人類肺臟再生成為現實：左為教授團隊發表全球首例肺幹細胞移植人體臨床試驗成果

肺、心、肝、腎等人體大型器官損傷後的再生修復一直是現代生物醫學的重要難題。統計數據表明，肺部損傷性疾病在導致人類死亡原因中排名第三位。中國每年有數以千萬計的肺部疾病患者忍受著巨大的痛苦，甚至受到嚴重的死亡威脅，而傳統的藥物或手術治療的療效和安全性並不令人滿意。幹細胞，或許是這些患者的最後希望。

國家重點研發計劃幹細胞項目首席科學家、同濟大學左為教授團隊近日發表了題為「Regenerationof functional alveoli by adult human SOX9+ airway basal cell transplantation」 的研究論文，在國際上率先報導了利用成年人體肺幹細胞培養和移植技術再生肺臟的突破性工作。該成果以封面文章的形式發表在最新一期的Protein & Cell雜誌上。在同期配發的評論文章（highlight）中，美國德州醫學中心的Jun Wu助理教授和中國科學院生物物理研究所劉光慧研究員對這一成果給予了積極的評價：「該項研究所展示的基礎及臨床數據具有重大的價值，展現出了再生醫學令人激動的前景」。

事實上，早在三年前，左為與美國教授Frank McKeon一起工作時，就已在小鼠肺內發現了p63+/Krt5+的成體幹細胞具有再生肺臟的潛能。其部分成果發表在Nature期刊上，引起了業界的震動【1】（下圖）。2015年以青年「千人計劃」身份回國到同濟大學任職後，左為帶領的課題組改變方向，專註於鑒定尋找人類肺幹細胞的工作。按他的說法是「小鼠和人肺臟的結構及發育過程差別非常大，只有直接研究人體才能接近真相併最終解決疾病問題」。

功夫不負有心人，經過持續不斷地探索，左為團隊終於在肺部支氣管上皮的凹陷皺褶位置，發現了零星的SOX9+標記的基底層細胞(SOX9+ Basal Cell, BC)具有肺幹細胞的潛能。通過與時任上海市東方醫院呼吸科任濤教授合作，他們運用支氣管鏡刷檢的方法，從微量的成人活體樣本中嘗試分離擴增這類肺幹細胞（下圖）。每一次刷檢取得的細胞中，大約有0.2%的細胞是肺幹細胞。經過不斷嘗試，最終建立起一套完善的體系，可以從少至單個幹細胞起始，對細胞進行大規模克隆樣擴增。擴增多個代次之後的幹細胞依然保持遺傳性狀和分子表型的穩定。

從此之後，無論針對健康人還是肺病患者，都可以運用這套功能強大穩定的系統對其肺幹細胞進行分離擴增。該論文的共同第一作者、斯坦福大學海歸馬煜博士還親手培養了自己的肺幹細胞。

SOX9+標記的基底層細胞的培養與分析

為了檢驗肺幹細胞再生肺組織的能力，左為團隊將肺病患者的肺幹細胞標記上GFP熒光之後，經氣管移植到免疫缺陷小鼠受損的肺內。移植之後三周，可以看到人的肺幹細胞大面積整合到小鼠的肺內，形成了「人-鼠嵌合肺」。進一步的組織學分析表明，幹細胞移植成功地在小鼠肺內再生出了人的支氣管和肺泡結構。更重要的是，人的肺泡周圍還募集了小鼠的毛細血管。通過納米金追蹤技術顯示，這些新生的肺泡和毛細血管是有功能的。接受幹細胞移植之後的小鼠肺內纖維化損傷區域被新生的人體肺泡替代。動脈血氣分析表明小鼠的肺功能也得到了恢復。

值得一提的是，研究人員發現只有從肺部支氣管來源的成體幹細胞才具有再生肺臟的功能。而其它部位來源的幹細胞，無論是上皮組織幹細胞還是間充質幹細胞，都不具備再生肺組織的功能。由此可見，成體幹細胞在組織再生功能方面，是非常「專一」的。此外，研究人員還發現如果將一種臨床上抗肺纖維化的葯吡菲尼酮與肺幹細胞一起應用到動物身上，可以進一步提升移植效率——這一過程與TGFβ/Smad信號轉導通路有密切關聯。

一系列動物試驗的成功引起了呼吸科醫生和肺病患者的密切關注，他們迫切希望將這一新的肺幹細胞移植與再生技術用到臨床上。經過前期對細胞生產製備工藝流程的充分驗證和動物試驗數據的長期觀察，左為團隊聯合解放軍陸軍軍醫大學附屬西南醫院呼吸科和吉美瑞生公司遞交了開展自體支氣管基底層細胞（肺幹細胞）移植治療支氣管擴張的臨床研究申請。經醫院學術和倫理專家委員會審議修改後通過，於2016年3月啟動了第一批患者入組。從而正式啟動了世界首個基於幹細胞的肺臟再生臨床試驗。

支氣管擴張是肺部結構的一種永久性損傷，其病因主要是氣道細胞受損導致支氣管結構的塌陷擴張變形。該論文中描述的兩位支氣管擴張患者是最早接受自體肺幹細胞移植的，距論文發表已有超過一年半的時間。移植一年之後兩位患者均自述咳嗽、咳痰和氣喘等癥狀出現改善。CT影像學顯示其中一位患者的支氣管擴張結構一年之後呈現局部修復情況（下圖）。肺功能檢測提示移植幹細胞一個月之後肺功能並未好轉，而三個月之後各項肺功能即開始出現好轉並保持到一年之後。具體主持臨床研究的西南醫院戴曉天教授介紹：「總體來看，這次幹細胞移植效果是很成功的。作為全球首例探索，一開始我們心裡也有點擔心，畢竟沒有前人經驗可以參考。現在臨床效果能觀察到，病人和我們醫生都很開心。當然，我們後續還要繼續擴大樣本量，增加對照組，進行長期持續的觀察。」

此項治療的安全性和有效性很大程度上都是取決於細胞本身。「細胞質量就是生命，我們目前是按照中國CFDA的標準加上美國FDA標準來嚴格執行質量管理」，臨床級肺幹細胞質量管理負責人王立峰介紹到。在加入團隊之前，王立峰曾是葯明康德與美國Juno合資CAR-T項目的質量部負責人。如今移植到肺病患者人體的所有細胞均需經他簽字方可放行。

據悉，該論文成果由同濟大學附屬上海市肺科醫院、解放軍陸軍軍醫大學、浙江省江南幹細胞研究院、上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院和吉美瑞生公司的科研團隊合作完成。此外據了解，左為教授團隊目前已與多家幹細胞備案醫療機構開展多中心合作研究，其中包括北京協和醫院、上海瑞金醫院、上海東方醫院和廣州醫科大學附屬醫院等，同時還引入了第三方合同研究組織(CRO)。包括呼吸病學泰斗鍾南山院士在內的專家對此項目的深入開展寄予了厚望。此外，由江西省政府批准建設的江南幹細胞與再生醫學資源庫也有望在年內投入使用。截止目前團隊總共開展了超過80例臨床幹細胞移植，涉及支氣管擴張、慢阻肺和間質性肺病等不同的病種，並計劃在2018年內啟動細胞治療產品新葯申報(IND)流程。

我們欣喜地看到，中國的肺臟再生技術已經走到了世界的最前列。

參考文獻：

1、Zuo, W., Zhang, T., Wu, D. Z. A., Guan, S. P., Liew, A. A., Yamamoto, Y., ... &McKeon, F. (2015). p63+ Krt5+ distal airway stem cells are essential for lung regeneration.Nature, 517(7536), 616.

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