CN111904980B - 间充质干细胞与在治疗急性肺损伤、急性呼吸窘迫症或肺纤维化中的用途 - Google Patents
间充质干细胞与在治疗急性肺损伤、急性呼吸窘迫症或肺纤维化中的用途 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了间充质干细胞与在治疗急性肺损伤、急性呼吸窘迫症或肺纤维化中的用途。本发明的发明人发现间充质干细胞能够降低炎症因子和/或抑制肺上皮细胞凋亡和/或调节相关信号通路中关键基因或蛋白的表达水平。因此,本发明为了更好地治疗或预防急性肺损伤/急性呼吸窘迫症/肺纤维化提供可行的选择,预期能提高患者的预后或者生活质量。
Description
技术领域
本发明属于生物制药领域,具体涉及通过间充质干细胞来治疗或预 防急性肺损伤/急性呼吸窘迫症/肺纤维化的治疗或预防。
背景技术
肺损伤是肺疾病的一种常见情况,急性肺损伤严重者可发展为急性 呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS),其发 病率为26.3/10万人,致死率高,预后差,慢性肺损伤进一步加重可进 展为肺纤维化。
最近新发的新型冠状病毒(2019-nCoV)由于其发病突然、感染快、 死亡率高而给社会及国家带来重大的恐慌与损失。人感染2019-nCoV病 毒后,会导致严重的全身炎症反应并引起急性肺损伤(ALI)、急性呼吸 窘迫综合征(ARDS)、重症肺炎、严重低氧血症、感染性休克,甚至多器 官功能衰竭等直接导致病患死亡率急剧升高的并发症。
严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)和中东呼吸综合征冠状病 毒(MERS-CoV)也会导致ALI/ARDS,其主要通过细胞因子风暴和侵袭性炎 症的机制,病毒快速复制使大量炎性细胞浸润和促炎细胞因子/趋化因子 反应升高。最终死于SARS的患者表现出肺部炎性介质和炎性细胞堆积, 而促进损伤修复的抗炎型细胞缺失。
由于间充质干细胞(MSC)具有低免疫原性和免疫调节的特性,以及 能够分泌多种表皮和内皮生长因子,抗菌肽等能力而被利用于肺损伤和 肺炎相关的研究中。在由禽流感病毒引起的ALI/ARDS动物模型中,研究 发现MSC治疗通过降低趋化因子和促炎细胞因子水平,减少炎症细胞向 肺内募集,大大改善了肺炎病情。经血来源的间充质干细胞(MenSCs)是 间充质干细胞中的一员,具有增殖能力强、不会导致染色体变异等特征。 相较于其他干细胞,MenSC具有以下明显的特点:1、经血来源的干细胞 数量多:是骨髓干细胞数量的30倍;2、体外增殖能力强:可增殖390 次,传代高达50次;3、分化潜能性大:能表达Oct-4、SSEA-4等干细 胞标志物,与胚胎干细胞和骨髓干细胞相近;4、免疫原性低:是一类低 免疫原性细胞,不须经过严格配对使用,异体移植无免疫排斥反应或反 应较弱;5、采集简单:可直接通过无痛、无创或体外的方式采集,不会 对人体造成伤害。
发明内容
为了更好地治疗或预防急性肺损伤/急性呼吸窘迫症/肺纤维化提供 可行的选择,提高患者的预后或者生活质量,本发明的发明人发现间充 质干细胞能够降低炎症因子和/或抑制肺上皮细胞凋亡和/或调节相关信 号通路中关键基因或蛋白的表达水平。
本发明的一个方面涉及一种用于治疗或预防急性肺损伤/急性呼吸 窘迫症/肺纤维化的药物,其含有有效量的间充质干细胞(MSCs)。任选 地,本发明的药物还含有药学上可接受的载体。
本发明还提供了MSCs在制备用于治疗或者预防急性肺损伤/急性呼 吸窘迫症/肺纤维化的药物中的用途。
在本发明中所述MSCs优选为经血干细胞,较优选所述经血干细胞是 同种异体的,最优选为自体的。
在一优选例中,本发明的药物是注射剂。
在另一优选例中,所述的药物用于对需要的对象的患病进行静脉注 射。
在另一优选例中,所述注射剂中MSCs细胞的浓度为104-108个细胞/ mL。
进一步优选地,本发明药物可以进一步含有治疗急性肺损伤/急性呼 吸窘迫症/肺纤维化的其他有效药物,例如吡非尼酮和尼达尼布。
本发明提供了在受试者中治疗急性肺损伤/急性呼吸窘迫症/肺纤维 化的方法,其包括向所述受试者施用MSCs。任选地,在本发明的方法中, 可以同时或者依次施用其他的治疗急性肺损伤/急性呼吸窘迫症/肺纤维 化的药物活性成分,例如吡非尼酮和尼达尼布等。
对于本发明所述的受试者,其优选为哺乳动物,更优选为人。
对于本发明的MSCs,本领域技术人员可以对其作出任何修饰,前提 是所述修饰不负面影响其活性。例如,本领域技术人员可以进行进一 步基因修饰,以使其表达其他的抵抗急性肺损伤/急性呼吸窘迫症/肺纤 维化的活性成分,例如炎症抑制因子。这类修饰也是在本发明的范围 之内的。
本发明的作为活性成分的MSCs可以连同药学上可接受的载体一起 使用。除活性成分外,本发明的方法、用途和产品还可以包含合适的 药学上可接受的载体,包括促进活性成分加工成制剂(例如适于注射 或输注的制剂)的赋形剂和助剂。
适于注射或输注的制剂可包括水性和非水性无菌注射液和水性和非 水性无菌混悬剂,所述无菌注射液可任选地包含抗氧化剂、缓冲剂、抑 菌剂和能使制剂与目的接收者的血液等压的溶质,所述无菌混悬剂可包 括悬浮剂和增稠剂。所述制剂可存在于单位剂量或多剂量容器中,例如 密封的安瓿,并且可以保存在冻结干燥的(冻干)条件,在立即使用前 仅需要加入无菌液体载体,例如注射用水。
在本发明中施用MSCs的量可为治疗或预防受试者中急性肺损伤/急 性呼吸窘迫症/肺纤维化的任何有效量,其可以是106-109MSCs的剂量。 更优选地,剂量单位包括107-108MSCs。最优选地,剂量单位包括 5X107MSCs。有效量的测定在本领域技术人员的能力内,特别是根据本文 提供的公开内容的启示下。
在本发明中,施用的有效量以及合适的单位剂量的测定在本领域技术 人员的能力内,特别是根据本文提供的公开内容的启示下。
根据本发明,本发明的药学药物可以以任意有效剂量施用给药受试 者。优选地,本发明的药物可以以多次剂量给药,例如从约2至约12次 剂量,更优选约4-8次剂量,最优选约6次剂量。在特别优选的实施方 案,在给药过程中,以每三周或两周或一周给药约一次的频率将本发明 的药物给药至受试者,例如注射或输注,例如静脉注射或器官内注射。 在特别优选的实施方案,给药为通过静脉注射施用。
应当理解本发明的药物可以按用于通过任意适宜的途径给药的任意 适宜的方式配制。
本发明的药物的剂量单位是基于常规进行给药受试者。例如,剂量单 位可以基于给药频率为每日一次、每周一次、每月一次等确定。剂量单 位也可基于以两次/周、三次/周等确定。
如本文所使用的,“包含”与“包括”、“含有”或“特征在于” 同义,并且是包括在内的或开放性的,并且不排除另外的未陈述的元件 或方法步骤。术语“包含”在本文中的任何表述,特别是在描述本发明 的方法、用途或产品时,应理解为包括基本上由所述组分或元件或步骤 组成和由所述组分或元件或步骤组成的那些产品、方法和用途。本文示 例性描述的本发明适当地可以在不存在本文未具体公开的任何一种或多 种元件、一种或多种限制的情况下进行实践。
本发明的药物中可包含涉及该药学产品的说明书,且该说明书可 以含有如下内容:适应症(例如急性呼吸窘迫症)、施用剂量(例如 上述所示例性说明的)以及可能产生的副作用等等。
本文已采用的术语和表述用作描述性而不是限制性术语,并且在此 种术语和表述的使用中不预期排除所示和所述特征或其部分的任何等价 物,但应认识到各种修饰在请求保护的本发明的范围内是可能的。因此, 应当理解尽管本发明已通过优选实施方案和任选特征具体公开,但本领 域技术人员可以采用本文公开的概念的修饰和变化,并且此类修饰和变 化被视为在如由附加权利要求定义的本发明的范围内。
为更清楚地说明本发明,现结合如下实施例进行详细说明,但这些 实施例仅仅是对本发明的示例性描述,并不能解释为对本申请的限制。
附图说明
图1:经血干细胞在临床研究中首次证实能够有效救治急性肺损伤/ 急性呼吸窘迫症病人:MenSCs移植后炎症细胞数量减少(图1A);BLM组 BALF总蛋白升高,MenSC组总蛋白降低(图1B);血清和BALF中炎症因子 IL-1β,IL-6,TGF-β1降低(图1C)。
图2:经血干细胞体内外抑制小鼠肺上皮细胞凋亡,维持正常肺泡细 胞数量:与未处理组相比,BLM处理组吸收了更多迁移到损伤肺的 MenSCs(图2A);与对照组相比,BLM组上皮细胞数量减少,而MenSCs给 药后凋亡减少(图2B);与BLM组相比,经MenSCs处理后,抗凋亡蛋白Bcl2明显升高,BAX和活性caspase-3明显降低。
图3:经血干细胞体内外抑制小鼠肺纤维化减轻肺损伤:与BLM组相 比,MenSCs移植后肺泡结构改善,炎性细胞和胶原沉积减少(图3A);纤 维化面积、改良Ashcroft评分、HYP含量评估结果均提示MenSCs使得损 伤和纤维化程度大大改善(图3B);与MenSC共培养后,MLFs的胶原蛋白 1、α-SMA和纤连蛋白的表达降低,细胞增殖能力减弱(图3C);免疫荧光分析显示(图3D),与MenSCs共培养后,小鼠肺上皮细胞系MLE-12的 E-cadherin明显升高,N-cadherin明显降低。
图4:western blot结果证实,MenSCs移植后,TGF-β1、CTGF、α -SMA蛋白显著减少,而钙粘蛋白的表达增加。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
经血干细胞的获取
1、样本采集
样本采集的志愿者为20-30岁女性,伦理审查通过后,签署知情同 意书,在月经周期的中期,使用201510657971.8中实施例所描述的方法, 收集经血,转入含采集液的储存管中,24小时内送入实验室。
2、样本处理
样本包装经消毒后,在百级操作台上处理;PBS稀释经血,使用120 目细胞筛过滤,取滤液离心;收集沉淀使用PBS重悬,密度梯度离心收 集单个核细胞;以201510657971.8描述的方法配置培养基,即加了 4mmol/L谷氨酰胺、5mg/mL的人血清替代物(购自武汉维诺赛生物科技有 限公司,货号R007)、10ng/mL的EGF、10ng/mL的PDGF-BB、100μg/mL 青霉素和100μg/mL链霉素的αMEM培养基。。
3、细胞体外扩增培养实验:
将上述步骤2中获得的单个核细胞置于37℃,5%CO2培养箱中培养, 待细胞长至一定程度时,传代培养。
利用上述获得的经血干细胞进行如下的实施例。
实施例1:经血干细胞在临床研究中首次证实能够有效救治急性肺损 伤/急性呼吸窘迫症病人
发明人与浙江大学医学院附属第一医院合作于2013年开展并注册了 “宫内膜来源间充质干细胞辅助治疗H7N9感染引起的急性肺损伤的临床 研究”(注册号:ChiCTR-OCC-15006355),共纳入因H7N9禽流感病毒 感染引起急性肺损伤的重症病人共25例,并于之后扩展至61例。临床 研究结果发现干细胞对于禽流感重症患者的肺部感染、炎症反应、ARDS和肺纤维化有确定的效果。宫血干细胞治疗组的17个病人中,只有3人 死亡,病死率为17.6%,常规治疗组44个病人,死亡24个,病死率高达 54.5%。
实施例2:经血干细胞体内抑制博来霉素诱导的小鼠急性肺损伤/急 性呼吸窘迫症导致的炎症
将MenSCs移植到博来霉素(BLM)诱导的ALI/ARDS小鼠可改善外周 血和支气管肺泡灌洗液(BALF)的炎症反应。血清和BALF炎性细胞因子 水平在一定程度上可以反映炎症程度。评估炎性细胞因子和炎性细胞数 量,可以验证MenSCs是否能减轻肺部炎症。细胞涂片显示,BLM组炎症 细胞数量较对照组(健康小鼠)明显增加,而MenSCs移植后炎症细胞数量减少(图1A)。BLM组BALF总蛋白升高,MenSC组总蛋白降低(图1B)。 血清和BALF中炎症因子IL-1β,IL-6,TGF-β1降低(图1C)。
实施例3:经血干细胞体内外抑制小鼠肺上皮细胞凋亡,维持正常肺 泡细胞数量
为了研究MenSCs对小鼠肺损伤的影响,在一周内两次将携带荧光素 酶的MenSCs经尾静脉移植到小鼠体内。实时成像结果显示,与未处理组 相比,BLM处理组吸收了更多迁移到损伤肺的MenSCs(图2A)。此外,为 了解体外观察到的MenSCs是否对肺上皮细胞有促进作用,进行了多色流 式细胞术。结果显示,与对照组相比,BLM组上皮细胞数量减少,而MenSCs 给药后凋亡减少(图2B)。这些结果表明,在BLM诱导小鼠肺损伤中, MenSCs向损伤的肺迁移,具有抗凋亡作用。
Transwell共培养实验显示,MenSCs能抑制小鼠肺上皮细胞系 (MLE-12)的凋亡。MenSC移植降低了Smad3的磷酸化表达, Bcl2/Bax/active caspase-3作为凋亡相关蛋白进行western blot检测。 如图2C所示,与BLM组相比,经MenSCs处理后,抗凋亡蛋白Bcl2明显升高,BAX和活性caspase-3明显降低,提示MenSCs对肺泡上皮细胞具有 抗凋亡作用。
实施例4:经血干细胞体内外抑制小鼠肺纤维化减轻肺损伤
H&E染色和Masson染色显示,与对照组相比,BLM诱导组小鼠肺泡 结构严重损伤,大量炎性细胞浸润,大量胶原蛋白沉积,尤其是支气管 和血管周围。而与BLM组相比,MenSCs移植后肺泡结构改善,炎性细胞 和胶原沉积减少(图3A)。纤维化面积、改良Ashcroft评分、HYP含量评 估结果均提示损伤和纤维化程度大大改善(图3B)。
Transwell共培养实验显示,MenSCs能抑制原代小鼠肺成纤维化 (MLFs)的增殖和分化。细胞外基质(ECM)广泛沉积是肺纤维化的病理特 征之一,成纤维细胞的增殖和活化导致了ECM的发生。结果显示,与MenSC 共培养后,MLFs的胶原蛋白1、α-SMA和纤连蛋白的表达降低,细胞增殖 能力减弱(图3C)。损伤的肺上皮细胞可能发生上皮-间充质转化(EMT),EMT被认为是肌成纤维细胞的来源。为评估MenSCs是否能抑制肺损伤后 肺上皮细胞的EMT,研究了EMT相关蛋白的表达。免疫荧光分析显示(图 3D),与MenSCs共培养后,小鼠肺上皮细胞系MLE-12的E-cadherin明 显升高,N-cadherin明显降低,提示MenSCs能抑制肺上皮细胞EMT,维 持上皮细胞正常功能。
实施例5:经血干细胞治疗急性肺损伤/急性呼吸窘迫症/肺纤维化的 信号通路和关键基因
为评价BLM诱导的肺损伤关键基因的表达差异和作用,从对照组、 BLM组和MenSC移植组肺组织中提取总RNA。随后,在Illumina Hiseq 平台上进行RNA-Seq分析。对照组和BLM组共发现2573个基因的表达差 异显著,而BLM组和MenSC组共发现252个基因的表达差异显著。其中, 对照组与BLM组上调基因955个,下调基因1549个,BLM与MenSC组上 调基因188个,下调基因64个。利用GO和KEGG富集分析进一步分析三 组210个常见基因之间的通路。发现肌肉收缩通路参与了大部分过程, 而apelin信号通路、局灶性粘连、NF-kappa B信号通路与纤维化的发展 有显著变化。此外,发现α-SMA、CTGF和cdh1在apelin信号通路中与纤维化相关,推测其可能在肺损伤过程中发挥重要作用。
通过免疫组化(IHC)检测和western blot检测MenSC移植后肺组织 上述蛋白的变化。正如预期的那样,IHC和western blot结果证实,MenSCs 移植后,TGF-β1、CTGF、α-SMA蛋白显著减少,而钙粘蛋白的表达增加(图 4)。
虽然用上述实施方式描述了本发明,应当理解的是,在不背离本 发明的精神的前提下,本发明可进行进一步的修饰和变动,且这些修 饰和变动均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.间充质干细胞在制备用于治疗哺乳动物中急性呼吸窘迫症的药物中的用途,其中所述间充质干细胞为经血干细胞。
2.根据权利要求1所述的用途,其中所述药物是注射剂。
3.根据权利要求1所述的用途,其中所述哺乳动物为人。
4.根据权利要求1所述的用途,其中所述经血干细胞是同种异体的。
5.根据权利要求4所述的用途,其中所述经血干细胞为自体的。
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