù)治療或介入治療失敗，或遠(yuǎn)端流出道差等原因無(wú)法進(jìn)行血流重建，因而面臨截肢，甚至因壞疽感染而失去生命的危險(xiǎn)。 近年來(lái)，通過許多學(xué)者對(duì)干細(xì)胞來(lái)源、分離方法及遞送途徑等方面的積極探索，干細(xì)胞介入治療PAD 取得了可喜的成果。 研究顯示BM-MNCs 通過局部增加多種血管生成因子，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)和血管生成素－1(Ang－1)，以及腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素－1(IL－1)等，發(fā)揮旁分泌作用，以增強(qiáng)宿主血管新生。 據(jù)報(bào)道，通過移植自體MNCs 進(jìn)行血管再生的介入治療方式可以改善受PAD 影響的缺血肢體的血流灌注[32-33]。

在PAD 介入治療中，干細(xì)胞通常經(jīng)腓腸肌或股動(dòng)脈進(jìn)行注射，肌內(nèi)注射能夠?qū)⒏杉?xì)胞瞬時(shí)沉積到缺血組織中，有利于促進(jìn)旁分泌信號(hào)傳導(dǎo)和干細(xì)胞進(jìn)入宿主脈管系統(tǒng)[34]；而動(dòng)脈內(nèi)遞送可使干細(xì)胞進(jìn)入富氧和富營(yíng)養(yǎng)的缺血區(qū)域周圍，有利于促進(jìn)干細(xì)胞活性[35]。 Andrej 等[36]報(bào)道，基于這兩種遞送方式的治療效果沒有差異，而其他研究則顯示肌內(nèi)給藥在降低患者截肢率、提高無(wú)截肢生存率與促進(jìn)傷口完全愈合等方面比動(dòng)脈內(nèi)給藥療效更為顯著[32-33]。 表6 顯示，在干細(xì)胞治療PAD 的臨床試驗(yàn)中，有9 項(xiàng)采用了干細(xì)胞的局部遞送方式。

表6 局部遞送干細(xì)胞治療外周動(dòng)脈疾病的臨床試驗(yàn)Tab.6 Clinical trials of locoregional delivery of stem cells for the treatment of peripheral arterial disease

2.7 急性腎損傷

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是由多種病因引起的以腎功能迅速下降為特征的臨床綜合征，若缺少及時(shí)有效的治療，將危及患者生命。 目前AKI 的治療主要以控制原發(fā)病為主，雖然透析和腎臟移植也可以在一定程度上減緩其癥狀，但無(wú)法從根本上治療AKI。 干細(xì)胞作為一類具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始未分化細(xì)胞，可以通過旁分泌效應(yīng)或直接分化等方式對(duì)腎臟起到保護(hù)作用。干細(xì)胞治療AKI 的主要細(xì)胞來(lái)源是MSCs。 據(jù)報(bào)道，MSCs 可下調(diào)纖維蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子、轉(zhuǎn)錄激活因子3(ATF3)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP－9)，以及可抑制腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化為成纖維細(xì)胞，并阻止下游纖維化因子的釋放，通過上述調(diào)節(jié)達(dá)到有效預(yù)防腎臟纖維化[37]。 較傳統(tǒng)方法相比，干細(xì)胞治療在AKI 領(lǐng)域表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，隨著介入再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，有望通過干細(xì)胞的局部遞送為AKI 的治療帶來(lái)巨大前景。

雖然Zhuo 等[38]發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注引起的腎功能不全治療中， 通過不同途徑遞送干細(xì)胞的治療效果無(wú)顯著差異，但有研究表明與經(jīng)腎實(shí)質(zhì)和靜脈遞送相比，通過腎動(dòng)脈遞送干細(xì)胞療效最佳[3]。 據(jù)報(bào)道，對(duì)15 名AKI 患者進(jìn)行介入治療，將BM-MSCs經(jīng)腎上腺主動(dòng)脈遞送能夠有效避免肺部卡壓及術(shù)后和晚期腎功能惡化，同時(shí)縮短住院時(shí)間并降低住院率[39]。 然而，另有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)156 例心臟病術(shù)后AKI 患者進(jìn)行介入治療，將MSCs 經(jīng)動(dòng)脈遞送，腎功能指標(biāo)沒有顯著改善[40-41]。 目前尚無(wú)臨床試驗(yàn)采用干細(xì)胞局部遞送方式靶向介入治療AKI。

3 總結(jié)與展望

當(dāng)前，干細(xì)胞治療用于組織、器官的修復(fù)和再生日趨受到關(guān)注。 基于IRM，經(jīng)血管內(nèi)注射、腔內(nèi)注射或直接注射，將干細(xì)胞局部靶向遞送至組織或器官，已在包括心臟病、卒中、阿爾茲海默病、2 型糖尿病、肝病、外周動(dòng)脈疾病、腎臟損傷在內(nèi)的多種疾病治療中展現(xiàn)出巨大前景。 未來(lái)IRM 將通過微創(chuàng)手術(shù)將干細(xì)胞直接靶向遞送至受損器官，與常規(guī)的全身遞送相比，靶向遞送途徑能使更多干細(xì)胞到達(dá)靶器官，更有效避免了干細(xì)胞在體內(nèi)的流失，或在非靶器官蓄積。 同時(shí)，通過介入醫(yī)師進(jìn)行干細(xì)胞移植，可作為實(shí)體全器官移植的有效補(bǔ)充，可縮減手術(shù)程序和時(shí)間，可提高器官耐受性，可大大降低臨床成本和減少手術(shù)的侵襲性。 干細(xì)胞移植有望作為器官移植前的臨時(shí)措施，從而顯著增加獲益患者的數(shù)量，在臨床治療與護(hù)理中發(fā)揮極為重要的作用。

然而，IRM 在醫(yī)療保健領(lǐng)域中的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。 前臨床研究中動(dòng)物模型與人類疾病之間存在的差異，使干細(xì)胞介入療法的臨床轉(zhuǎn)化受到限制。 因此，尚需要對(duì)干細(xì)胞的來(lái)源、劑量、運(yùn)輸時(shí)間、培養(yǎng)條件與患者隊(duì)列以及給藥途徑和給藥方案等因素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以便實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞介入治療的廣泛實(shí)施與可持續(xù)發(fā)展。

隨著IRM 臨床應(yīng)用的發(fā)展，，需要專門針對(duì)干細(xì)胞治療研發(fā)專用遞送系統(tǒng)，構(gòu)建所需的臨床基礎(chǔ)設(shè)施，以便標(biāo)準(zhǔn)化控制輸注過程中施加于細(xì)胞的壓力，保證干細(xì)胞精準(zhǔn)定位于靶區(qū)域，并提高靶部位的干細(xì)胞滯留率，從而優(yōu)化干細(xì)胞活性和治療效果。 干細(xì)胞介入療法的改進(jìn)同時(shí)要求開發(fā)出能夠標(biāo)記、監(jiān)測(cè)和跟蹤植入干細(xì)胞的新型成像方式或造影劑。 新型成像方式須在高時(shí)空分辨率與高靈敏度、高對(duì)比度之間取得平衡；新型造影劑不得影響植入干細(xì)胞的增殖、遷移、分化潛能和生存能力，并需要進(jìn)一步驗(yàn)證其長(zhǎng)期毒性、生物降解、光穩(wěn)定性和不良免疫反應(yīng)等。

作為一門交叉學(xué)科，IRM 向前發(fā)展需要將干細(xì)胞生物學(xué)、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、臨床專業(yè)知識(shí)和醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施緊密結(jié)合，未來(lái)通過介入醫(yī)師、生物學(xué)家、工程師與臨床醫(yī)生的共同努力和協(xié)同創(chuàng)新，IRM 有望成為再生醫(yī)學(xué)的重要組成部分。