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干细胞还可以是宠物的福音

来源: 心肌病临床 时间:2021-8-22
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间充质干细胞(MSC)具有显著的免疫调节能力,随着宠物中炎症、退行性疾病和免疫介导疾病的增多,人们对这些宠物疾病的MSC治疗研究越来越感兴趣。这些MSC细胞表现出显著的多效性,包括抗凋亡、血管生成、生长因子的产生、抗纤维化以及通过趋化作用向损伤部位迁移的能力。加上MSC具有良好的免疫调节特性,该疗法具有治疗多种炎症性疾病的潜力。MSC也被应用于为宠物治疗许多炎症、退行性和免疫介导的疾病[1],包括特应性皮炎[2,3]、慢性牙龈口炎[4,5]、哮喘[6,7]、肠道疾病[8,9]、急性和慢性肾脏疾病[10-14]、骨关节炎和心肌病[15]等疾病。

犬特应性皮炎

特应性皮炎(AD)是狗比较常见的皮肤病,与人类疾病有许多相似之处。这种慢性多因素疾病与犬类品种偏好、特定基因位点的多态性、基因表达改变和特定过敏原有关[16]。它的特点是由于脂质(神经酰胺)和蛋白质(微丝蛋白)成分的变化导致皮肤屏障功能障碍,角质层的改变和经表皮的水分丢失,这容易导致更高的过敏原渗透。由于特应性皮炎的病理生理学,经常需要糖皮质激素,从而会导致多尿、多饮、多食、行为改变(包括攻击性),甚至会出现医源性肾上腺皮质功能亢进症[17]。评价脂肪源性MSC治疗犬特应性皮炎,静脉注射1.3x/kg细胞剂量的脂肪MSC并不能显著减少犬特应性皮炎的临床症状或主人评估的瘙痒程度[2]。但是,西班牙的一个团队给26只患特应性皮炎至少12个月的犬,经常规治疗无效后,静脉注射1.5×/kg异体脂肪MSC治疗,在6个月的随访中,瘙痒和CADESI-04评分分别在治疗一周或一个月后显著下降,并在六个月内保持稳定[3]。MSC具有很强的免疫调节的功能,但是却不能改善特应性皮炎的临床症状,这说明还有一些能影响治疗的因素的存在,包括MSC的生物学效力(细胞质量)和治疗方案等等。

猫慢性牙龈口炎(FCGS)

猫慢性牙龈口炎是一种严重的、疼痛的、炎症性口腔疾病,其特征是牙龈、颊粘膜和尾部口腔粘膜的严重炎症,发病率大约为0.7%-13%[18,19]。临床症状反映口腔不适,包括食欲不振、梳洗减少、体重减轻和多尿。CGS的发病机制复杂而多因素,可能是微生物区系改变、对抗原的自身耐受性丧失、先天免疫改变或潜在的病毒疾病所致[20,21]。常见微生物包括猫杯状病毒、猫疱疹病毒、猫免疫缺陷病毒。然而,这些感染源可能并不是疾病的罪魁祸首,而仅仅是患猫在治疗的愈合阶段并发的感染[22]。组织学上,猫的损伤以淋巴细胞炎症为特征,主要是效应性T细胞和B细胞[23]。这种疾病会引起痛苦的粘膜损伤,显著降低生活质量。临床症状多种多样,从疼痛、中度到重度口腔不适、食欲不振、体重减轻和咳嗽。大约70%的猫对标准治疗有反应,包括全部或部分拔牙。剩下的30%对拔牙没有反应,需要在他们的一生中使用抗生素、皮质类固醇和其他止痛药进行治疗[24]。成功的治疗需要最大限度地减少口腔细菌,改善猫的口腔卫生,注重牙齿清洁和后续控制[25]。对9只FCGS患猫进行了一项MSC治疗的临床试验,这些患猫对根治性拔牙和免疫抑制疗法没有反应,进行两次静脉注射2×个自体脂肪MSC,间隔3~4周,结果发现,CD8+T细胞15%(低表达)的猫对MSC治疗有%的反应,而CD8+T细胞15%的猫对MSC治疗没有反应[4]。外周血液循环中CD8+T细胞的数量可以作为预测MSC治疗效果的生物标志物。同一个团队继续开展MSC治疗猫FCGS的研究,在七只患有FCGS的猫身上应用同种异体脂肪MSC(相同的治疗方案),发现异体脂肪MSC在同一治疗方案下的效果不如自体脂肪MSC,而且MSC治疗前严重的全身炎症(中性粒细胞增多、IFN-γ和TNF-α浓度升高)会明显限制了MSC的治疗效果[5]。

猫哮喘

哮喘是猫常见的下呼吸道炎症性疾病,引发哮喘的主要因素是广泛而复杂的,它们包括传染病、环境、过敏和遗传因素[26,27]。过敏原诱导Th2反应的刺激,并导致各种细胞因子的产生,导致气道的病理变化。治疗目标包括减少气道炎症,减少气道高反应性和支气管收缩,改善气道重塑和消除根本原因。虽然传统疗法可以减轻猫的炎症和呼吸困难,但仍然没有一种疗法能够预防或逆转哮喘的所有病理方面。考虑到MSC的免疫调节能力和静脉注射时滞留于肺的现象,MSC将是理想的治疗哮喘的方法。第一项研究涉及9只患有慢性哮喘的猫,5只接受了6次异体脂肪MSC静脉输注(细胞剂量为0.36×-2.5×/次),4只接受了PBS安慰剂;与安慰剂组相比,接受MSC治疗的患有慢性哮喘的猫没有出现气管嗜酸性粒细胞减少和气道高反应性减弱,两组间的免疫学检测结果无明显差异;在治疗8个月后,通过CT扫描观察到的支气管壁厚度显著减少,再次表明对气道重塑有积极作用[6]。同一个团队开展第二项研究涉及6只患有急性哮喘的猫,4只接受了5次静脉输注同种异体脂肪MSC(细胞剂量在每只猫2×到1×之间),2只接受了生理盐水安慰剂;接受MSC治疗的猫天的时候实现了气管嗜酸性粒细胞减少和气道高反应性减弱,肺密度和支气管壁厚度的CT参数的得分显著降低[7]。在猫哮喘模型的两个实验中,MSC治疗被证明对气道重塑有积极效果,而且在哮喘急性期进行治疗时,这种MSC细胞疗法的效果更好。

肠炎疾病

炎症性肠病(IBD)是一种慢性炎症性肠病,以肠道炎症和持续或频繁的胃肠道症状为特征,因此需要免疫抑制治疗[28]。特发性IBD是狗和猫最常见的病因,可能是由于粘膜屏障的破坏,免疫系统的失调,或者微生物群的紊乱[29]。对11只患有IBD的狗(SOC耐受)进行了开放标签基线对照临床试验,每只犬接受单次脂肪MSC静脉输注(2×/kg),MSC治疗2周后,所有狗均有临床反应,在第42天有9只狗出现临床明显缓解(定义为CIBDAI和CCECAI下降75%),其余2只犬表现为部分反应(CIBDAI和CCECAI的初始减分率分别为69.2%和71.4%)[8]。7只患有淋巴细胞性-浆细胞性肠炎的猫,腹泻至少3个月,接受了两次静脉注射猫脂肪MSC(2×/kg),而4只临床状况相似的猫接受了生理盐水安慰剂;在1到2个月后接受干细胞治疗的7只猫中,有5只临床症状有显著改善或完全消失,而其余2只猫有轻微但持续的改善,而安慰剂组没有任何改善[9]。

肛周瘘

犬病“肛周瘘管””(即“肛瘘”)在临床症状、免疫病理学、与某些基因区域的关联以及对免疫抑制剂的治疗反应方面与克罗恩氏瘘管炎相似。在一项开放标签基线对照研究中,应用人类胚胎干细胞衍生的MSC(2x/只)对肛周瘘管的狗进行了体内治疗;注射后1个月,血清中与克罗恩病相关的两种炎性细胞因子IL-2和IL-6水平降低,所有6只狗在注射后3个月都被发现完全没有瘘管;然而,在6个月时,两只狗出现了一些瘘管复发[30]。这说明这种疾病可以复发,需要多次MSC治疗才能维持更长久的效果。

肾脏疾病

已经进行了一系列研究,评估MSC治疗猫慢性肾脏病的安全性和有效性[10-14]。第一项针对CKD猫的MSC研究旨在评估自体肾内MSC治疗的安全性和可行性[10]。6只猫(2只健康猫,4只CKD猫)在超声引导下接受了单侧单侧肾内注射自体骨髓MSC或脂肪MSC。接受脂肪MSC治疗的两只患有慢性肾脏病的猫,其肾小球滤过率略有改善,血清肌酐浓度略有下降[10]。在另一项研究中,1只健康的猫接受了羊膜来源的异体MSC肾内注射,9只CDK猫2次静脉输注MSC(2×/次细胞);健康猫的临床参数没有改变,但需要镇静和全身麻醉,在注射AMSC后,出现了一过性血尿;患有CDK的猫的肾功能有一定程度的改善(血清肌酐和尿蛋白浓度降低,尿比重增加)[14]。在2×/次的MSC细胞剂量的前提下,提高MSC静脉输注次数为3次,CKD猫的肾功能(血清肌酐和肾小球滤过率)依然没有显著性改善[12]。对没有并发症的稳定CKD猫静脉注射直接解冻的健康异体脂肪MSC,每两周静脉输注一次,分为3组(冻存2×/次MSC、冻存4×/次MSC和新鲜培养4×/次MSC),同时评价不同MSC细胞剂量对CKD疗效的影响;所有经过MSC治疗的CKD猫,其肾功能有一定程度的改善,但是都达不到统计学差异,说明4×/次剂量的MSC治疗也没法有效改善CKD猫的肾功能[11]。值得注意的是,在接受直接从冷冻保存中解冻的MSC治疗后,观察到了MSC输注的不良反应其中,2只猫在输液过程中出现呕吐,4只猫注意到呼吸频率和用力增加[11]。通过建立猫的缺血再灌注导致的急性肾损伤疾病,再灌注1小时后,经颈静脉导管注入4×个异体MSC细胞;不管MSC是脂肪来源还是骨髓来源,单次MSC治疗并不能有效改善急性肾损伤的病理改变[13]。

骨关节炎

OA是伴生动物中最常见的疾病之一。选择10只严重髋关节炎的跛行犬和5只健康犬作为对照组,发现经过MSC治疗的犬的PVF和VI明显增加,在治疗后的前三个月内显著改善,而且体重均有不同程度的增加[31,32]。相比较于PRP,脂肪MSC关节腔内注射后,严重髋关节炎的跛行犬在关节功能、活动范围、视觉模拟评分(VAS)以及生活质量从1个月到6个月均有较好的改善,在研究过程中没有出现不良反应[33]。狗脂肪MSC还可以混合着PRP或者透明质酸局部肘关节注射,治疗狗的慢性肘关节炎,同样能获得较好的治疗效果[34]。MSC还可以应用于狗的髋关节发育不良的穴位注射。与基线结果相比,4只接受自体SVF和5只接受异体脂肪MSC穴位注射治疗的髋关节发育不良狗,在第15天和第30天,表现出活动范围的改善,小跑时跛行和关节疼痛的改善比较明显,除了1只狗经MSC治疗后疗效欠佳[35]。椎间盘退变12只狗进行了三个腰椎节段的部分髓核摘除手术,将接受部分核切除的3个椎间盘进行不同填充处理,即透明质酸载体联合脂肪MSC、透明质酸、不干预,分别在6个月和12个月时进行MRI、放射学、组织学和生化检查;接受MSC治疗的椎间盘组织更接近健康对照组[36]。4只犬患有创伤性慢性脊髓损伤,在接受治疗前长达6个月没有任何深度痛感;在椎板切除术中将自体骨髓MSC注入脊髓,MSC治疗10天后,四条狗中有两条同时有意识反射恢复,肠和膀胱功能也有一定程度的改善;观察至18个月时,四只狗中有三只的临床症状有显著改善,并伴有运动能力的改善[37]。另一涉及7只犬慢性脊髓损伤的骨髓MSC治疗研究显示,损伤局部注射MSC治疗90天后检查,所有犬的运动和感觉功能均有改善,后肢活动度增加,能够直立行走和小步行走[38]。但是,这两个研究中均未发现脊髓MRI检查有明显的变化。建立非陈旧性的脊髓损伤犬模型后,给与局部注射异体狗脂肪MSC或者狗脐血MSC治疗,发现MSC治疗组的Olby评分从移植后2周开始升高,至第5周时就开始显著高于对照组(P0.05)[39,40]。34只因急性胸腰椎间盘疾病而无深度痛觉的狗,在确诊后1周内接受了半椎板切除减压手术,同时将异体脂肪MSC移植到损伤脊髓实质内,随后观察长达6个月,与单纯减压手术相比,MSC联合治疗显示出更好的痛觉恢复结果[41]。对MSC进行向神经细胞诱导培养后,也可以应用于改善狗的难治性椎间盘疾病[42]。当然,神经损伤的治疗,临床上还是需要配合多种不同的辅助治疗方式的使用,才能取得更好的治疗效果。

其他疾病

MSC因其免疫调节和再生特性而被用于治疗自身免疫性和退行性疾病。将20只确诊为双侧髋关节骨关节炎的大龄狗给与不同剂量的异体脂肪MSC关节腔内单次注射治疗,MSC分3个剂量:5x、25x、50x;所有处理组的平均跛行评分在90天后平均提高了2.11级,65%的狗表现出跛行评分的明显改善[43]。将人脐带(血)来源的MSC局部注射到一只疑似患有纤维软骨栓塞性脊髓病(FCEM)的狗(7岁)脊髓内,这只狗在MSC治疗之前出现了深度痛觉的丧失,经过MSC治疗后,狗的运动功能得到较好的改善[44]。对患有扩张型心肌病的杜宾犬进行冠状静脉注射经过AAV2基因改造的过表达SDF-1的脂肪MSC,经过2年的随访,治疗犬和历史对照组的中位生存期、超声心动图进展为充血性心力衰竭、心电图或血液学指标均无差异;好消息是,狗没有产生抗AAV2抗体[45]。犬中枢神经系统的非传染性炎症性疾病是常见的特发性疾病,归类于不明原因的脑膜脑脊髓炎(MUO)。脑膜脑脊髓炎多被认为是自身免疫性中枢神经系统疾病,因此抑制免疫反应是最好的治疗方法。8只急性起病、进展迅速的脑膜脑脊髓炎犬,不能耐受免疫抑制药物(泼尼松龙和阿糖胞苷的组合),自体骨髓MSC进行鞘内注射,静脉注射,右颈动脉注射,随访6个月至2年,除了一次短暂的体温升高外,没有记录到重大的短期或长期不良反应,其中7只犬存活下来,神经系统体征逐渐改善,脑脊液炎症和MRI病变消失,优势是颈部疼痛改善明显[46]。干燥性角结膜炎(KCS)或干眼病(DED)是一种免疫介导的多因素疾病,在人和狗中的发病率很高。将异体脂肪MSC植入难治的KCS犬(24只眼)泪腺周围,分别于治疗前、治疗后3个月、6个月和9个月进行泪液分泌试验和眼表完整性评估,所有眼部参数评分均降低,包括眼分泌物、结膜充血和角膜改变,无退化或恶化迹象,没有一只动物出现全身或局部并发症[47]。根据细胞追踪研究,异体脂肪MSC在眼周局部注射后,在移植区域持续大约2周;并观察到不管是眼周局部注射,还是关节腔注射,MSC可以迁移到胸腺和胃肠道部位[48]。因此,MSC可能对泪腺产生旁分泌作用,包括对腺细胞的免疫调节和营养再生作用,以改善分泌物的体积、组成或流变学。

小小结

MSC的免疫调节特性使其成为一种独特的细胞类型,能够修复由慢性炎症或自身免疫性疾病引起的组织和器官损伤。宠物脂肪来源的MSC亦可以做到大规模培养和产业化发展,有利于宠物来源的MSC在宠物疾病的应用[49]。目前而言,MSC治疗的主要障碍是个体和物种的多样性,以及迄今为止应用的方案的不一致,而且在兽医领域进行的临床试验仍然很少,大多数都是使用小样本。如前所述,来自FCGS猫的临床试验数据表明,自体MSC可能比使用同种异体MSC更有效,临床治愈更快[4,5]。然而,这些数据只是研究了相对较少的患猫数量,需要扩大纳入研究的样本量。而且影响MSC疗效的关键因素不仅仅是自体和异体这一点,还涉及到MSC的细胞质量。用相同的培养液和方法分离、鉴定和培养犬和猫的脂肪MSC,狗的MSC比猫的MSC细胞群体中含有更高的CD44+、CD90+和CD34-细胞的百分比,而且狗脂肪MSC较猫脂肪MSC具有更高的增殖和分化潜能[50]。需要注意的是,来自老年捐赠者的MSC在人[51-53]和大鼠[54,55]中的增殖速度都较慢。在老年供者的样本中SA-β-Gal阳性(细胞衰老的标记物)的骨髓MSC数量增加[56]。生物活性氧是正常氧代谢的天然副产品,在细胞信号转导和稳态中具有重要作用[57]。随着年龄的增长,MSC的强大抗氧化活性逐渐降低[58]。在细胞形态学方面,来自老年供体的MSC在体外培养时,MSC胞体比年轻的MSC大得多[52,59,60],而胞体的变大与细胞衰老密切相关[61]。此外,与大鼠的年轻MSC相比,机体的衰老对MSC的增殖、多潜能和代谢特征产生负面影响,老化的MSC在体外扩增过程中明显丢失了其祖细胞特征和降低了抗氧化能力[55]。和年轻的猫脂肪MSC相比,老龄的猫脂肪MSC的增殖能力下降比较明显,虽然MSC在培养的2代之内的免疫抑制能力没有明显的减弱[62]。疾病状态,如尿毒症,可能会影响自体MSC的治疗能力,因为尿毒症的病理状态会导致MSC在培养中增殖减少,过早衰老,诱导血管生成的能力降低[63,64]。本部分的相关详细内容阐述,见本

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