干細(xì)胞是如何戰(zhàn)勝新型冠狀病毒的？
一不小心，2019新型冠狀病毒就成了2020年春節(jié)期間最大的網(wǎng)紅。
近段時(shí)間以來(lái)，湖北省武漢市和全國(guó)范圍內(nèi)新型冠狀病毒感染引起的肺炎快速發(fā)展，震動(dòng)全國(guó)。世界衛(wèi)生組織已于2020年1月31日將其定為國(guó)際公共衛(wèi)生緊急事件。
當(dāng)前，防控新型冠狀病毒肺炎疫情工作進(jìn)入關(guān)鍵期，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、干細(xì)胞研究等高新科技也紛紛加入這場(chǎng)疫情防控阻擊戰(zhàn)。知彼知己，才能取得最后的勝利。
下面我們就詳細(xì)為大家梳理下，具體的疫情信息和防控進(jìn)展情況，以及干細(xì)胞治療發(fā)揮作用的病理，藥理機(jī)制。
冠狀病毒是個(gè)什么鬼？
冠狀病毒是自然界廣泛存在的一類病毒，因該病毒形態(tài)在電鏡下觀察類似王冠而得名。目前為止發(fā)現(xiàn)，冠狀病毒僅感染脊椎動(dòng)物，可引起人和動(dòng)物呼吸道、消化道和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。
2019新型冠狀病毒跟冠狀病毒是什么關(guān)系？
2019新型冠狀病毒（2019-nCoV）是目前已知的第7種可以感染人的冠狀病毒，其余6種分別是HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV和MERS-CoV。
圖1：冠狀病毒的電鏡照片和結(jié)構(gòu)示意圖
2019新型冠狀病毒（2019-nCoV），因2019年武漢病毒性肺炎病例而被發(fā)現(xiàn)，2020年1月12日被世界衛(wèi)生組織命名。2020年2月12日，國(guó)際病毒分類委員會(huì)（International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV）宣布，新型冠狀病毒（2019-nCoV）的正式分類名為嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）。而世界衛(wèi)生組織（WHO）同日宣布，由這一病毒導(dǎo)致的疾病的正式名稱為COVID-19。
2019新型冠狀病毒（2019-nCoV）屬于β屬的冠狀病毒，有包膜，顆粒呈圓形或橢圓形，常為多行性，直徑60-140nm。病毒對(duì)紫外線和熱敏感，56°C 30分鐘、乙醚、75%乙醇、含氯消毒劑、過(guò)氧乙酸和氯仿等脂溶劑均可有效滅活病毒，氯已定不能有效滅活病毒。
危重病人出現(xiàn)細(xì)胞因子風(fēng)暴
1月24日，《柳葉刀》（Lancet）在線發(fā)表了兩篇新型冠狀病毒研究論文，論文中提到在首批確診的2019-nCoV重癥感染者里面，大量的患者出現(xiàn)了“細(xì)胞因子風(fēng)暴”。
此前非典，中東呼吸綜合征和埃博拉病毒等感染疾病案例均證明，細(xì)胞因子風(fēng)暴才是真正的奪命殺手，可以觸發(fā)免疫系統(tǒng)對(duì)身體的猛烈攻擊。
細(xì)胞因子風(fēng)暴（cytokine storm）是指機(jī)體感染微生物后引起體液中多種細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-γ、MCP-1和IL-8等迅速大量產(chǎn)生的現(xiàn)象，是引起急性呼吸窘迫綜合癥和多器官衰竭的重要原因。
新型冠狀病毒是如何引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴的？
新型冠狀病毒第一次感染人類，此時(shí)人類的免疫系統(tǒng)對(duì)這種病毒沒有識(shí)別能力的，一旦病毒潛入正常細(xì)胞，免疫系統(tǒng)將無(wú)法辨別敵我。當(dāng)病毒快速繁衍，而免疫系統(tǒng)也忍無(wú)可忍，選擇努力清除病毒時(shí)，細(xì)胞因子風(fēng)暴就有可能爆發(fā)，病毒的毒性取決于其誘導(dǎo)產(chǎn)生的免疫反應(yīng)破壞性有多強(qiáng)[1]。
研究表明，新型冠狀病毒通過(guò)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）進(jìn)入細(xì)胞，因此高表達(dá)ACE2又容易進(jìn)入的肺組織成為了新型冠狀病毒的主要入侵對(duì)象。
病毒進(jìn)入肺部后，免疫系統(tǒng)派出大量免疫細(xì)胞前往肺組織殺敵，如此形成了肺炎，患者表現(xiàn)為發(fā)熱、咳嗽、呼吸困難。但是這些免疫細(xì)胞因?yàn)槟芰Σ粔?，無(wú)法準(zhǔn)確殲滅病毒，只能無(wú)差別轟炸，并招募更多的免疫細(xì)胞前來(lái)殺敵，越來(lái)越多的免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子聚集。
一旦形成細(xì)胞因子風(fēng)暴，免疫系統(tǒng)不一定能殺死病毒，但是肯定會(huì)殺死大量肺的正常細(xì)胞，嚴(yán)重破壞肺的換氣功能，在肺部CT上表現(xiàn)為大片白色，即“白肺”，患者會(huì)呼吸衰竭，直至缺氧死亡。
圖2：冠狀病毒的電新型冠狀肺炎患者的肺部CT，大片白色部分即受損的肺[4]
除了肺部，ACE2在人體中還高表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞、心臟、腎臟、肝臟、消化道等器官，所有表達(dá)ACE2的組織器官都可能是新型冠狀病毒與免疫細(xì)胞的戰(zhàn)場(chǎng)，從而導(dǎo)致多器官衰竭。
病毒攻擊消化道，會(huì)使患者腹瀉、惡心，還會(huì)造成糞-口傳播，因此人們應(yīng)該注意勤洗手，減少聚餐，注意飲食衛(wèi)生[2]。攻擊腎臟，患者表現(xiàn)為蛋白尿、血肌酐升高等腎功能不全癥狀，因此住院患者應(yīng)注意檢測(cè)腎功能，盡早保護(hù)腎臟功能[3]。
新型冠狀病毒感染的ICU患者并不都是急性呼吸窘迫綜合征，還有休克、急性心肌損傷、心率失常、急性腎損傷等并發(fā)癥[4]，患者死因也不僅是呼吸衰竭，許多死亡病例是死于心臟、腎臟、肝臟衰竭，而令這些臟器受損的主要原因就是病毒誘發(fā)的細(xì)胞因子風(fēng)暴。
為什么干細(xì)胞會(huì)被用于重癥新冠肺炎的治療
前面講了，新型冠狀病毒可以觸發(fā)免疫系統(tǒng)對(duì)身體的猛烈攻擊，引起急性呼吸窘迫綜合癥和多器官衰竭等，目前還沒有有效的治療手段。而干細(xì)胞往往對(duì)于其他治療手段無(wú)能為力的疑難病癥和重癥有神奇的療效，那干細(xì)胞這次又將如何在治療重癥新冠肺炎過(guò)程中發(fā)揮做用呢？
干細(xì)胞有很多種，目前應(yīng)用最多的是間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal Stem Cells, MSC），這是一種多潛能的基質(zhì)細(xì)胞，能夠分化為不同類型的細(xì)胞，包括成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等。間充質(zhì)干細(xì)胞在人體中分布廣泛，在骨髓、脂肪組織、臍帶血、胚盤、外周血、羊水、口腔組織等都有發(fā)現(xiàn)[5]。
以往在一些臨床研究已經(jīng)證實(shí)，干細(xì)胞在治療多個(gè)組織器官的炎癥，例如紅斑狼瘡性腎炎、重癥肝炎、骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等，都具有一定作用。在干細(xì)胞家族中，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）具有低免疫原性,能分泌生長(zhǎng)因子,調(diào)節(jié)免疫和炎癥,抗氧化應(yīng)激等,有直接參與損傷修復(fù)的功能，對(duì)于各種炎癥相關(guān)疾病具有很好的應(yīng)用前景。
其實(shí) MSC 用于病毒感染的治療也早有報(bào)道[6]。早期研究發(fā)現(xiàn)，MSC 能夠通過(guò)降低趨化因子和促炎細(xì)胞因子的水平，以及減少炎癥細(xì)胞進(jìn)入肺部，從而減輕 H5N1、H9N2 流感病毒引起的急性肺損傷[7, 8]。
國(guó)際權(quán)威期刊《柳葉刀》發(fā)表的「2019 武漢新型冠狀病毒臨床特征」闡明，ICU 患者（危重患者）細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)水平明顯高于非 ICU 患者，細(xì)胞因子風(fēng)暴與疾病嚴(yán)重程度有關(guān)[9]。
圖3：健康對(duì)照組，ICU患者和非ICU患者的血漿細(xì)胞因子和趨化因子水平（部分?jǐn)?shù)據(jù)）[9]
因此，與對(duì)抗H5N1、H9N2 流感病毒類似，在新型冠狀病毒肺炎危重癥患者的治療中，MSC 同樣可通過(guò)降低炎癥反應(yīng)、減少炎性滲出、增強(qiáng)肺泡毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞存活率等機(jī)制，改善肺部環(huán)境，減輕病毒感染患者的病情。當(dāng)然，由于炎癥環(huán)境也會(huì)抑制MSC發(fā)揮治療作用，因此在重癥肺炎階段，不應(yīng)該單獨(dú)依賴MSC來(lái)發(fā)揮治療作用，而應(yīng)采用綜合療法。
圖4：MSC在免疫調(diào)節(jié)中的可塑性[10]
為什么說(shuō)低氧條件下培養(yǎng)的干細(xì)胞更具戰(zhàn)斗力？
九芝堂美科引進(jìn)美國(guó)Stemedica公司成熟的干細(xì)胞制藥技術(shù)，已在北京大興生物醫(yī)藥基地建成了符合中國(guó)、美國(guó)cGMP標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體系的生產(chǎn)平臺(tái)。該平臺(tái)采用全程低氧技術(shù)，所產(chǎn)間充質(zhì)干細(xì)胞可以耐受低氧環(huán)境，稱為缺血耐受間充質(zhì)干細(xì)胞（itMSC）。
圖5: itMSC細(xì)胞因子分泌能力更強(qiáng)
itMSC的擴(kuò)增能力、歸巢能力、組織修復(fù)能力、炎癥調(diào)節(jié)能力均強(qiáng)于常氧環(huán)境培養(yǎng)的干細(xì)胞，如下圖所示，itMSC對(duì)傷口愈合過(guò)程中的細(xì)胞因子如EGF, bFGF,VEGF-121,IL-1β,IL-6和TNF-α的敏感性更高，因此歸巢能力更強(qiáng)[11]。
圖6：itMSC對(duì)傷口愈合過(guò)程中的細(xì)胞因子敏感性更強(qiáng)
研究表明常氧培養(yǎng)的MSC也有一定的炎癥調(diào)節(jié)能力，而經(jīng)過(guò)低氧培養(yǎng)獲得的itMSC的炎癥調(diào)節(jié)能力就更強(qiáng)了，因此非常有希望在重癥新冠肺炎治療中大展拳腳。
另外，Stemedica公司的itMSC治療卒中（點(diǎn)擊查看：Stemedica干細(xì)胞治療缺血性腦卒中I/IIa期臨床試驗(yàn)順利達(dá)到終點(diǎn)）、急性心梗、脊髓損傷等的臨床試驗(yàn)均取得了較好的效果就是很好的證明[12]，研究發(fā)現(xiàn)，itMSC可以減少血液中NK細(xì)胞的數(shù)量，而NK細(xì)胞是一類主要的炎性細(xì)胞，NK細(xì)胞數(shù)量的減少與左心室射血分?jǐn)?shù)的改善成正相關(guān)[12]。
圖7. NK細(xì)胞數(shù)量減少與左心室射血分?jǐn)?shù)的改善成正相關(guān)
另外，在急性心肌梗死和缺血性心肌病的研究中，itMSC也可以減少心臟中的中性粒細(xì)胞的數(shù)量，而中性粒細(xì)胞是另外一類主要的炎性細(xì)胞[13]。
圖8. itMSC靜脈注射可以減少心臟中的中性粒細(xì)胞[13]
前面講了，病毒感染后，人體免疫系統(tǒng)為了清除病毒而導(dǎo)致的“細(xì)胞因子風(fēng)暴”是真正的奪命殺手。在合適的治療時(shí)機(jī)給予MSC，靜脈輸注后MSC會(huì)首先分布到肺部，調(diào)節(jié)炎癥，避免炎癥過(guò)度，減少組織損傷，并促進(jìn)受損組織的修復(fù)，應(yīng)該對(duì)危重患者的救治起到積極的作用。因此，擁有更強(qiáng)大炎癥調(diào)節(jié)能力的itMSC或許更適合病毒性肺炎的治療。未來(lái)，九芝堂美科將更積極的與國(guó)內(nèi)相關(guān)醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作開展更多相關(guān)臨床研究。
參考文獻(xiàn)：
1.Makin S: How Coronaviruses Cause Infection—from Colds to Deadly Pneumonia. Scientific American 2020.
2.Zhang H, Kang Z, Gong H, Xu D, Wang J, Li Z, Cui X, Xiao J, Meng T, Zhou W, et al: The digestive system is a potential route of 2019-nCov infection: a bioinformatics analysis based on single-cell transcriptomes. biorxiv 2020.
3.Caution on Kidney Dysfunctions of 2019-nCoV Patients. Medrixv 2020.
4.Wang D, Hu B, Hu C, Zhu F, Liu X, Zhang J, Wang B, Xiang H, Cheng Z, Xiong Y, et al: Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus–Infected Pneumonia in Wuhan, China. Jama 2020.
5.Wikipedia, Mesenchymal stem cell. Wikipedia, 2020.
6.Thanunchai, M., S. Hongeng, and A. Thitithanyanont, Mesenchymal Stromal Cells and Viral Infection. Stem Cells Int, 2015. 2015: p. 860950.
7.Chan, M.C., et al., Human mesenchymal stromal cells reduce influenza A H5N1-associated acute lung injury in vitro and in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A, 2016. 113(13): p. 3621-6.
8.Li, Y., et al., Mesenchymal stromal cell treatment prevents H9N2 avian influenza virus-induced acute lung injury in mice. Stem Cell Res Ther, 2016. 7(1): p. 159.
9.Huang, C., et al., Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet, 2020.
10.Plasticity of mesenchymal stem cells in immunomodulation: pathological and therapeutic implications，Nature Immunology,2014.
11. High Targeted Migration of Human Mesenchymal Stem Cells Grown in Hypoxia is Associated with Enhanced Activation of RhoA. Stem Cell Res Ther 2013; 4(1)：5
12. Intravenously-delivered Mesenchymal Stem Cells: Systemic Anti-inflammatory Effects Improve Left Ventricular Dysfunction in Acute Myocardial Infarction and Ischemic Cardiomyopathy. Circ. Res. 2017; 120(10)：1598-1613
13. Intravenous Allogeneic Mesenchymal Stem Cells for Non-Ischemic Cardiomopathy:Safety and Efficacy Results of a Phase II-A Randomized Trial. Circulation Research.2016
