干细胞是如何战胜新型冠状病毒的？
一不小心，2019新型冠状病毒就成了2020年春节期间最大的网红。
近段时间以来，湖北省武汉市和全国范围内新型冠状病毒感染引起的肺炎快速发展，震动全国。世界卫生组织已于2020年1月31日将其定为国际公共卫生紧急事件。
当前，防控新型冠状病毒肺炎疫情工作进入关键期，精准医学、干细胞研究等高新科技也纷纷加入这场疫情防控阻击战。知彼知己，才能取得最后的胜利。
下面我们就详细为大家梳理下，具体的疫情信息和防控进展情况，以及干细胞治疗发挥作用的病理，药理机制。
冠状病毒是个什么鬼？
冠状病毒是自然界广泛存在的一类病毒，因该病毒形态在电镜下观察类似王冠而得名。目前为止发现，冠状病毒仅感染脊椎动物，可引起人和动物呼吸道、消化道和神经系统疾病。
2019新型冠状病毒跟冠状病毒是什么关系？
2019新型冠状病毒（2019-nCoV）是目前已知的第7种可以感染人的冠状病毒，其余6种分别是HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV和MERS-CoV。
图1：冠状病毒的电镜照片和结构示意图
2019新型冠状病毒（2019-nCoV），因2019年武汉病毒性肺炎病例而被发现，2020年1月12日被世界卫生组织命名。2020年2月12日，国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV）宣布，新型冠状病毒（2019-nCoV）的正式分类名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）。而世界卫生组织（WHO）同日宣布，由这一病毒导致的疾病的正式名称为COVID-19。
2019新型冠状病毒（2019-nCoV）属于β属的冠状病毒，有包膜，颗粒呈圆形或椭圆形，常为多行性，直径60-140nm。病毒对紫外线和热敏感，56°C 30分钟、乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒，氯已定不能有效灭活病毒。
危重病人出现细胞因子风暴
1月24日，《柳叶刀》（Lancet）在线发表了两篇新型冠状病毒研究论文，论文中提到在首批确诊的2019-nCoV重症感染者里面，大量的患者出现了“细胞因子风暴”。
此前非典，中东呼吸综合征和埃博拉病毒等感染疾病案例均证明，细胞因子风暴才是真正的夺命杀手，可以触发免疫系统对身体的猛烈攻击。
细胞因子风暴（cytokine storm）是指机体感染微生物后引起体液中多种细胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-γ、MCP-1和IL-8等迅速大量产生的现象，是引起急性呼吸窘迫综合症和多器官衰竭的重要原因。
新型冠状病毒是如何引发细胞因子风暴的？
新型冠状病毒第一次感染人类，此时人类的免疫系统对这种病毒没有识别能力的，一旦病毒潜入正常细胞，免疫系统将无法辨别敌我。当病毒快速繁衍，而免疫系统也忍无可忍，选择努力清除病毒时，细胞因子风暴就有可能爆发，病毒的毒性取决于其诱导产生的免疫反应破坏性有多强[1]。
研究表明，新型冠状病毒通过血管紧张素转化酶2（ACE2）进入细胞，因此高表达ACE2又容易进入的肺组织成为了新型冠状病毒的主要入侵对象。
病毒进入肺部后，免疫系统派出大量免疫细胞前往肺组织杀敌，如此形成了肺炎，患者表现为发热、咳嗽、呼吸困难。但是这些免疫细胞因为能力不够，无法准确歼灭病毒，只能无差别轰炸，并招募更多的免疫细胞前来杀敌，越来越多的免疫细胞和细胞因子聚集。
一旦形成细胞因子风暴，免疫系统不一定能杀死病毒，但是肯定会杀死大量肺的正常细胞，严重破坏肺的换气功能，在肺部CT上表现为大片白色，即“白肺”，患者会呼吸衰竭，直至缺氧死亡。
图2：冠状病毒的电新型冠状肺炎患者的肺部CT，大片白色部分即受损的肺[4]
除了肺部，ACE2在人体中还高表达于血管内皮细胞、心脏、肾脏、肝脏、消化道等器官，所有表达ACE2的组织器官都可能是新型冠状病毒与免疫细胞的战场，从而导致多器官衰竭。
病毒攻击消化道，会使患者腹泻、恶心，还会造成粪-口传播，因此人们应该注意勤洗手，减少聚餐，注意饮食卫生[2]。攻击肾脏，患者表现为蛋白尿、血肌酐升高等肾功能不全症状，因此住院患者应注意检测肾功能，尽早保护肾脏功能[3]。
新型冠状病毒感染的ICU患者并不都是急性呼吸窘迫综合征，还有休克、急性心肌损伤、心率失常、急性肾损伤等并发症[4]，患者死因也不仅是呼吸衰竭，许多死亡病例是死于心脏、肾脏、肝脏衰竭，而令这些脏器受损的主要原因就是病毒诱发的细胞因子风暴。
为什么干细胞会被用于重症新冠肺炎的治疗
前面讲了，新型冠状病毒可以触发免疫系统对身体的猛烈攻击，引起急性呼吸窘迫综合症和多器官衰竭等，目前还没有有效的治疗手段。而干细胞往往对于其他治疗手段无能为力的疑难病症和重症有神奇的疗效，那干细胞这次又将如何在治疗重症新冠肺炎过程中发挥做用呢？
干细胞有很多种，目前应用最多的是间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSC），这是一种多潜能的基质细胞，能够分化为不同类型的细胞，包括成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、肌细胞、神经细胞等。间充质干细胞在人体中分布广泛，在骨髓、脂肪组织、脐带血、胚盘、外周血、羊水、口腔组织等都有发现[5]。
以往在一些临床研究已经证实，干细胞在治疗多个组织器官的炎症，例如红斑狼疮性肾炎、重症肝炎、骨关节炎、类风湿性关节炎等，都具有一定作用。在干细胞家族中，间充质干细胞（MSC）具有低免疫原性,能分泌生长因子,调节免疫和炎症,抗氧化应激等,有直接参与损伤修复的功能，对于各种炎症相关疾病具有很好的应用前景。
其实 MSC 用于病毒感染的治疗也早有报道[6]。早期研究发现，MSC 能够通过降低趋化因子和促炎细胞因子的水平，以及减少炎症细胞进入肺部，从而减轻 H5N1、H9N2 流感病毒引起的急性肺损伤[7, 8]。
国际权威期刊《柳叶刀》发表的「2019 武汉新型冠状病毒临床特征」阐明，ICU 患者（危重患者）细胞因子和趋化因子的表达水平明显高于非 ICU 患者，细胞因子风暴与疾病严重程度有关[9]。
图3：健康对照组，ICU患者和非ICU患者的血浆细胞因子和趋化因子水平（部分数据）[9]
因此，与对抗H5N1、H9N2 流感病毒类似，在新型冠状病毒肺炎危重症患者的治疗中，MSC 同样可通过降低炎症反应、减少炎性渗出、增强肺泡毛细血管内皮细胞存活率等机制，改善肺部环境，减轻病毒感染患者的病情。当然，由于炎症环境也会抑制MSC发挥治疗作用，因此在重症肺炎阶段，不应该单独依赖MSC来发挥治疗作用，而应采用综合疗法。
图4：MSC在免疫调节中的可塑性[10]
为什么说低氧条件下培养的干细胞更具战斗力？
九芝堂美科引进美国Stemedica公司成熟的干细胞制药技术，已在北京大兴生物医药基地建成了符合中国、美国cGMP标准质量体系的生产平台。该平台采用全程低氧技术，所产间充质干细胞可以耐受低氧环境，称为缺血耐受间充质干细胞（itMSC）。
图5: itMSC细胞因子分泌能力更强
itMSC的扩增能力、归巢能力、组织修复能力、炎症调节能力均强于常氧环境培养的干细胞，如下图所示，itMSC对伤口愈合过程中的细胞因子如EGF, bFGF,VEGF-121,IL-1β,IL-6和TNF-α的敏感性更高，因此归巢能力更强[11]。
图6：itMSC对伤口愈合过程中的细胞因子敏感性更强
研究表明常氧培养的MSC也有一定的炎症调节能力，而经过低氧培养获得的itMSC的炎症调节能力就更强了，因此非常有希望在重症新冠肺炎治疗中大展拳脚。
另外，Stemedica公司的itMSC治疗卒中（点击查看：Stemedica干细胞治疗缺血性脑卒中I/IIa期临床试验顺利达到终点）、急性心梗、脊髓损伤等的临床试验均取得了较好的效果就是很好的证明[12]，研究发现，itMSC可以减少血液中NK细胞的数量，而NK细胞是一类主要的炎性细胞，NK细胞数量的减少与左心室射血分数的改善成正相关[12]。
图7. NK细胞数量减少与左心室射血分数的改善成正相关
另外，在急性心肌梗死和缺血性心肌病的研究中，itMSC也可以减少心脏中的中性粒细胞的数量，而中性粒细胞是另外一类主要的炎性细胞[13]。
图8. itMSC静脉注射可以减少心脏中的中性粒细胞[13]
前面讲了，病毒感染后，人体免疫系统为了清除病毒而导致的“细胞因子风暴”是真正的夺命杀手。在合适的治疗时机给予MSC，静脉输注后MSC会首先分布到肺部，调节炎症，避免炎症过度，减少组织损伤，并促进受损组织的修复，应该对危重患者的救治起到积极的作用。因此，拥有更强大炎症调节能力的itMSC或许更适合病毒性肺炎的治疗。未来，九芝堂美科将更积极的与国内相关医疗机构合作开展更多相关临床研究。
参考文献：
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
