间充质干细胞治疗的安全性及伦理问题探讨

王东梅 郭子宽

·述评·

间充质干细胞治疗的安全性及伦理问题探讨

王东梅 郭子宽

间充质干细胞（M esenchymal stem cells，MSC）的免疫调节、造血支持及促血管新生的功能特点，使其成为继造血干细胞之后又一个有望应用于临床的成体干细胞。有些国家已经批准MSC作为药物，用于治疗移植物抗宿主病、克隆氏病、骨关节炎等疾病；同时，数百个临床试验也在进行中，上万人已经接受了MSC治疗。然而，MSC本身及其治疗过程，都可能引起相应的毒副反应，甚至产生致命的并发症。因此，在MSC治疗某些疾病效果尚存在争议的情况下，进行这种新型细胞治疗的临床试验，应重视符合医学伦理规范的受试者知情权保护。参试者有权了解细胞治疗细节及其可能机制，潜在的风险及规避措施，其他可以采用的治疗手段及其与细胞治疗的比较等细节，以切实保护受试者权益。

间充质干细胞医学伦理安全性

间充质干细胞（M esenchymal stem cells，MSC）是一种成体干细胞。一般情况下，MSC只能形成骨、软骨和脂肪组织，这是国际细胞治疗协会的意见[1]，也被绝大多数研究者认同[2]。因此，在以细胞替代为基础的治疗中，MSC是修复骨和软骨组织损伤的良好种子细胞。同时，MSC可以旁分泌多种生物活性物质，包括磷脂外层包裹微小RNA、蛋白质和小分子物质的膜微囊[3-4]。MSC的旁分泌作用，赋予其特殊的具有潜在治疗价值的功能，包括免疫调节、造血支持和促血管新生活性等。MSC不但能用于骨和软骨组织修复，也能用于免疫相关疾病和多部位缺血性疾病的治疗。因此，MSC已获得某些国家的许可，作为细胞药物，用于治疗移植物抗宿主病、心肌梗塞、骨关节炎和克隆氏病等。美国FDA批准的有关MSC的临床试验，已多达数百个，几乎涉及所有人体主要脏器的疾病。

尽管多数临床试验结果均明确了MSC在治疗多种疾病中的有效性和安全性[5]，但是干细胞研究专业人士却对相关结果提出质疑[6]，并呼吁参与干细胞临床试验的公司与医疗人员，应遵守严格的科学与道德伦理规范，使公众及政府管理人员明晰MSC的本质及其功能，了解治疗潜在的危险，避免不规范的临床试验偏离科学的本质[7]。就干细胞治疗而言，这些危险至少包括肿瘤形成风险、免疫及炎性反应、细胞注射入体内后难以预测的转归，以及未知的长期副作用等[7]。这些危害并非只是理论上的推断，而是业已发生的事实。1例患共济失调毛细血管扩张症的患者，在接受所谓神经干细胞移植4年后，发生源于移植物的神经胶质细胞瘤[8]。本文将从培养的MSC的致瘤性和输注或移植途径的角度，探讨MSC治疗可能引起的危害，以及知情同意对保障受试者自主权的重要性。

1 经培养后的MSC的致瘤性问题

MSC治疗需要一定的细胞数量，如在MSC治疗移植物抗宿主病的临床试验中，细胞用量在1.0×106个/K g体重·次以上。因此，MSC应用前，细胞多经过连续多次传代扩增。然而，长期培养引起细胞端粒长度的改变，染色体不稳定性增加，乃至细胞群体中出现染色体突变的克隆，细胞发生恶性转化[9]。小鼠骨髓MSC经长期培养后，细胞发生类似于骨肉瘤细胞的遗传学改变，并可在体内形成肿瘤[10]。这一发现已经得到研究证实[11]。大鼠骨髓MSC在胶质瘤细胞条件培养基作用下，1周后细胞p53基因出现突变，且具有裸鼠体内成瘤能力[12]。结果提示，鼠MSC经长期培养或在肿瘤环境下，某些关键调控基因发生突变，细胞具有致瘤性。

人MSC经传代培养后是否会出现染色体核型变化，至今仍有争议[13]。研究发现，人骨髓MSC在培养早期，贴壁细胞密度达到可传代之前，G显带分析的确可见多种染色体异常；但是，经过传代后，这些染色体异常细胞，可能因为基因组不稳定等因素而丧失有丝分裂能力，最终在细胞群体中消失，细胞也未发生恶性转化[14]。同样利用G显带技术，对培养2代后的人骨髓MSC进行分析，也未发现克隆性染色体改变；但是，细胞出现染色体不稳定现象，部分分裂相存在染色单体间隙和断裂，也发现四倍体细胞[15]。然而，将人骨髓MSC传代培养5周以上，46份供者细胞中，4份恶性转化，具备裸鼠体内成瘤能力[16]。将人MSC在低氧条件下培养，随着培养时间的延长，细胞恶性转化机率明显提高，恶性克隆逐渐形成生长优势，细胞群体获得致瘤性[17]。牙髓干细胞也出现类似情况，培养时间似乎是决定细胞是否发生恶变的关键因素[18]。

上述结果提示：①人MSC的恶性转化与培养时间有密切关系；②即使是短时间的培养，人MSC也可能出现染色体不稳定现象，移植后存在致瘤风险。鉴于造血干细胞移植后少数病例出现供者源白血病复发[19]，移植细胞转化为口腔上皮鳞癌细胞[20]，以及“神经干细胞”移植后出现供者源神经胶质瘤的报告[8]，即使在MSC治疗的10余年时间内未有供者细胞源肿瘤报告[5，13]，在受者免疫能力缺陷或功能低下的情况下（如毛细血管扩张症[8]），移植的MSC也可能存在致瘤风险。此外，动物实验结果提示，移植的MSC也如骨髓移植中的造血干细胞一样，在肿瘤环境及特殊条件诱导下，部分细胞可能会发生恶性转化[12]。因此，干细胞研究及临床专家应通力合作，避免MSC治疗引起的致瘤性问题，应严格设定临床试验准入及排除标准，深入探讨MSC培养时间与恶性转化的关系，制定至少应包括染色体核型分析在内的细胞质量标准，并探索肿瘤发生关键基因（如p53）监测作为质控标准的可行性。另外，临床试验前，应将培养的MSC的致瘤性风险告知受试者，并将肿瘤发生监控作为重要观察指标，实施于长期效果和毒副作用的监测中。

2 经培养的MSC静脉输注存在的风险

经体外培养的MSC，其体积明显变大，细胞顺应性也下降，在72 h内只有少数细胞能通过微血管，进入动脉循环及身体其他组织[21]。因此，经静脉注射后MSC多储留于肺部，极少量细胞在短期内可存在于肝、脾等器官[22]。另外，由于培养的MSC不适应体内环境，移植的细胞绝大多数在短期内死亡，即使在治疗骨发育不良时，也没有发生可预期的外源细胞植入[23]。那么，储留于肺部的细胞可能引起哪些风险呢？

MSC具有很强的成骨能力，这也是MSC治疗骨缺损的基础。长期留存于肺部的MSC，在某些炎性因子的刺激下，可能成为异位骨组织的来源[24]。有报告证实，在犬骨髓移植的模型研究中，受体犬可出现广泛性肺组织钙化，肺部发现供体犬来源的类骨组织[25]。另外，由于大量细胞短期内留存于肺部，将引起肺微小血管阻塞[21]，肺动脉压力可能短暂升高，造成左心室负荷加重，从而引起心功能障碍，或诱发严重的肺动脉高压危象。因此，对于肺阻塞性疾病、肺动脉高压和心功能不全患者而言，在短时间内静脉输注细胞本身就可能诱发严重的并发症。

有研究认为，可以利用静脉输注后MSC留存于肺部的特点，以及MSC的多向分化能力和旁分泌功能，设计MSC治疗某些肺部疾病，包括肺纤维化、肺动脉高压症等[26]。这种设计缺乏充分的科学理论基础支撑。MSC并不具备分化为肺泡细胞的能力，其本身也不具备形成血管的功能。有关MSC治疗肺部疾病的初步临床试验显示，其治疗效果值得商榷[26]。干细胞不是“啥都能干”的细胞，尤其考虑到大量MSC短期输注引起的肺水肿和出血等并发症时[27]，有些适应证必须被摒弃。例如，肺动脉高压和左室心功能不全，是否作为MSC静脉输注的禁忌症，值得通过动物实验研究探索，也应得到临床专家的重视。

目前，MSC治疗肺部疾病的临床试验中，尚未见静脉输注MSC引起严重毒副作用的报告，细胞应用1年后全身CT扫描也未发现异位成骨现象[28]。然而，MSC静脉输注的潜在风险还是存在的，其长期毒副作用更不得而知。尤为重要的是，受试者有知情并决定是否加入相关临床试验的权利，静脉输注MSC可能的风险也应属于被告知内容。基础研究工作者应通过动物实验研究，深入探讨在生理及不同病理条件下，静脉输注MSC的体内动力学规律。临床试验组织者有责任将静脉注射MSC后，细胞的可能归宿以及引起的风险，以能使非专业人士充分理解的方式告知受试者，并由其最终决定参加与否。

3 MSC在心肌梗塞治疗中的应用

MSC应用于急性心肌梗塞及恢复期的治疗，已被部分国家批准进入临床。但是，必须指出的是，MSC能用于心肌梗塞治疗的可能依据，在于其通过旁分泌途径促进血管再生；至今尚未见确切证据表明，MSC能分化为功能心肌细胞，并能与其他细胞完整结合，从而与周围细胞协同实施同步收缩或舒张的功能。无论通过静脉或冠脉内注射，只有极少数细胞可能到达心肌缺血部位，因此可以推测，其促血管新生的效果有限，能否发挥损伤心肌的修复作用，并无明确证据。通过冠脉注射的方式，利用MSC或骨髓单个核细胞对心肌梗塞后遗症进行治疗，已经有20余份临床研究报告。在有随机对照的临床试验中，这种治疗的疗效并不能在多数临床试验研究中得到明确肯定[29]。利用MSC治疗急性心肌梗塞，报道的临床疗效并不一致。有研究发现，与对照组常规治疗相比较，在观察的各时间点，增加冠脉内注射骨髓MSC治疗，不能更好地促进心功能恢复，患者运动能力也未见更多改善[30]。也有研究提示，这种治疗可能与细胞用量有关，部分病例受损心肌修复加速，心功能改善明显[31]。但是，该研究同时发现，冠脉阻塞是该疗法严重的并发症，可能引起新的心肌梗塞[31]。

为提高MSC治疗心肌梗塞的疗效，有研究者提出心肌内注射的方式，以期更多细胞储留于注射部位，其促血管再生作用得以充分发挥。从已有的临床试验报告看，通过心肌注射MSC修复缺血心肌组织，效果似乎优于使用骨髓单个核细胞，与对照组相比，其6 min步行距离延长，梗塞面积缩小，心衰生活指数提高[32-33]。但是，这种治疗方式能否改善某些关键的心功能指标，如射血分数等，各研究的结果并不一致[32-35]。然而，移植细胞如能长期存活，将会带来心肌细胞间动作电位传递异常，以及MSC分化为骨、软骨和脂肪组织等潜在的风险[36]。MSC心肌注射的长期并发症，仍需要更多的动物实验及临床试验观察明晰。

总之，在渴望新型治疗技术的刺激下，MSC治疗已经进入临床应用及临床试验过程。然而，MSC的分化能力有限，只能形成骨、软骨和脂肪组织。目前开展的临床试验研究，更多地依据MSC的旁分泌功能，及其赋予的免疫调节和促血管新生能力。因此，MSC不是万能细胞，无法用于治疗所有疾病，而其引起的风险以及相关的伦理道德问题，更应该引起基础及临床研究者的重视[2，5-7]。设计以MSC为基础的临床试验，应在充实的动物实验研究证实其安全性和有效性的基础之上。更为重要的是，应将患者利益置于第一位，认真评估这种新型治疗可能带给患者的伤害和利益，并以浅显易懂的语言告知患者所有治疗的风险/受益，包括长期的风险，其他可供选择的疗法，并遵守自愿参加、信息保密以及利益冲突等原则，切不可因为对于新技术的追捧，忘记应有的医学伦理道德与责任。

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Safety and Ethical Issues in Mesenchymal Stem Cell Therapy

WANG Dongmei1,GUO Zikuan2．1 Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China;2 Department of Experimental Hematology,Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing 100850,China.Corresponding author:GUO Zikuan(E-mail:guozk@bmi.ac.cn).

【Summary】The characteristics of mesenchymal stem cell(MSC),including immuno-regulatory,hematopoiesis-supporting and angiogenesis-promoting activities endow it to be the second candidate of adult stem cells beyond hematopoietic stem cells in clinical application.MSC,as a cellular drug,has been officially approved by some governments to treat graft-versushost disease,Crohn's disease and osteoarthritis.Meanwhile,hundreds of clinical trials have been ongoing and thousands of subjects have received MSC therapy.However,it should be noted that serious or even fatal side effects and complications might occur,being aroused by MSC itself and the process of MSC therapy.Therefore,the informed consent of the subjects enrolled in a clinical trial should be reinforced especially the efficacies of MSC therapy on a disease are still in controversy. To rigorously protect the interest of the patients,the details of the therapy including the rationale of the treatment,the potential risks and the measurements that will be taken,and the current managements and their differences from the tested trial,should be readily accessible and comprehensible to the enrolled subjects.

Mesenchymal stem cells;Ethical issues;Safety

Q813

B

1673－0364（2014）05－0241－04

2014年8月18日；

2014年8月30日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.05.001

国家自然科学基金（30971068）。

100029北京市北京化工大学（王东梅）；100850北京市军事医学科学院放射与辐射医学研究所实验血液学研究室（郭子宽）。

郭子宽（E-mail：guozk@bmi.ac.cn）。