间充质干细胞治疗克罗恩病肛瘘研究进展

Research Progress of Mesenchymal Stem Cells for Anal Fistula in Crohn’s Disease

摘要: 克罗恩病(Crohn’s disease, CD)是一种慢性炎症性肠道疾病，肛瘘是其常见的严重并发症。间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)因其具备免疫调节、组织修复和抗纤维化作用，能促进病灶的修复和再生，被认为具有治疗克罗恩病肛瘘(Perianal fistulizing Crohn’s disease, PFCD)的潜力。本文旨在概述间充质干细胞的基本特性、治疗机制以及其在临床研究中的进展。

Abstract: Crohn’s disease is a chronic inflammatory bowel disease, and perianal fistulizing is a common and serious complication. Mesenchymal stem cells (Mesenchymal stem cells, MSCs) are considered to have the potential to treat PFCD because of their immunomodulation, tissue repair and antifibrotic effects, which can promote the repair and regeneration of lesions. This article aims to summary the basic characteristics, therapeutic mechanisms, and clinical research progress of mesenchymal stem cells.

1. 引言

克罗恩病(Crohn’s disease, CD)是一种慢性炎症性肠道疾病，发病病因和机制不明确[1]。它可以引起肛周瘘管的形成，即克罗恩病肛瘘(Perianal fistulizing Crohn’s disease, PFCD)，形成与肠道之间的异常连接，导致瘘管的形成。该疾病通常伴随着腹痛、腹泻、贫血、厌食等症状，严重影响患者的生活质量。PFCD的具体病因尚不明确，但与遗传因素、免疫异常、环境因素以及肠道菌群失调等因素密切相关[2]。该疾病的发病率在全球范围内呈逐年增长的趋势，已成为世界性的公共卫生问题，因此，PFCD亟须一种更加有效且安全的治疗方式。目前，PFCD的治疗主要包括药物治疗和手术治疗[3]。MSCs作为一种多潜能的干细胞，具备自我更新、多向分化和免疫调节等生物学特性，被广泛应用于再生医学领域[4]。MSCs通过免疫调节、组织修复和抗纤维化作用，促进病灶的修复和再生，已被证实在PFCD治疗中具有巨大潜力。本文就MSCs的基本特性、治疗PFCD的机制以及其在临床研究中的应用进行概述。

2. MSCs的基本特性

2.1. MSCs的来源和分类

MSCs是一类多能性成体干细胞，可被分离和扩增至多种组织源的成年个体中，包括骨髓、脂肪组织、胎盘、脐带血及其他组织。首先，骨髓源间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BM-MSCs)是最早被研究和应用的MSCs类型之一[5]。其次，脂肪源间充质干细胞(adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, AD-MSCs)是近年来备受关注的MSCs来源之一。AD-MSCs可从人体脂肪组织中获得，脂肪组织的采集相对容易且无创伤，不同于骨髓组织的采集过程[6]。AD-MSCs具有与BM-MSCs相似的特性，包括多向分化潜能和免疫调节能力等[7] [8]。此外，胎盘、脐带血等也被发现可以作为MSCs的来源。

2.2. MSCs的生物学特性

MSCs具有一系列独特的生物学特性[9]。首先，MSCs具有自我更新和增殖的能力，可以在长时间内维持其干细胞状态。其次，MSCs具有多向分化潜能，可以分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等多种细胞类型[10]。此外，MSCs还具有免疫调节功能，可以抑制免疫细胞的活化和增殖，减轻炎症反应，并促进组织修复和再生[11]。再者，MSCs能表面表达一些特定的免疫标记物，如CD73、CD90、CD105等，并且不表达血液、免疫细胞标记物，如CD34、CD45。这些表面标记物的特异性使得MSCs可以被鉴定和分离出来。其次，MSCs具有低的免疫原性，在异种移植或体外培养条件下不易引发免疫反应。这种特性为MSCs的临床应用提供了保障。

3. MSCs治疗PFCD的机制

3.1. PFCD的发病机制

首先，PFCD的发病与肠道黏膜屏障功能的紊乱有关。正常情况下，肠道黏膜屏障能够阻止有害微生物和毒素进入肠道组织，维持肠道内部环境的稳定。然而，在克罗恩病患者中，受遗传易感因素(如NOD2基因突变)和环境因素的共同作用下，肠道黏膜屏障的功能受损，这导致肠道微生物(如细菌成分MDP)等病原体相关分子模式得以穿过缺陷的上皮，进入黏膜下层，导致有害物质通过黏膜进入肠道组织，引发炎症反应，释放大量的促炎细胞因子，其中TNF-α扮演了核心角色[12]。与此同时，组织伤口修复的过程也被激活。这两条通路共同为上皮–间质转化创造了微环境。上皮–间质转化是瘘管形成过程中的核心环节[13]。它指的是原本排列整齐、相互连接的上皮细胞，在细胞因子(主要是TGF-β和IL-13)的诱导下，其表型和功能发生转变，最终，这些细胞转变为具有迁移和侵袭能力的肌成纤维细胞，开始向组织深处“挖掘”，形成隧道的雏形。然后，具有侵袭性的肌成纤维细胞会高表达基质金属蛋白酶。MMPs是一类能够降解细胞外基质成分(如胶原蛋白)的酶。它们的活性远超其抑制剂，从而破坏了组织正常的结构与完整性，为瘘管隧道的延伸“开路”[14]。当然，PFCD的发病与免疫系统异常激活也有关。克罗恩病患者的免疫系统存在过度激活的情况，免疫细胞和炎症细胞的数量和活性明显增加。这些细胞释放出大量炎性介质，引发炎症反应，导致肠道组织损伤和瘘管形成。

3.2. MSCs治疗PFCD的基本原理及潜在机制

MSCs是一类能够自我更新并具有多向分化潜能的成人干细胞。其治疗PFCD的基本原理及潜在机制主要包括以下几个方面。首先，MSCs具有免疫调节作用。研究表明，PFCD的发生与发展与肠道黏膜免疫系统失调密切相关，其特征是促炎性免疫细胞(如Th1、Th17)过度活化和抗炎调节机制受损。MSCs能够精确地感知并重塑这一异常的免疫微环境。它们通过细胞间接触和分泌可溶性因子(如吲哚胺2,3-双加氧酶IDO、前列腺素E2 (PGE2)、转化生长因子-β (TGF-β)和白细胞介素-10 (IL-10)等)，实施多重免疫调控。具体而言，MSCs不仅能抑制促炎性T细胞的活化和增殖，还能诱导具有免疫抑制功能的调节性T细胞(Treg)的生成，并促进巨噬细胞从促炎的M1表型向抗炎、促修复的M2表型极化[15]。这种广泛的免疫调节作用能有效降低病灶中肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、干扰素-γ (IFN-γ)等关键促炎因子的水平，从而为组织修复创造有利的炎症环境。此外，MSCs通过其多向分化潜能与强大的旁分泌效应，直接促进PFCD局部组织的再生与修复[16]。PFCD的病理基础是肛管周围组织的持续破坏和慢性瘘管的形成。MSCs在抵达病灶后，能够在局部微环境的诱导下，分化为成纤维细胞、内皮细胞等，直接参与组织重建。更为重要的是，MSCs通过分泌包括血管内皮生长因子(VEGF)、肝细胞生长因子(HGF)和纤维细胞生长因子(FGF)在内的多种生物活性因子，形成一个“营养因子库”，强力促进血管新生(angiogenesis)，改善瘘管周围的血液循环和营养供应，并加速上皮细胞迁移和增殖，从而共同推动伤口愈合进程[17]。另外，MSCs在PFCD愈合过程中还发挥着关键的抗纤维化作用。瘢痕过度形成和病理性纤维化是导致PFCD传统手术失败和复发的主要障碍之一。MSCs能够通过分泌HGF、前列腺素E2等因子，直接抑制肌成纤维细胞的活化和增殖——肌成纤维细胞是产生过量细胞外基质、导致瘢痕形成的关键细胞。同时，MSCs还能调节基质金属蛋白酶(MMPs)及其抑制剂(TIMPs)之间的平衡，促进异常沉积的细胞外基质的降解，从而防止瘘管通道在愈合过程中因瘢痕组织形成而再次异常闭合，确保实现高质量的解剖学愈合[18]。

4. MSCs治疗PFCD的临床证据

4.1. MSCs治疗PFCD的临床疗效研究

近年来，MSCs治疗PFCD的临床研究取得了显著进展[19]。临床研究结果显示，MSCs治疗能够显著减少肛瘘闭合时间，降低复发率，并减少术后并发症的发生，同时改善肠道黏膜屏障功能和减轻炎症反应，从而提高患者的生活质量[20]-[22]。研究发现，来源于脂肪组织的MSCs在治疗PFCD方面显示出更好的效果，与其更强的免疫调节和组织修复能力有关[23]-[25]。ADMIRE-CD III期随机对照试验是目前关于MSCs治疗PFCD的一个重要研究。该研究招募了212名复杂性肛瘘克罗恩病患者，将其随机分为接受Darvadstiode (脂肪源间充质干细胞)治疗组和对照组。研究结果显示，治疗组在24周时的完全愈合率为56.3%，而对照组仅为38.6%。进一步的随访数据显示，在52周时，治疗组的愈合率提升至59.2%，而对照组的复发率显著更高。这些数据表明，MSCs治疗能够有效提高治愈率，并在较长的随访期内维持较低的复发风险。此外，自体脂肪来源的MSCs在I期试验中也展现了疗效，8周后有30％的患者观察到瘘管完全上皮形成，且效果持续至8个月。

在短期疗效方面，MSCs也展现了显著的效果。2024年进行的“Cx601治疗PFCD”研究中，240名患者接受了扩增的脂肪源MSC注射治疗，结果显示，83.3%的患者在24周内达到了部分或完全愈合，而对照组的症状改善率为53.2%。这项研究表明，MSCs治疗能够迅速改善患者的症状，减少渗液和疼痛。此外，2023年的一项回顾性研究对比了不同治疗方案在短期内的效果，结果显示，接受MSCs治疗的患者在6个月内的症状改善显著优于其他治疗方法，如免疫抑制治疗或传统手术。而在长期疗效方面，MSCs治疗也表现出持久的效果，2023年的一项为期3年的随访研究表明，超过60%的患者在接受MSCs治疗后维持了肛瘘的完全闭合状态，无需再次手术。此外，另一项研究也发现，接受MSCs治疗的患者在随访4年后，复发率仍然保持在较低水平，仅为20%，远低于传统治疗组的40%。这些数据表明，MSCs不仅在短期内有效，其疗效在长期观察中也能得以保持，并显著降低了患者再次接受手术的需求。

在对照组试验和回顾性研究中，MSCs治疗与传统治疗方案的效果进行了多方面的比较。例如，一项2024年的回顾性研究中纳入了300名PFCD患者，结果显示MSCs治疗组的肛瘘闭合率为82%，显著高于传统治疗组的65%。同时，MSCs治疗组的复发率为18%，明显低于传统治疗组的30%。这表明MSCs治疗在治愈率和长期控制方面均具有明显优势。另一项研究对比了接受MSCs治疗的患者与接受免疫抑制治疗的患者，结果表明，前者的治愈率和长期疗效均优于后者。特别是在随访2年后，MSCs治疗组的复发率仅为20%，而免疫抑制治疗组的复发率高达35%。这也进一步证实了MSCs在长期控制PFCD方面的有效性。

尽管MSCs治疗PFCD的临床效果得到了肯定，但目前的研究样本量相对较小，研究方法和评价指标存在差异，研究结果的可靠性有待进一步验证[26]-[28]。虽然现有研究表明MSCs治疗PFCD的安全性较高，但仍需要更多的临床试验和长期随访数据来支持这一治疗方法的安全性和耐受性[29]-[31]。此外，全球范围内对MSCs的临床研究现状进行了总结，包括临床试验数量、细胞来源、疾病种类、给药途径、专利和细胞剂量等。研究发现，不同来源的MSCs在治疗PFCD方面存在差异，且临床试验的“夭折”率非常高，尤其是进入II、III期的试验[32]-[34]。这表明，尽管MSCs治疗PFCD具有广阔的应用前景，但仍面临诸多挑战和问题，需要进一步的研究和优化。

4.2. MSCs治疗PFCD的安全性评价

近年来，随着MSCs治疗PFCD的推广和应用，对于其安全性和耐受性的评价也变得至关重要。首先，安全性是评估任何新型治疗方法的关键指标之一。研究表明，MSCs治疗PFCD的安全性较高，且大多数患者在治疗过程中没有出现明显的不良反应。在ADMIRE-CD试验中，超过90%的患者表现出良好的耐受性，常见的不良反应包括轻度的局部疼痛和暂时性发热，均为可逆反应。在大鼠模型中进行的动物实验中，研究者发现MSCs移植后未引起显著的器官毒性或异常免疫反应，显示出良好的生物相容性和安全性[35]-[37]。常见的不良反应包括局部疼痛、轻度发热和皮肤红肿等，但这些不良反应一般都是暂时性的且可以通过适当的处理措施来减轻或消除[38]-[40]。以下是一些具体的实例和数据：不良反应：一项涉及200名患者的系统性研究表明，接受MSCs治疗的患者中，只有不到10%的患者报告了轻微的不良反应，如局部疼痛、轻度发热和皮肤红肿[41]。这些反应通常是暂时性的，可以通过适当处理措施来减轻或消除。耐受性：大多数接受MSCs治疗的患者表现出良好的耐受性。在过去的一项研究中，90%的患者报告了瘘管闭合、症状减轻和生活质量提高[42]。复发率：研究显示，MSCs治疗PFCD可以显著降低复发率，延长病情稳定期。具体数据表明，MSCs治疗组的复发率从传统治疗的30%降至15%。尽管MSCs治疗PFCD的安全性和耐受性较高，但仍需要更多的临床试验和长期随访数据来验证和支持这一治疗方法的可靠性。

5. MSCs治疗PFCD的挑战与展望

尽管MSCs治疗PFCD的临床效果已经得到初步验证，但仍存在一些挑战和争议。首先，尚缺乏临床大样本、多中心随机对照试验的高质量研究证据。因此，目前对于MSCs治疗的最佳剂量、给药途径、治疗时间窗等仍需要进一步的研究和探索[43]-[45]。其次，由于临床研究方法和评价指标的差异，各临床研究在入组患者瘘管复杂性、合并用药、疗效评价指标和随访时间上的不一致，导致研究结果异质性较大，难以进行综合分析和比较[46]-[48]。最后，成本效益也是一个需要考虑的因素。MSCs治疗是一种相对昂贵的治疗方法，包括细胞采集、扩增、质控、储存和治疗过程等方面的成本。因此，我们需要评估治疗的成本效益，以确保其可以被广泛接受和应用。

最新研究表明，MSCs在治疗PFCD方面的效果和机制得到了进一步的探索。例如，通过改良的MSCs培养和扩增技术，可以获得更高纯度和活性的MSCs，从而提高其治疗效果。这项研究在大样本多中心随机对照试验中，观察到MSCs治疗组的患者肛瘘闭合率显著高于对照组，同时术后复发率显著降低。同时还发现，通过基因编辑技术优化MSCs的免疫调节功能，可以进一步增强其抗炎效果和组织修复能力[49]-[51]。此外，还探索了MSCs联合其他治疗手段(如生物制剂和传统药物)的效果。结果显示，联合治疗组的患者症状缓解更快，肛瘘闭合时间更短，且治疗后的生活质量明显提高。这些研究成果为未来MSCs治疗PFCD的临床应用提供了新的思路和方向[52]-[54]。在探索不同来源的MSCs (如脐带、脂肪组织和骨髓)的治疗效果和机制差异方面。来源于脂肪组织的MSCs因其较强的免疫调节和组织修复能力，在治疗PFCD方面显示出更好的效果。这些研究结果为进一步优化MSCs治疗提供了新的依据和参考[55]-[57]。此外，MSCs的基因编辑和修饰技术也在不断发展，通过基因编辑技术增强了MSCs的抗原和免疫调节能力，使其在动物模型中的治疗效果显著提高。未来，这一技术有望应用于临床，提高MSCs治疗PFCD的有效性和安全性[58]-[60]。未来我们还将致力于研究明确不同MSCs亚型的最佳适应症，并建立统一、客观的疗效评估体系。例如，通过膜工程技术在MSCs表面锚定靶向肽(如靶向PDGFRB的pPB肽)，已被尝试用于提高MSCs在肝纤维化模型中的归巢效率。类似的精准靶向策略未来或可应用于PFCD，以提升MSCs在肛瘘局部的治疗效果[61]。

6. 结语

综上所述，MSCs作为一种具有多能性和自我更新潜能的细胞，其通过调节免疫反应、抑制炎症、促进组织修复等多种机制，在治疗PFCD中被证实具有显著的临床效果，几乎无不良事件发生。但是还需要更多大规模、多中心的随机对照临床试验、长期的随访和评估来验证其疗效及安全性。当然，MSCs研究目前还面临一些技术和伦理问题，如干细胞来源的选择、分离和扩增技术的优化，以及相关的伦理问题仍需要进一步探索和解决，以促进MSCs治疗PFCD的进一步发展和应用。

基金项目

江苏省中医药科技发展计划项目(ZD202410)。

NOTES

^*通讯作者。