基于体外循环细胞干预性治疗的临床应用

戴馨琳 综述 龚德华,2 审校

血液净化采用对流、弥散或吸附等手段从血液中清除某种或某些溶质及水分,以缓解临床症状或疾病的治疗方式,包括血液透析、血液滤过、血液灌流、血浆吸附及其组合方式等。实际上临床除了针对血液中溶质进行干预治疗外,还存在针对循环中细胞进行干预治疗的方式,即体外循环细胞干预性治疗(extracorporeal cell intervention therapy, ECIT),主要依靠吸附和离心两种方式从血液中清除细胞。作为药物治疗以外的辅助治疗手段,ECIT目前已成熟用于自身免疫异常相关的慢性炎症性疾病中,如慢性炎症性肠病、银屑病等,包括应用于处于试验阶段的脓毒症的救治。因而,本文对ECIT相关技术及临床应用进展综述如下。

ECIT技术形式及特点

吸附吸附即利用特定材料制成吸附柱,吸附血液中的白细胞,不同于通常意义的血液灌流。目前已用于临床的吸附柱包括Cellsorba®(日本Asahi Kasei医疗公司)及Adacolumn®(日本JIMRO医疗公司)两种产品(表1)。

表1 吸附性体外循环细胞干预性治疗比较

Cellsorba®装置为亲水性高分子无纺布聚酯纤维组成的滤器型白细胞去除装置,外壳为聚碳酸酯材料,通过改变表面介质密度而控制纤维之间有效孔径,或通过改变纤维表面净电荷,使白细胞滤除,基于这一装置建立的治疗模式称为白细胞去除治疗(leukocytapheresis, LCAP)[1]。据报道单次LCAP的白细胞去除量约为1.6×1010个。LCAP后出现的白细胞超调现象,即治疗过程中的前30 min白细胞计数可下降60%,去除约90～100%的粒细胞和单核细胞、30～60%的淋巴细胞和约30%的血小板,但在治疗结束后15 min,白细胞计数则上升至基线水平的170%。被吸附清除的主要是活化的白细胞,而治疗后快速补充的白细胞是人体自身维稳过度的现象,其中在此过程中血管壁、脾脏和淋巴结释放的白细胞是未活化的白细胞,即缺乏致炎能力的白细胞。除白细胞外,还可以去除部分促炎细胞因子产生源头,如活化的血小板、单核细胞-血小板集落(MPA)和白细胞-血小板集落(LPA)。LCAP后促炎细胞因子[如肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)、IL-2、IL-8和干扰素γ(IFN-γ)]明显降低,而免疫调节细胞因子(如IL-4)的浓度则显著增加[2],T细胞和B细数量也显著减少,CD4/CD8比值无变化而TH1/TH2比值显著降低,同时似乎可选择性去除CD14+CD16+DR++单核细胞[3]。循环细胞及细胞因子的变化与临床疗效的相关性,还需进一步的研究证实。

Adacolumn®吸附柱为一种填充220g直径2mm的醋酸纤维素珠作为吸附载体的高选择性白细胞吸附装置(图1)[1],基于该装置建立的治疗模式称为粒细胞和单核细胞清除术(granulocytes and monocytes apheresis,GMA)。抗凝全血通过Adacolumn®吸附柱后,醋酸纤维素珠从血浆中吸附IgG和免疫复合物,后者再与Fcγ受体结合,Fcγ受体在不同细胞上的表达存在的极大差异(淋巴细胞2%,粒细胞65%,单核细胞55%),使之可选择性吸附髓系白细胞,对红细胞和血小板没有明显吸附作用。因此GMA主要是选择性清除某些髓系白细胞亚群,如CD14+CD16+DR++表型细胞,即促炎单核细胞,而增加CD4+CD25+表型即调节性T细胞(Treg),后者表达高水平的IL-2受体(CD25)和转录因子P3,通过抑制免疫细胞的过度激活参与调节免疫反应[4];纤维素珠也可吸附补体活化产生的iC3b,并使其与细胞表面粘附因子Mac-1的结合,由此消耗表达Mac-1的活化白细胞;抑制TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8生成,显著升高抗炎因子IL-10和巨噬细胞炎性蛋白1β水平从而减轻炎症[2]。

图1 粒细胞和单核细胞清除术连接示意图

除上述两种细胞吸附装置外,尚有“选择性细胞吸附装置(SCD)”,其基本原理是在枸橼酸抗凝导致体外循环局部低离子钙的情况下,血液流经滤器膜外侧(透析液侧),由于膜外侧剪切应力远低于膜内侧,血液中白细胞,主要是中性粒细胞就会粘附于纤维表面,据认为部分粘附细胞会再次进入血液,但可能进入凋亡状态,从而对机体免疫状态起到调理作用。动物实验证实这种白细胞的捕获-再释放装置对脓毒症休克导致的急性肾损伤,显著降低中性粒细胞活性,减轻组织浸润并缓解系统性毛细血管渗漏,改善心功能及延长生存时间[5]。

离心离心式细胞清除是采用离心加速方式,利用血液成分密度差异使之分层从而选择性分离清除的方式。具体方法即引导血液流经离心盘,后者以1 000～2 000 r/min速度旋转,使血液中密度不同的成分在转盘中迅速分层,最内侧为血浆层,最外侧为红细胞层,中间即为白细胞层,血小板则介于血浆层与白细胞层之间。分层后的血液通过不同引导通道流出转盘,根据治疗目的不同进行进一步处理:如血浆置换(PE)则分离血浆丢弃;外周血干细胞采集则分离白细胞层以保存。此种技术更多应用于输血科及血液科,高白细胞性白血病去白治疗即常采用这种技术[6]。相较于吸附方法,离心式血细胞去除技术具有成本低,技术成熟,副作用小等优势,基于离心式细胞分离技术发展起来的体外循环细胞光化学疗法(extracorporeal photopheresis)则在临床应用较多。其基本原理是患者提前服用光敏剂8-甲氧基补骨脂素后,再通过体外离心分离白细胞,使含光敏剂的白细胞通过适当紫外线照射,导致其死亡或凋亡,而未被处理的免疫细胞则促进增殖,起到免疫调节作用,对皮肤T细胞淋巴瘤、移植物抗宿主病(GVHD)、实体移植器官排斥反应及自身免疫性疾病有较好治疗效果[7]。

ECIT的临床应用

慢性炎症性肠病(IBD)IBD是一种以反复发作的肠道炎症为特点的非特异性慢性炎症性疾病,临床表现包括血便、腹泻、腹痛、发热、体重减轻等,极大影响患者的工作活动和生活质量。常见IBD包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。近年来研究发现,体内促炎性细胞因子的升高或许是IBD活动或加重的重要因素,而循环中的髓系白细胞被认为是产生促炎细胞因子的重要来源。进一步清除循环中的这些白细胞即可能减少促炎细胞因子的产生,减少白细胞黏膜浸润,进而缓解或减轻肠道炎症作用。因此,ECIT选择性清除循环中白细胞,已成为复发性、难治或药物不耐受的IBD患者的辅助治疗手段。

Sawada等[8]在1995年首次报道采用LCAP治疗活动性IBD 患者13例,治疗有效率高达84.6% 。双盲对照试验发现,常规药物联合ECIT治疗组有效率显著优于常规药物对照组[9]。与常规ECIT治疗(每周一次)相比,强化ECIT治疗(每周两次)临床缓解率更高、且缓解更迅速[10-11]

IBD易复发,依赖长期药物,部分患者出现药物耐受或对药物治疗抵抗。ECIT的目的并不是为了替代药物,而是作为药物治疗的补充或挽救性措施,以减少药物不良作用,或作为药物抵抗/禁忌时的替代治疗。研究提示ECIT可减少UC患者糖皮质激素的用量,且对比单用激素治疗有效率更高,不良反应发生率更低,出现疾病复发的间隔时间更长[12-13]。此外,GMA治疗用于激素抵抗的难治性IBD患者时,有效率可高达81%,随访12月缓解率达78%[14-15]。

IBD药物治疗在一些特殊人群中面临困难,生育期女性病例面临着发病时间与妊娠时间重叠的问题,这种情况下药物治疗存在诸多限制,而IBD病情失控亦会影响妊娠结局。虽然研究例数较少,但使用GMA治疗妊娠期及哺乳期活动性UC患者仍可体现较高的临床缓解率(可达80%),且无严重不良反应[16-17]。因患儿长期药物治疗需考虑对期生长发育的影响,采用ECIT治疗不仅可以减少激素用量,且疾病活动也能得到较好的控制[18]。ECIT治疗作为一种替代药物的备选方案,可降低老年患者因药物治疗带来的合并症多及不良反应的风险[17]。2018年的一项研究比较了老年患者(≥65岁)与中青年患者进行GMA治疗的效果及安全性[19],结果显示,两者缓解率无差异(70.8%vs87.5%,P>0.05),无严重不良反应,证实了GMA在老年人中的有效性及安全性。

慢性炎症性皮肤疾病泛发性脓疱型银屑病(GPP)是以发热、皮肤红斑和大面积无菌脓疱为特征的慢性自身免疫性疾病,对药物干预的反应通常很差。虽然目前对GPP的病因和致病因素还不清楚,但涉及髓系白细胞升高的免疫模式失调似乎是GPP免疫发病机制中的一个重要因素。采用ECIT清除循环中髓系白细胞具有一定的病理生理基础,同时在临床亦观察到一定的治疗效果:一项前瞻性研究[20]显示，加用GMA治疗后中重度的GPP患者总体严重度评分都较基线显著改善,皮损程度改善且生活质量亦也到提升,总体有效率达85.7%。此外,还有一些零星病例报道采用ECIT治疗其他慢性炎症性皮肤病,如疱疹样脓疱病[21],掌跖脓疱病[22]及其相关关节骨炎亦取得一定的疗效[23]。然而,关于ECIT在慢性炎性皮肤疾病中的应用,其疗效还需更多的临床研究以证明。

其他疾病药物抵抗的类风湿关节炎(RA)亦可用ECIT治疗。其可能的机理在于减少受累关节的活化T细胞浸润,下调辅助性T细胞的P-糖蛋白(Pgp),改善调节性T细胞功能,纠正细胞因子失衡[24]。最近发表的一项非随机的对照性研究,纳入了51例风湿性关节炎活动性评分>3.2的患者,20例接受LCAP治疗,31例接受药物治疗,结果显示LCAP治疗在改善关节病变评分方面显著优于药物治疗[25]。另有报道2例泛耐药的RA(对多种药物抵抗,包括托法替尼)采用LCAP治疗后疾病活动程度及对后续药物治疗的反应性改善[26]。

小样本的观察性研究报道LCAP可改善难治性哮喘的控制测试评分及呼出一氧化氮分数[27]。一例激素及利妥昔单抗都无效的肾病综合征患者,采用LCAP治疗后尿蛋白显著降低,同时该患者对后续激素及利妥昔单抗敏感[28]。关于抗中性粒细胞胞质抗体(ANCA)相关性血管炎以及系统性红斑狼疮的研究较早,亦可表明ECIT治疗ANCA相关性急进性肾小球肾炎患者可使肾功能得到改善、抗髓过氧化物酶抗体水平下降。肺出血患者在加用ECIT治疗后咯血以及呼吸困难症状得到缓解,血氧分压PaO2上升且X片示肺部阴影减少[29]。在后续研究结果表明加用ECIT可降低死亡率[30]。对于GMA治疗系统性红斑狼疮的疗效可体现在GMA治疗10周后患者SLE-DAI评分的中位数从基线时的16降至6(P<0.001),且患者脱发及关节炎有不同程度的改善[31]。

急性感染相关的疾病如脓毒症,其早期普遍存在循环中白细胞大幅升高及大量活化,并进一步成为炎症风暴形成的根源之一。同样,临床还观察到升高及活化的白细胞相当部分会募集到肺部、肾脏,导致系统性炎症相关的肺或肾损伤。在这种情况下通过ECIT清除循环中过度活化的白细胞,理论上而言亦可一定程度上帮助缓解过度炎症反应及避免继发性的器官损伤[32]。然而,ECIT在这方面的应用上目前仍处于研究阶段。

ECIT临床应用存在的问题

目前来看ECIT疗法的安全性较好,与治疗相关的严重不良反应非常少见,治疗过程中的不良事件发生率11.4%,严重不良事件3.7%。不良事件包括头痛(2.3%);恶心呕吐 (2.1%);发热 (1.4%),弥散内血管内凝血(0.7%),脓毒症 (0.7%),低血压 (0.5%)等。其中治疗相关的不良反应发生率为2.5%[33]。几乎所有的不良事件都是轻～中度,无需停止治疗。

除了疗效及安全性,影响ECIT临床应用的因素还包括治疗成本、患者对体外循环治疗的接受度以及血管通路问题。尽管可通过外周血管直接穿刺的方式建立血管通路,避免了中心静脉置管,但同样存在穿刺相关并发症。为减少此类问题,单针模式似乎为一种不错的发展方向。有研究显示,与传统双针模式相比,单针模式并不影响治疗效果[34],但显著缩短护士用于建立血管通路的时间及显著降低穿刺相关事故发生率。

ECIT的临床应用还面临着治疗指征问题,即如何判断患者能否从ECIT治疗中获益,从而减少无效使用。有研究报道,年龄增加(P=0.05)、UC发作≥3次(P=0.02)、ECIT疗程≥2次(P=0.03)是影响ECIT近期疗效的因素,特别是临床活动指数(CAI)值高的患者治疗反应性差(CAI≥16,P=0.001)。对于病程长或有多次复发史的UC患者,可能ECIT治疗效果并不理想,因此不宜选择此项治疗[35]。

小结:ECIT已成熟应用于一些慢性炎性疾病的治疗,包括IBD,银屑病等,作为常规药物治疗抵抗、禁忌时的替代及补充,或与药物治疗联合以降低一些毒副作用大的药物所需剂量。同时其在脓毒症等感染性炎症的应用价值仍需进一步探索。