四川華西醫院：干細胞治療新生兒疾病的研究進展

近日，四川大學華西第二醫院新生兒科在《個性化醫學雜志》發表了一篇關于干細胞治療新生兒難治性疾病的研究進展，該綜述總結了干細胞在新生兒難治性疾病中的研究進展。綜述表明，干細胞因其獨特的優勢，特別是其抗炎、抗凋亡、減輕氧化應激、促進再生的能力，在治療難治性新生兒疾病和改善預后方面具有廣闊的前景。

介紹：1960年，美國新生兒學家Alexander Schaffer首先提出新生兒學的概念。經過60多年的兒科醫學發展，早產兒、低出生體重兒的存活率有所提高。隨著超聲、CT、MRI、呼吸機、中心靜脈導管、廣譜抗生素和其他診斷技術的廣泛使用，越來越多的新生兒疾病被發現，如缺氧缺血性腦?。℉IE）、支氣管肺發育不良（ BPD)、腦室內出血 (IVH)、壞死性小腸結腸炎 (NEC) 和早產兒視網膜病變 (ROP)。此類疾病患者往往病情嚴重、病程長、費用高、預后差。常規治療下，臨床醫生關注的焦點是是否開辟新的軌跡。

干細胞（SC）是一種特殊類型的細胞，具有自我更新和分化的潛力。它們以未分化或分化差的狀態存在，其旁分泌作用可以影響其生存的微環境，從而影響其他細胞的生物學特性。間充質干細胞（MSC）的標志物和分泌物、人多能干細胞（hPSC）的外泌體含量和分泌組如圖1所示。

近年來，間充質干細胞因其來源廣泛，如心肌、血管、神經、尿液、骨髓、脂肪、羊水、臍帶血等，成為SC治療的主要候選細胞。MSC獨特的生物學特性——多能性、自我更新和旁分泌活性，特別是營養調節、免疫調節和遷移至損傷部位的能力——非常適合基于細胞的治療，例如替換死亡或有缺陷的細胞，并將基因或藥物作為遞送劑從受損組織遞送到受傷部位。因此，間充質干細胞在退行性疾病、免疫疾病、血液疾病、器官移植和再生醫學方面具有巨大的應用潛力。

許多國家已經注冊了數十項干細胞治療新生兒疾病的臨床試驗，為早期應用提供了可能性。新生兒醫學致力于通過預防并發癥和改善弱勢群體的神經發育來實現高質量的生存。本文旨在總結SCs和SCs衍生的外泌體在新生兒難治性疾病中的最新研究進展。此外，這篇綜述還討論了干細胞治療當前的挑戰和前景。

干細胞治療的機制

SC治療的機制包括抗炎和抗凋亡作用、減少氧化應激和促進再生。當身體受損或發炎時，SCs在多個組織中高水平植入的機制尚不完全清楚 。有研究人員提出，這可能與損傷組織中受體或配體的特異性表達促進SCs向損傷部位定向運輸、粘附和浸潤有關；損傷的修復并不完全通過運輸外源細胞來替代受損細胞，還可以通過釋放營養因子來改善內源性修復。多向生物調節的旁分泌機制和MSC對BPD、IVH和HIE等難治性新生兒疾病的保護作用如圖2所示。

干細胞在新生兒難治性疾病中的應用

缺氧缺血性腦病（HIE)

HIE是指圍產期缺氧、腦血流減少或暫停等多種因素引起的胎兒和新生兒腦損傷。目前，HIE的治療主要涉及治療性低溫。然而，亞低溫僅在嚴重HIE發病后6小時內有效，超過一半的兒童在積極治療后死亡或出現嚴重的神經問題。因此，迫切需要尋找新的治療方法來延長治療窗并改善HIE的不良預后。

腦損傷可分為五個過程：能量耗竭、炎癥、細胞興奮性毒性、氧化應激和細胞凋亡。低溫并不能主要通過減少能量消耗和增加細胞內鈣離子水平來顯著減少腦損傷。

在一項針對足月新生兒和成人中風的HIE研究中，間充質干細胞在促進神經細胞的增殖和分化以及調節或抑制小膠質細胞和T淋巴細胞的局部免疫反應方面發揮著重要作用。此外，間充質干細胞和hPSC分泌的外泌體可能是治療神經元損傷的一種有前途的治療方法，通過與大腦中的實質細胞相互作用，導致軸突抑制劑的表達減少和神經保護因子的產生增加，從而影響軸突生長并促進正常神經元的恢復神經功能。

干細胞移植治療缺氧缺血性腦病的臨床研究

在日本進行的一項單臂臨床研究中，患者在確診HIE后12-24、36-48 和60-72小時分別使用了不同劑量的自體hUCB-SC，并隨訪至出生后18個月。沒有患者死亡，四名患者無明顯后遺癥，兩名患者出現腦癱。

事實證明，如果有足夠的hUCB-SCs可用于臨床，它們是安全可行的，并可降低免疫原性風險和倫理問題。不過，由于這是一項小型單臂試驗，數據的代表性不足，需要更多的研究來證明SC治療的可行性。

另一項臨床研究顯示，與單純接受低體溫治療的HIE患兒相比，接受人UCB-SCs并結合低體溫治療的患兒存活率略高，且BayleyIII評分（認知、語言和運動發育）≥85（74%對41%）。間充質干細胞具有相對容易獲取、免疫原性低和促進神經再生等優點，有望成為治療HIE的最佳方法。

迄今為止，www.clinicaltrials.gov（訪問日期：2023年7月20日）上僅登記了9項試驗：1項已完成（NCT02287077），1項已完成招募（NCT02881970），2項正在進行但尚未完成招募（NCT04063215、NCT04261335），1項尚未完成招募（NCT05514340），3項未知（NCT01962233、NCT02854579），1項已撤銷（NCT02434965）。

如何找到適合您病情的干細胞臨床試驗？

現有研究表明，干細胞療法是可行和安全的；然而，入組患者人數較少，需要進行更多的三期臨床試驗，以獲得更多數據，如長期預后和神經系統評估。干細胞在可塑性方面存在很大爭議，例如，非神經系統來源的干細胞轉化為神經細胞的轉化率很低。干細胞遷移、增殖和分化的體外調控有待進一步解決。此外，干細胞移植治療HIE的機制尚未完全明確，主要包括細胞替代效應、免疫調節效應和旁分泌因子效應。
腦室內出血(IVH)

極低和極低出生體重兒IVH發生率較高，介導的腦白質損傷可導致腦積水、腦癱、智力低下等并發癥。主要發病機制可能包括IVH引起的腦炎癥、白質氧化應激和髓磷脂缺乏。目前，可以進行支持治療，但沒有其他預防或治療方法。因此，有必要開發一種能夠更快到達受損中樞神經系統的治療方法，以減少炎癥和星形膠質細胞增生。

間充質干細胞治療腦室內出血的臨床價值令人鼓舞。

土耳其的一份病例報告描述了一名極度早產兒（妊娠27+5周，體重950克），在癲癇完全發作（出生后6天）后出現III級顱內出血，接受了間充質干細胞治療。用藥4周后，患者的頭部超聲波檢查結果正常。隨訪2年，患者總體狀況良好，神經系統檢查和發育正常。母乳中含有大量神經營養因子，如BDNF、胰島素樣生長因子（IGF-1）和HGF，對兒童的長期行為發育有益。

一項對患有3/4度IVH的極低出生體重兒（實驗組，n=16；對照組，n=15）進行的回顧性隊列研究發現，腦室內穿孔缺損（21%對58%）、進行性腦室擴張（71%對91%）和IVH后需要手術治療的腦積水（50%對67%）的發生率均有所下降，這表明早期鼻內母乳喂養可能對早產兒的神經發育有益。

在韓國進行的一項I期單臂單中心試驗（n=9，平均胎齡26.1±0.7周，平均出生體重808.85克）發現，在增加UCB間充質干細胞劑量后（前3例接受低劑量間充質干細胞，5×106cells/kg，后6例接受高劑量間充質干細胞，1.0×107cells/kg），重度IVH患兒沒有出現不耐受或細胞毒性。治療是安全可行的，但需要更多的II期臨床試驗樣本來確定劑量、注射方法、評估標準和預后。

目前的臨床治療無法促進失去的神經再生。SC療法是降低早產兒IVH死亡率和并發癥發生率的一種很有前途的治療方法。ESCs和iPSCs具有分化成所有器官細胞的潛力。然而，干細胞分化、遷移、與周圍組織融合以及移植后干細胞終止的調控機制仍不清楚，導致其潛在的致瘤性。更重要的是，目前的研究尚未正式建立移植干細胞或其后代細胞與宿主神經元之間真正的突觸聯系。

臨床試驗注冊網站上僅有三項注冊臨床試驗，其中一項已完成上述I期臨床試驗（NCT02274428）。一項用鼻內母乳治療IVH的研究（NCT04225286）和一項用間充質干細胞治療IVH的后續研究（NCT02673788）被排除在外。還需要進一步的研究來評估最佳給藥方式、劑量、持續時間、療效和安全性。

支氣管肺發育不良（BPD)

BPD被定義為出生后28天需要氧氣支持，并根據妊娠36周時呼吸支持的嚴重程度進行分類。兒童BPD發病時，肺血管生成受損，缺乏有效的肺泡氣體交換。因此，新生兒BPD的治療不僅需要修復損傷，還需要促進肺部持續生長，以滿足生長需要。因此，SC療法可能是一種有前途的治療選擇。

BPD的主要原因包括高氧、炎癥和氧化應激。間充質干細胞可以抑制肺部炎癥，減輕肺損傷、肺動脈高壓和肺纖維化。在BPD大鼠模型中，UC-MSC在體外減少細胞凋亡、鈣蛋白酶I表達、活性氧產生以及異常彈性蛋白表達和沉積，并促進增殖、缺氧誘導因子1a表達、VEGF分泌和人臍靜脈內皮細胞管腔形成；在體內，它們可以恢復肺泡結構和肺功能，改善肺動脈高壓，增加血管密度。

這些結果證明了MSC應用的優勢和巨大潛力；然而，給藥方法、劑量和治療窗需要進一步明確。

目前臨床試驗網站注冊的試驗有22項，其中7項已完成（NCT02443961、NCT02381366、NCT01297205、NCT01828957、NCT01897987、NCT02023788、NCT02639676），其中5項正在進行招募（NCT03645525） , NCT03631420、NCT04003857 、NCT03392467、NCT04255147），其中1個正在積極準備中（NCT01632475），其中1個正在暫停（NCT03857841），其中8個進展未知（NCT04062136、NCT03558334、NCT03601416、NCT03378063、NCT03873506、NCT03683953、NCT03774537和NCT01207869）。

素潤安團隊對接受機械呼吸機支持且呼吸惡化的早產兒（胎齡23-28周）進行了一項II期雙匿名、隨機對照臨床試驗（實驗組，n=33；對照組，n=33）出生后第5天至第14天；實驗組接受SC（1×107細胞/kg）或安慰劑。間充質干細胞顯著降低氣管抽吸物中的炎癥細胞因子水平；然而，死亡或中度/重度BPD的發生率相似（52%與 55%）。亞組分析顯示，與25-28周嬰兒相比，妊娠23-24周時MSC移植中嚴重BPD的發生率顯著改善（53%vs19%）。本研究表明干細胞治療安全可行；然而，樣本量較小，需要更大規模的多中心前瞻性隨機對照試驗來進一步探索SC療法治療BPD的效果。

壞死性小腸結腸炎

NEC是圍產期多種致病因素引起的一種急性壞死性腸道疾病，以腹脹、嘔吐、便血為特征。目前主要治療方法包括禁食、胃腸減壓、抗生素預防感染、腸外營養以及手術切除病變腸段等。然而，患有NEC的兒童經常會出現長期并發癥，例如短腸綜合征、發育遲緩和神經系統后遺癥。因此，必須制定新的控制措施。

該疾病的發病機制尚不清楚，研究表明早產兒由于腸道易感性和高反應性而容易受到免疫反應、血管損傷和微生物失衡的影響。

腸上皮是防止外來抗原和毒素進入體循環的最重要屏障。SC治療不僅減輕疾病本身造成的損害，還可以改善腸上皮吸收和腸道適應，這對于NEC后短腸綜合征的恢復至關重要。

迄今為止，使用臨床試驗注冊網站僅進行了一項涉及臍帶血單核細胞治療早產兒消化系統疾病（包括NEC）的臨床試驗（NCT05138276）。因此，我們對NEC機制和臨床前研究的總結可能有助于SC治療NEC的進一步研究。

早產兒視網膜病變

ROP是一種眼部疾病，其特征是視網膜發育中的血管異常。目前主要的治療方法有冷凍療法、激光療法、玻璃體切除術、貝伐珠單抗等。然而，這些方法側重于晚期階段，并沒有解決潛在的病理缺陷。每一種都具有顯著的安全性影響，例如潰瘍性角膜炎、玻璃體內血管增生、視網膜脫離和持續性視網膜血管化。因此，尋找更安全、更有效的治療方法非常重要。

一項臨床研究（包括29例33周時出現ROP的早產兒、29例33周時非ROP的早產兒和30例健康足月兒）發現，內皮祖細胞數量 (p=0.03) 和 VEGF濃度( p=0.048)、HGF ( p=0.001) 和SDF-1 (p=0.001），ROP 早產兒顯著高于非ROP早產兒。VEGF和HGF血漿濃度升高與內皮祖細胞動員有關；然而，因果關系尚不清楚。基于這些發現，SC療法對于治療ROP可能是可行的。

基礎研究發現MSC對視網膜損傷有抗炎、抗纖維化作用，可分泌腫瘤壞死因子α-刺激基因-6蛋白抑制巨噬細胞趨化，減輕炎癥相關血管的生成。

干細胞移植在ROP的研究中取得了良好的進展，并顯示出良好的臨床應用前景，特別是在抗VEGF藥物的弊端不斷顯現的情況下。然而，干細胞如何重建促新生血管生長因子和抑制性新生血管形成因子之間的平衡的機制尚未得到研究。目前臨床試驗注冊網站上尚無SC治療ROP的試驗。

挑戰和前景

隨著新生兒存活率的提高，新生兒疾病的發病率也在不斷上升，現有治療方法的局限性逐漸顯現。為了獲得更好的預后，迫切需要新的控制方法。SC療法因其多變性和多功能性而成為新的研究焦點。然而，在臨床前治療中使用SCs還面臨許多挑戰。

許多國家已批準數十種間充質干細胞用于治療成人疾病。針對成人的間充質干細胞治療方案已經成熟，但針對新生兒的研究卻相對滯后，需要大量數據來推進研究設計。有關體外受體療法長期預后的基礎研究很少，大多數研究都集中在組織和功能的短暫變化上。同時，SC治療的適應癥、治療時間窗、注射方法（途徑和劑量）以及長期療效監測也尚未統一，需要進一步研究。

結論

總之，由于干細胞的獨特優勢，尤其是其抗炎、抗凋亡、減少氧化應激和促進再生的能力，它在治療難治性新生兒疾病和改善預后方面具有廣闊的前景。

本文回顧了干細胞在難治性新生兒疾病中的臨床前和臨床應用，包括傳統策略和新興策略。多項基礎和臨床研究證實了其安全性、可行性和有效性。本文重點介紹干細胞療法目前的研究進展，如治療BPD、IVH、HIE、NEC和ROP的干細胞療法。

各種干細胞已被發現對這些疾病有益。盡管在這一領域取得了進展，但尋找合適的干細胞、制備、確定適應癥、劑量和倫理仍是主要挑戰。隨著新技術和研究的進步，干細胞療法有望在治療新生兒難治性疾病方面取得重大成果。

參考資料：黃芳君、何陽、張猛、羅克仁、李嘉文、李嘉麗、張新宇、董曉燕和唐軍。2023.《干細胞在新生兒難治性疾病中的研究進展》個性化醫學雜志13期，第1期。8：1281。https://doi.org/10.3390/jpm13081281

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