封志纯教授：脐带血在新生儿支气管肺发育不良的科研应用

一、BPD发展背景

胎龄小于28周的早产儿肺发育接近囊泡期，产前产后事件导致支气管肺发育不良（BPD）风险指数高，或有发展为新生儿慢性肺病（CLD）的风险，易合并长期并发症，包括哮喘、肺气肿和神经认知障碍。

BPD定义和含义的演变

1964年，Shepard等描述了经历机械通气的早产儿肺纤维化；

1967年，Northway等首创术语（胎龄≥32W）支气管肺发育不良（BPD）：需机械通气、辅助供氧超过1个月、胸片符合BPD变化；

1979年，NHBI制定了BPD定义：特征性X胸片改变+辅助供氧超过28天；

1988年，Shennan报告出体重<1500g的婴儿矫正胎龄36周时需要辅助供氧与呼吸系统不良预后相关；

1998年，Hussain等：接受PS治疗的早产儿，BPD病变更弥散，肺泡及其毛细血管数量减少，气道损伤、炎症、实质纤维化较少见，而未用PS的则呈现少数区域肺大泡和肺不张交替；

1999年，Jobe， 新BPD：体重、胎龄更小的用过PS的BPD婴儿区别于”旧BPD“。

发病原因

BPD是一种病因复杂的疾病，遗传易感性及由于环境因素（例如产前和/或出生后感染，有创机械通气和高氧）引起的炎症反应作用于未成熟肺，破坏正常发育的肺泡和微血管重塑。

二、BPD发病机理

BPD主要的病理标志是肺泡停止发育，表现为大的、简化的远端空域或变形微脉管系统，空域扩大或减少的分隔与成人的肺气肿变化具有形态学相似性；间质纤维化，类似成人的矽肺，肺泡上皮损伤及气道高反应性（如哮喘），这些可通过新生啮齿动物的高氧暴露实验性的复制。

BPD的治疗手段

BPD的治疗手段主要以缓解症状为主：1）小剂量激素。改善肺部功能，促进撤离呼吸机；降低alveolar crest的形成，恶化肺泡的简单化，影响远期神经发育；2）咖啡因。间接对BPD有效；3）其他如维生素A、小剂量利尿剂、高热卡喂养等。传统的治疗方法存在局限性，并且只起到缓解症状的作用，不能促进肺泡的重新生长，诱导更加正常的、复杂的肺泡结构发育。而细胞治疗作为治疗新生儿慢性肺部疾病的替代或者补充治疗方法的研究已成为目前的热点话题。

三、脐带血治疗BPD的临床研究现状

脐带血成分

脐带血含有TNC（成熟粒细胞、MNC、原始粒细胞、单核细胞、干祖细胞）、MSCs、红细胞及白细胞等，还包含营养物质和代谢物，可洞察胎儿生长过程中发生的事件，并有助于预测出生后疾病的发展。

中国脐带血应用现状

在中国，脐带血的应用在逐年增加，目前已超过15,000份。据7月份《北京市脐血库临床应用数据》统计：在应用脐带血治疗疾病中，血液病种较多，占90.9%，其他的疾病领域不断扩大应用，其中包括支气管肺发育不良等。

北京市脐血库临床应用数据，2020年7月

备注：其它疾病类型主要包括肝硬化、脊髓损伤、进行性肌营养不良症、帕金森、神经损伤、肾病综合征、卡氏肺孢子菌肺炎、呼吸窘迫综合征、糖尿病足、支气管肺发育不良，此类疾病为脐带血科研范畴的应用。

脐带血优点

容易获取，具有低免疫原型；冻存后的脐带血粒细胞；去红去白的脐带血中主要包括有核细胞TNC（其中包括单核细胞MNC），以及极少量的间充质干细胞（MSCs）。

脐带血-间充质干细胞（CB-MSCs）

脐带血-间充质干细胞（CB-MSCs）关注度高，细胞归巢到肺部，通过旁分泌作用抑制炎症和纤维化、促进血管生成；对抗高氧诱导的肺部损伤，时间长达100天，并且无毒副作用；韩国已有气管内滴入MSCs的新生儿相关临床研究，但存在一定问题，可能存在致瘤性；细胞分离，离体扩增和表征需要长达四周，新生儿肺损伤/BPD的预防和治疗可能需要在出生后1周开始；MSCs的延长培养可能导致遗传不稳定性，自发转化或分化以及不受控制的增殖活性。

脐带血-单核细胞（CB-MNC）

脐带血-单核细胞（CB-MNC）的关注度小，潜力大。优点在于：易于通过低成本及直接的物理手段分离；自体脐带血MNCs可以在出生后数小时或数天内容易且安全的施用，其量可能足以立即产生效果而不需要扩增；低温保存的脐带血储备可用于同种异体应用，全球有超过700,000个脐带血单位可供公众使用。

图片中细胞染成深紫色，几乎都为单个核细胞，因为经过了Ficoll离心分离，几乎没有杂细胞存在。

脐带血-单核细胞（CB-MNC）的临床应用

脐带血-单核细胞（CB-MNC）应用于成人非肺部疾病的治疗，包括心肌梗塞和外周缺血性血管疾病、中风、癫痫、创伤性脑损伤、脊髓损伤和脑瘫、肝硬化自闭症谱系障碍，以及糖尿病等。目前已经证明，全身或气管内给药在多种成人肺部疾病中具有生物活性和再生功效，包括过敏性哮喘，肺纤维化/矽肺病，急性呼吸窘迫综合征（ARDS），急性肺损伤，肺气肿和肺动脉高压。新生儿肺部疾病，具有成人肺部疾病的几个特征，包括肺泡增大（形态学上类似于肺气肿），间质纤维化（如矽肺病），肺泡上皮损伤（如ARDS），以及支气管高反应性（如哮喘）。推测也可减轻新生儿肺损伤。

动物实验研究现状

40项研究涉及细胞疗法在BPD动物模型中的作用，人脐带血来源总共11项：MSC（7项）、MNC（3项），ECFC（1项）；动物模型主要为高氧诱导BPD小鼠、大鼠，剂量为1×105～5×106；注射方法为气管内注入、静脉、腹腔，观察时间PN11-100d。

细胞治疗后肺实质的情况

A、常氧暴露的假对照动物显示复杂的肺泡网络；B、从出生到出生后7天，90%的高氧暴露，空域大而简单化，复制了新型支气管肺发育不良的假性气肿特征；C、MNCs静脉内治疗的高氧模型，显示出区域性增加的肺泡复杂性；D、TNCs静脉注射显示与暴露于高氧的动物肺泡相似的形态；E、颗粒细胞静脉注射，肺泡增大和空域，缺乏肺泡隔膜。

细胞治疗后肺功能的情况

用乙酰胆碱激发下的牛顿阻力（RN）和呼吸系统阻力（RRS）来评估。

当MCH浓度5 ~10mg/mL时：高氧组RN、RRS明显高于常氧假对照组，经MNC处理的动物RN明显低于高氧动物。

双实线：常氧对照；双虚线：高氧对照；单虚线：MNC处理高氧；单虚线：TNC处理的高氧；单虚线：颗粒细胞处理的高氧。

细胞治疗后气道肌肉化情况

MNC诱导的高氧暴露动物MCH反应性降低的机制，通过抗平滑肌LPha和b，肌动蛋白（sma）免疫染色研究了气道肌化。

A.常氧暴露的对照组；B. 高氧暴露；C. MNCs静脉内治疗的高氧暴露动物组

高氧动物气道周围的平滑肌与正常对照组动物的平滑肌无区别；MNC处理的高氧动物和TNC+颗粒细胞处理的高氧动物的SMA染色也有PBS处理的对照组相似；与更专用的哮喘模型（卵白蛋白模型）不同。高氧和细胞治疗的效果主要是功能性的，而不是形态学的。且细胞治疗的长期(6个月)安全性和有效性也得到了证实。

AB、6个月时进行增强CT扫描显示血管周围细胞（PC）组和间充质干细胞（MSC）组的可疑图像各1张。相应的组织学样本排除肿瘤，显示血管充血；C、高氧动物在6个月大时的运动能力与RA动物相比有所下降。经MSC和PC处理的氧暴露动物的运动能力有所提高；D、6个月大，相对常氧暴露的动物，肺切片显示高氧暴露动物在持续的肺泡简化。经MSC和PCs处理的氧暴露动物的肺组织学有所改善；E、平均线性截距和间隔计数证实氧暴露动物的肺泡生长停滞，通过MSC和PC治疗保留肺泡结构。

临床实验研究现状

目前已经开展了多项脐带血治疗BPD相关的临床研究

八一儿童医院脐带血治疗BPD临床试验

1.胎龄25+w双胞胎，A为输注脐带血后结扎PDA，B为结扎PDA后输注脐带血，均在纠正胎龄36周之前，现已1岁10个月，生长发育及肺部情况好，未发现其他并发症。

2.胎龄25+w，外院诊断重度BPD，生后120d仍未能撤离呼吸机入院。输注脐带血后气道高反应性缓解。

四、总结

动物实验证实，干细胞及其条件培养基在不同的BPD动物模型中均具有良好的作用，但因测量不规范，疗效难以比较；许多研究仅使用组织学作为结果参数，很少有功能性和长期结果研究，但对大规模临床试验的启动具有重要意义。

临床实验证实，脐带血干细胞治疗有望成为BPD的治疗手段，为了评估长期安全性，还需针对脐带血干细胞治疗早产儿的长期随访研究。

大会主持人杨慧霞教授点评：脐带血大家都很熟悉，它含有丰富的造血干细胞、间充质干细胞、NK细胞以及T-reg淋巴细胞等。在本次学术报告中，封教授从早产儿常见的支气管发育不良入手，并基于许多动物实验及本院总结的初步研究结果，向大家展示了脐带血在新生儿支气管肺发育不良的科研应用。就如同封教授所介绍的，希望北京地区及其他中心的医生，有兴趣的专家可以一起联手攻关，同时也希望脐带血在新生儿支气管肺发育不良疾病治疗中，不管是从动物实验还是体外细胞这类调控研究，都能有好的结果产出。

封志纯，教授，主任医师，博士生导师。

中国人民解放军总医院第七医学中心八一儿童医院院长；

全军儿科研究所所长，军队科技创新群体带头人；

国家临床重点专科主任，发育生物学全军重点实验室主任；

出生缺陷防控关键技术国家工程实验室主任；

中华医学会围产医学分会副主任委员；

中国医师协会新生儿科医师分会会长；

全军医学会计划生育优生优育分会主任委员；

《发育医学电子杂志》主编；

《中华儿科杂志》《中华围产医学杂志》《中华新生儿科杂志》副总编。