概述：急性肝衰竭（ALF）是一種嚴重的肝病綜合征，病情惡化快，死亡率高。肝移植是最有效的治療方法，但供體肝臟的缺乏和高昂的移植費用限制了肝移植的廣泛應用。近年來，急性肝衰竭的治療一直沒有突破性進展，間充質干細胞干細胞治療急性肝衰竭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、無倫理限制等特點被廣泛應用于疾病治療研究。盡管間充質干細胞對治療ALF有效，但間充質干細胞在ALF中的應用還需要進一步研究和優化。
在這篇綜述中，我們討論了間充質干細胞治療急性肝衰竭的潛在機制，總結了一些提高間充質干細胞療效的方法，并探討了間充質干細胞移植的最佳方法。
介紹
急性肝衰竭（ALF）是一種嚴重的肝病綜合征，病情惡化迅速，死亡率高。治療ALF的第一步是消除病因，如戒酒、抗肝炎病毒、停用損害肝臟的藥物等。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，但供肝缺乏和移植費用高昂限制了其廣泛應用。近年來，ALF的治療尚無突破，干細胞在ALF治療中的應用是一個至關重要的研究領域。同時，干細胞有助于治療多種疾病，包括肝衰竭、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、高度增殖、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、無倫理限制而被廣泛應用于疾病治療研究。先前的研究表明，間充質干細胞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。盡管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。
間充質干細胞分化為肝細胞樣細胞
在ALF治療過程中，MSC可能會分化為HLC以進行組織修復。干細胞來源的HLC的誘導方法是利用細胞因子的分階段誘導。
間充質干細胞介導的免疫調節
免疫系統的過度激活在引發和加速ALF中起著至關重要的作用。MSCs可以調節多種免疫細胞的功能，因此許多研究表明MSCs主要通過免疫調節來治療ALF。當慢性肝衰竭（ACLF）小鼠單核細胞功能衰竭時，間充質干細胞可以改善線粒體呼吸和單核細胞吞噬作用，從而減少肝損傷并增強肝再生。但單核細胞的過度激活會加重ALF，而MSCs治療可以抑制單核細胞的激活。
間充質干細胞分泌治療分子
源自MSC的多種物質對ALF具有治療作用，包括細胞因子、條件培養基 (CM) 和外泌體。先前的研究表明，MSC衍生的細胞因子，如IL-10、IL-4、HGF、PGE2、腫瘤壞死因子誘導基因6蛋白（TSG-6）和血紅素加氧酶1（HO-1）具有治療作用。MSCs可以分泌IL-10來緩解肝衰竭，抑制IL-10分泌可以逆轉MSCs的治療效果。IL-10可能通過改善肝細胞線粒體損傷來治療肝衰竭。同時，IL-10的抗炎作用可能是通過STAT3信號通路介導的。MSC通過分泌HGF減輕肝細胞壞死。當MSC中的HGF被敲低時，MSC對乙酰氨基酚 (APAP) 誘導的小鼠ALF的治療效果會降低。MSCs可通過PGE2誘導肝細胞增殖，促進ALF的改善。
一些研究發現MSC-CM和MSC對ALF有相似的治療作用。MSC-CM通過超濾裝置濃縮，以增加治療因子的濃度。MSC-CM治療可顯著抑制ALF大鼠的肝細胞死亡、增強肝再生并提高存活率。
近年來，間充質干細胞衍生的外泌體（MSC-Ex）在ALF中的應用受到廣泛關注。外泌體是一種直徑為30～150nm的膜狀細胞外囊泡，攜帶多種蛋白質、核酸、脂質、轉錄因子、細胞外基質蛋白、酶和受體，并通過這些分子發揮治療疾病的作用。骨髓MSC-Ex可降低肝細胞氧化應激體外并促進ALF大鼠的肝再生。同時，MSC-Ex可能通過激活自噬抑制肝細胞凋亡來緩解小鼠ALF。
MSC-Ex作為干細胞治療的重要介質，單獨使用對ALF也具有良好的治療效果。外泌體療法相對于傳統細胞療法的優點如下。
首先，含有多種治療因子的外泌體是極好的藥物遞送載體。外泌體可以通過肺毛細血管和血腦屏障到達靶器官。
其次，外泌體具有更廣泛的治療劑量范圍，而栓塞風險隨著細胞移植劑量的增加而增加最后，外泌體的儲存和使用更加方便。細胞活力是影響細胞移植效果的關鍵因素，需要嚴格的儲存和使用條件。然而，外泌體也有一些缺點限制了其廣泛應用。主要缺點是缺乏省時、低成本的外泌體分離技術。因此，獲得大量、高純度的外泌體非常困難。此外，干細胞移植具有完整的操作規范，但外泌體治療仍處于初級階段，尚無利用外泌體治療肝病的臨床試驗。外泌體分離純化技術的改進可以使得未來能夠開展更多的外泌體臨床試驗。
間充質干細胞的聯合治療
事實上，間充質干細胞與其他療法聯合治療急性肝衰竭可能比單獨使用間充質干細胞療法有更好的效果。經血MSCs可以通過抑制Toll樣受體4（TLR4）介導的PI3K/Akt/mTOR/IkappaB激酶（IKK）信號通路來減輕肝損傷。同時，腺苷A2A受體（A2AR）激動劑可以與經血MSCs協同作用。桑等人發現MSCs移植聯合IL-1Ra（2 mg/kg）可顯著提高ALF豬的存活時間，這可能與MSCs與IL-1Ra調節炎癥和凋亡的協同作用有關。在ALF大鼠中，人臍血間充質干細胞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，促進間充質干細胞的增殖和定植，減輕肝損傷。
間充質干細胞治療肝衰竭患者的臨床試驗中，常規治療是基礎，間充質干細胞主要作為輔助治療。人工肝支持系統是治療肝衰竭的重要手段，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，MSC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可行性方案
表1總結了MSCs在ALF動物模型中的應用和療效的一些研究，以探索MSCs治療ALF的最佳方案。MSC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MSC對ALF是否具有相似的治療作用。扎雷等人報道稱，在ALF小鼠的肝酶、組織病理學和存活率方面，脂肪來源的MSC 比骨髓MSC更有益。
此外，一些學者發現來自同一供體的不同圍產期組織的間充質干細胞對ALF小鼠表現出其他治療作用。臍帶胎盤連接處來源的MSC和胎盤來源的MSC可以提高ALF小鼠的存活率，但臍帶膜來源的MSC與對照組沒有差異。因此，MSC的組織來源可能會影響ALF的療效。值得注意的是，人源間充質干細胞在ALF動物模型中也具有顯著療效，反映出間充質干細胞的低免疫原性。
表1：間充質干細胞在急性肝衰竭動物模型中的應用及治療效果
| 間充質干細胞類型 | 路線 | 劑量（移植頻率） | 移植時間 | 誘導劑 | 動物 | 治療效果及機制 | 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-半乳糖苷 | 豬 | 成活率↑；炎癥↓; δ 樣配體 4 (DLL4)↑ | 81 |
| AT-MSCs | 外周靜脈或脾靜脈 | 2×10 6 /kg（2次注射） | 使用 CCL 4后第 3 天和第 8 天進行注射 | CCL4 | 小狗 | 肝酶↓; （IL-1、IL-6、IL-8 和 IFN-γ）↓；（IL-4、IL-10、HGF 和 VEGFA）↑ | 82 |
| 骨髓間充質干細胞 | 周圍靜脈 | 1×10 6 /大鼠（1次注射） | 使用TAA后12小時注射 | TAA | 老鼠 | 成活率↑；內毒素↓; (IL-6和TNF-α)↓ | 89 |
| AT-MSCs | 周圍靜脈 | 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 和磷酸化 JNK）↓；（細胞周期蛋白 D1 和 PCNA）↑ | 80 |
| 人臍帶間充質干細胞 | 周圍靜脈 | 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-半乳糖 | 老鼠 | 肝酶↓; （TNF-α、IFN-γ、IL-6 和 IL-1β）↓；HGF↑; (Notch、IFN-γ/Stat1、IL-6/Stat3)↓ | 78 |
| 人臍帶間充質干細胞 | 周圍靜脈 | 5×10 5 /小鼠（1次注射） | 使用 APAP 之前或之后 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)↓; 生長因子↑ | 90 |
| T-MSCs | 周圍靜脈 | 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 的關鍵效應子 | 79 |
| 人干細胞 | 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-半乳糖苷 | 豬 | 肝酶↓; （肝臟炎癥、肝臟變性、壞死）↓；（肝臟再生）↑ | 77 |
間充質干細胞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。尾靜脈移植和肝內注射間充質干細胞對ALF大鼠肝功能和存活率的影響相似。布特拉等人表明尾靜脈注射MSCs比腹腔注射更能有效減輕肝損傷。
同樣，從肝動脈、門靜脈和尾靜脈移植的MSC對ALF具有相似的治療作用，而腹腔注射的MSC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。通過門靜脈移植的間充質干細胞比通過外周靜脈移植的間充質干細胞可以更好地減輕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、延長生存時間等方面優于肝動脈、外周靜脈、肝內注射等其他MSCs移植途徑。由于目前證據不足，間充質干細胞移植治療ALF的最佳途徑仍不清楚。
在大型動物（例如狗和豬）中，MSC移植的細胞劑量與體重成比例增加，而在小型動物（例如小鼠和大鼠）中則固定（表1）。ALF進展迅速，因此大多數研究采用單間MSC移植，且移植時間越早（表1）。注射D-半乳糖胺后立即移植MSCs（3×106個細胞/kg）可有效治療豬ALF。
間充質干細胞治療肝衰竭的臨床試驗
許多研究證明間充質干細胞可以有效治療動物模型中的ALF。同樣，臨床試驗中間充質干細胞對肝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于乙型肝炎相關的ACLF患者是安全有效的，并且通過改善肝功能和降低嚴重感染的發生率來顯著提高24周生存率。
在彭進行的一項臨床試驗中等人，經肝動脈單次移植自體骨髓間充質干細胞2~3周后，患者的白蛋白、總膽紅素和凝血酶原時間明顯改善。然而，在192周的隨訪中，MSC移植并沒有為肝衰竭患者帶來生存獲益。間充質干細胞治療肝衰竭的療程尚不確定。
賈等人發現將治療時間從4周延長至8周可提高間充質干細胞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成本和不良反應的發生率。
有趣的是，有學者發現肝衰竭患者的年齡是影響MSC療效的因素。確實，如何選擇適合MSCs治療的肝衰竭患者需要引起更多關注。
結論
間充質干細胞通過分化為HLCs、調節免疫細胞和分泌治療因子來治療ALF（圖1）。間充質干細胞可以在體內和體外分化成HLCs，但只有一小部分間充質干細胞可以在體內分化成HLCs，而在體外誘導間充質干細胞分化成HLCs并不能提高ALF的治療效果。因此，HLCs在治療ALF中并不占主導地位，也沒有必要用HLCs治療ALF。值得注意的是，間充質干細胞介導的免疫調節具有可塑性，在不同的刺激下，間充質干細胞可表現出促炎或抗炎表型。了解間充質干細胞在不同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增加間充質干細胞中治療因子的表達，增強間充質干細胞治療肝衰竭的效果。
間充質干細胞主要用于ALF動物模型的單一療法，而在臨床試驗中，間充質干細胞則與傳統療法相結合。有趣的是，間充質干細胞與一些治療因子聯合使用可提高治療急性肝衰竭患者的療效。
因此，間充質干細胞的聯合治療可能具有良好的前景。事實上，間充質干細胞治療ALF的效果受很多因素的影響，包括組織來源、細胞通道、移植途徑、移植時間、移植頻率、細胞劑量等。因此，將間充質干細胞應用于ALF的臨床治療仍有許多困難需要克服。
參考資料：
Wang Y, Chen E. Mesenchymal Stem Cell Therapy in Acute Liver Failure. Gut and Liver -0001;0:-. https://doi.org/10.5009/gnl220417
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