核心摘要
2025年,Signal Transduction and Targeted Therapy(IF=39.3)发表了一项里程碑式临床研究:由清华大学常智杰/徐璐团队、解放军总医院闫沐阳团队与海南医科大学第一附属医院联合完成的雾化吸入人脐带间充质干细胞来源细胞外囊泡(hUCMSC-EVs)治疗肺纤维化I期临床试验(ChiCTR2300075466)。24例肺纤维化患者在常规治疗基础上加用雾化吸入hUCMSC-EVs,结果显示:安全性良好,零严重不良事件;用力肺活量(FVC)与最大自主通气量(MVV)显著改善;2例晚期感染后肺纤维化患者的CT影像显示临床意义的纤维化病灶消退。这是迄今在肺纤维化外泌体治疗领域质量最高、数据最完整的临床证据之一。
24例
随机单盲安慰剂对照I期临床试验
0
严重不良事件安全性优异
2例
CT影像纤维化显著消退
一、肺纤维化:沉默的"蜂窝肺"
肺纤维化是一种慢性、进行性的间质性肺疾病,其特征是肺实质中瘢痕组织的异常堆积。随着病情进展,肺泡壁增厚、僵硬,氧气交换能力逐渐丧失,患者出现进行性呼吸困难、持续性干咳和极度疲劳。肺纤维化的病理核心是一个炎症级联反应:巨噬细胞和T细胞被激活后分泌大量细胞因子和趋化因子,聚集更多免疫细胞;同时,这些细胞因子激活成纤维细胞分泌包括纤连蛋白、胶原蛋白和基质金属蛋白酶在内的胞外基质,最终重塑并破坏正常的肺泡结构。
肺纤维化的病因极为复杂:环境暴露、自身免疫性疾病、遗传易感、药物毒性、病毒感染均可诱发。尤其值得关注的是,病毒感染(包括流感病毒和冠状病毒)已被确认为肺纤维化的重要致病因素——病毒可直接损伤肺组织、触发免疫应答或激活成纤维细胞,加剧肺部炎症和纤维化,这也是COVID-19大流行后"长新冠"肺纤维化备受关注的原因。
目前肺纤维化的治疗选择极为有限。地塞米松、吡非尼酮(pirfenidone)和尼达尼布(nintedanib)广泛用于疾病早期,但这些药物只能延缓纤维化进展,不能逆转已形成的纤维化病灶,更无法治愈该病。它们的核心机制是抑制慢性炎症——通过调节巨噬细胞、T细胞和成纤维细胞的活化来减缓病程——但疾病通常仍在继续进展。肺移植是终末期患者的最后选择,但供体稀缺、手术风险与终身免疫抑制的代价极高。因此,寻找既能抑制纤维化又能促进肺组织再生的创新治疗范式,是呼吸领域最迫切的未满足临床需求。
二、为什么是"雾化吸入"?——给药方式的革命
在讨论外泌体之前,有必要先理解这项研究的一个核心设计理念:给药途径的选择。
传统MSC或其衍生物的临床研究多采用静脉注射。但对于肺部疾病,静脉给药存在两个显著缺陷:第一,外泌体经血液循环后大部分被肝脾截获,到达肺部的有效剂量极低;第二,MSC细胞经静脉输注可能在肺毛细血管中滞留,引发肺栓塞风险。这也是干细胞治疗肺部疾病最大的安全隐忧之一。而雾化吸入直接将治疗药物沉积于肺部,最大化局部浓度,最小化全身性副作用。
Li等人的研究发现了一个关键事实:荧光标记的hUCMSC-EVs经雾化吸入后,1小时内即可进入胸腹腔,4小时达到峰值;组织解剖显示,外泌体主要分布在气管、肺、胃、肠道和肝脏,但不进入脑、心、脾和肾脏。24小时后,外泌体在肺部的信号最为集中,且这种信号可以持续到第28天——这意味着单次雾化吸入即可在肺部实现超过三周的驻留。这一生物分布特征为雾化给药的合理性与高效性提供了直接证据。
三、从细胞到囊泡:GMP级hUCMSC-EVs的生产与质量控制体系
这项研究的一大亮点,在于其建立了一套完整的、可产业化的GMP级外泌体生产与质控体系,这在同类外泌体临床研究中极为少见,也为未来规模化生产和监管申报奠定了坚实基础。
3.1 四道质控关口(CQCP)
研究团队设置了四个关键质控点(CQCPs),覆盖从细胞库到最终药物产品的全过程:
CQCP1(工作细胞库):确认细胞核型正常(无缺失/易位/突变),STR谱正确无交叉污染。这是所有细胞衍生产品最基础的安全底线。
CQCP2(细胞培养上清):检测支原体与外源性病毒——任何污染在此阶段即被排除。
CQCP3(纯化后的EVs):这是最关键的一步,检测项目最多——支原体、外源病毒、无菌性、抗生素残留、颗粒分析(50-400nm占90%以上)、身份标志物(CD9+/CD63+/CD81+/CANX-)、生物学活性(NF-kB通路抑制)及免疫调节功能(抑制Th1/2/17、促进Treg)。
CQCP4(雾化药液):最后一道关口——复检支原体、外源病毒、无菌性,内毒素控制在0.25 EU/ml以下,并确保雾化前后的颗粒浓度变化在设定量的±20%以内。
3.2 雾化前后:外泌体不变
这是一个对临床应用至关重要的质量控制问题:外泌体通过网式雾化器(孔径<5μm)后,形态和功能是否会被破坏?研究团队通过透射电镜观察到,雾化前后外泌体的形态无任何变化。Western blot进一步证实,CD81、纤连蛋白、CD63、CD9等标志物蛋白的总量在雾化前后保持不变。这证明<2μm孔径的网式雾化器不会剪切或破坏外泌体的膜结构完整性。
3.3 分子画像:miRNA、蛋白质与代谢物全谱分析
为了从分子层面理解hUCMSC-EVs的功能基础,团队进行了全面的组学分析:
miRNA谱(最重要):小RNA深度测序鉴定出超过1400种独特miRNA,其中miRNA占总RNA的58.69%。排名前20的miRNA贡献了68%的miRNA总reads量,包括miR-486-5p(14%)、miR-451a(4%)、miR-221-3p(4%)、miR-92a-3p(4%)、miR-320a-3p(3%)、miR-21-5p(2%)等。通路分析显示这些miRNA参与血管生成、代谢通路、Rap1/Ras/PI3K-Akt信号通路和肌动蛋白细胞骨架调控——这些通路均与纤维化密切相关。
蛋白质谱:LC-MS鉴定出1409种蛋白质。GO分析揭示其功能主要在细胞组分组织、创面愈合、细胞黏附和超分子纤维组织等方面。19种高丰度蛋白中,COL1A2、VIM、ANXA2、TF、COL1A1、FN1参与超分子纤维组织,KRT1、COL6A3、KRT86、KRT10参与细胞骨架组织。
代谢物谱:鉴定出104种代谢物,排名前23位占总丰度的91%。功能注释富集于氨基酸代谢(包括谷氨酰胺代谢和糖异生)。三个独立批次的代谢物组成高度一致(PCA1值几乎完全一致),表明该生产工艺的批次间高度可重复性。
四、动物实验:从预防到治疗的双重验证
在进入临床之前,研究团队在小鼠模型中进行了系统而严谨的验证,覆盖了预防模型和治疗模型两种场景。
4.1 预防模型:生存率从20%提升至80%
在博来霉素(BLM)诱导的肺损伤小鼠模型中,研究团队测试了3种剂量(每只小鼠2.5×10&sup7;、7.5×10&sup7;、2.25×10⁸颗粒)的雾化吸入hUCMSC-EVs,两周内给药14次。Kaplan-Meier生存分析显示,最低剂量(2.5×10&sup7;颗粒)即可显著改善生存率和中位生存时间。
Micro-CT成像显示:hUCMSC-EVs组的肺组织密度降低、支气管扩张和间隔增厚均显著轻于生理盐水和L929-EVs对照组。三维重建分析揭示了一个令人瞩目的结果:BLM攻击后小鼠肺体积大幅缩小,而雾化吸入hUCMSC-EVs几乎恢复了肺体积。肺功能方面,呼吸扩张度(breath distention)和血氧饱和度也显著改善。组织学分析(H&E与Masson染色)进一步证实,hUCMSC-EVs显著减轻了肺泡结构丧失、间隔增厚、肺泡扩张和炎症细胞浸润等博来霉素诱导的病理变化,Ashcroft纤维化评分显著降低,Col1a1、Fibronectin和Col3a1的表达在mRNA和蛋白水平均显著下调。
4.2 治疗模型:纤维化已经形成,还能逆转吗?
与预防模型不同,治疗模型模拟的是更接近临床实际的场景——纤维化已经确认形成,治疗才开始介入。小鼠在第1天接受BLM后,第7天通过micro-CT确认纤维化已建立,然后根据纤维化严重程度(轻度、中度、重度)随机分配到盐水组、L929-EVs组和hUCMSC-EVs组,从第8天到第21天接受14次治疗。
结果同样振奋:盐水组和L929-EVs组的小鼠纤维化持续进展,而hUCMSC-EVs组小鼠在各肺区(基底段、中段和心尖段)均显示纤维化显著减少。三维重建更显示,PBS组肺体积继续下降,而MSC-EVs组肺体积反而实现了实质性增加。这证明:即使在纤维化已经建立后,雾化吸入hUCMSC-EVs仍能有效减轻纤维化进展。
五、I期临床试验:24例患者的随机单盲安慰剂对照研究
在临床前数据充分支撑后,研究团队启动了一项注册临床研究(MR-46-22-004531,ChiCTR2300075466),于2023年4月20日至2025年5月2日在海南医科大学第一附属医院开展。
5.1 试验设计
26例受试者经筛选,最终24例入组(2例排除:1例退出,1例隐瞒癌症手术史)。所有入组患者均为HRCT(高分辨率CT)确诊的肺纤维化病灶患者。随机分为两组:
试验组(12例):常规治疗 + 雾化吸入hUCMSC-EVs(每天2次,每次2×10⁹颗粒/2ml,溶于6ml生理盐水,09:00 ± 30分钟和20:00 ± 30分钟,连续7天)
对照组(12例):常规治疗 + 等量生理盐水雾化吸入(方案同上)
随访评估在第1、8、28和84天进行,电话随访持续至第180天和第360天。两组基线特征无显著差异,所有患者在整个研究期间维持原有常规治疗方案不变。
5.2 安全性:12个月随访,零严重不良事件
安全性是I期临床的首要终点。该研究给出了一份令人信服的答卷:
所有参与者均良好耐受,无显著不良事件。血液学指标(白细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、红细胞、血红蛋白、血小板)在治疗前后无显著变化。肝功能(ALT、AST)、肾功能(BUN、Cr)、血脂(TG、TC、HDL、LDL)和血糖均保持在正常范围。IL-6作为炎症标志物在治疗后无明显变化,表明治疗未诱导炎症反应。心电图未出现心律失常或ST-T段异常,无过敏性皮肤反应,体温维持正常。值得强调的是,在长达12个月的随访中,未报告任何对hUCMSC-EVs的过敏反应或其他不良事件。
5.3 有效性:肺功能与生活质量的双重改善
虽然I期临床不以有效性为主要终点,但研究团队仍系统收集了疗效数据:
用力肺活量(FVC):试验组较对照组显著改善(P<0.05)。FVC是评价限制性通气障碍的金标准指标,是肺纤维化临床试验最常用的主要终点之一。FVC的提升直接反映了肺容量的恢复和纤维化限制的减轻。
最大自主通气量(MVV):试验组较对照组显著改善(P<0.05)。MVV反映的是呼吸肌力、气道通畅度和肺胸顺应性的综合能力。
圣乔治呼吸问卷(SGRQ)评分:试验组较对照组显著降低(P<0.05)。SGRQ是国际公认的评估呼吸疾病对生活质量影响的量表,评分下降意味着活动受限减少、日常功能改善。
莱斯特咳嗽问卷(LCQ)评分:试验组较对照组显著升高(P<0.05)。LCQ评分的提高反映了患者咳嗽症状的缓解和生活质量的改善。
研究团队进一步将所有疗效指标(6MWD、FEV₁、FVC、MVV、DLCO、SGRQ、LCQ、ALT、mMRC)汇总为"受益事件"分析,配对T检验得出的P值精确等于0.05,表明雾化吸入hUCMSC-EVs在常规治疗基础上带来的整体获益具有统计学意义。
5.4 CT影像逆转:两个令人瞩目的病例
这篇论文最具临床冲击力的发现来自HRCT(高分辨率CT)影像的纵向分析。虽然大多数患者在CT影像上维持稳定,但有2例晚期感染后肺纤维化患者在雾化吸入hUCMSC-EVs治疗后,HRCT上显示出具有临床意义的纤维化消退:
病例一(参与者#9):治疗前(Day 0),左肺可见斑片状高密度影和磨玻璃样密度,伴胸膜下条带状模糊影。治疗后第28天,这些影像学特征已部分改善;至第84天,左肺病变已显著消退、大面积消散。
病例二(参与者#15):治疗前(Day 0),右下肺叶出现大面积实变和不均匀密度,伴散在斑片状磨玻璃密度、线状影,左肺斜裂附近也有磨玻璃影。第28天,右下肺叶实变已基本消退,周围磨玻璃密度消失,仅残留纤细的网状、线状和磨玻璃状阴影;左肺斜裂附近的磨玻璃影也大部分消散。至第84天,右下肺叶实变基本完全消退。
作为对照,研究团队展示了对照组(常规治疗+生理盐水)中一位患者(参与者#18)的CT图像,其纤维化在同一观察期内持续恶化。这一对比有力地佐证了治疗获益的归因。
六、作用机制:miR-486-5p与巨噬细胞M2极化的关键角色
这项研究不仅提供了临床前与临床证据,还深入探索了外泌体发挥抗纤维化作用的分子机制。
肺组织miRNA表达分析显示,hUCMSC-EVs治疗后小鼠肺组织中miR-486-5p显著上调。先前研究已报道miR-486-5p可通过靶向巨噬细胞来抑制炎症反应。而肺泡巨噬细胞在肺纤维化进程中扮演核心角色——M1型巨噬细胞促进炎症和纤维化,M2型则促进组织修复和抗炎。研究团队通过支气管肺泡灌洗(BAL)和流式细胞术发现:
BLM造模后,小鼠肺泡单核细胞总数(Siglec-F+/CD11b+)显著增加(健康小鼠9.87%,BLM各组30.75%-47.71%),反映了免疫细胞向肺泡的大量募集。雾化吸入hUCMSC-EVs虽然未改变细胞总数,但M2巨噬细胞(CD206+)比例从35.67%-42.91%显著提升至69.79%,同时Siglec-F⁻/CD11b+(纤维化相关单核细胞)比例显著降低。
qPCR分析进一步证实:抗纤维化基因IL-10、MMP13和HGF在hUCMSC-EVs治疗后显著上调,而促纤维化基因SPP1显著下调。综合来看,机制链条是:hUCMSC-EVs携带的miR-486-5p等活性miRNA→靶向肺泡巨噬细胞→诱导M2极化和抗纤维化基因表达→抑制成纤维细胞活化和胞外基质沉积→减轻纤维化病灶并促进肺组织修复。这一机制同时解释了为什么同一批外泌体在预防模型和治疗模型中均能有效——巨噬细胞极化调控在纤维化发生前(预防)和发生后(治疗/逆转)均是核心病理节点。
七、从实验室到临床:这项研究的突破性意义
Li等人的这项研究,在外泌体肺部疾病治疗领域具有多层突破性意义:
第一,GMP生产体系的率先建立。四道CQCP质控体系的完整性与严格性,为外泌体药物从实验室走向产业化提供了可参照的模板。这是外泌体领域从"学术研究"向"药物开发"转型的关键一环。
第二,雾化给药的临床验证。研究明确证实外泌体经网式雾化器(孔径<2μm)后结构完整、功能不减,且生物分布数据显示雾化后外泌体几乎只在肺部高浓度驻留超过三周。这为呼吸系统疾病的"无创靶向递送"开辟了新路径。
第三,"治疗性逆转"的初步证据。2例CT影像上纤维化病灶的显著消退——尤其是参与者#15右下肺叶大面积实变的基本消失——为"纤维化能否逆转"这一核心命题提供了极为珍贵的临床影像学证据。在现有小分子药物吡非尼酮和尼达尼布仅能延缓进展的背景下,这一发现具有范式转变的潜力。
第四,无细胞疗法的安全性优势。零严重不良事件、零过敏反应、12个月随访无远期不良事件的出色安全性数据,凸显了外泌体相较于活细胞产品(MSC输注有致瘤性、免疫排斥和肺栓塞等风险)的天然优势。
八、理性审视:现阶段局限与未来方向
在充分肯定这一研究突破性的同时,也必须客观认识其现阶段的局限性:
样本量有限。I期临床仅24例受试者,虽然统计检验发现了显著差异,但结论仍需更大规模的II/III期验证。特别是2例CT影像显著改善的患者——这更像是"信号发现"而非"确证性结论"。
治疗周期短。仅7天给药、84天观察,对于一种慢性进展性疾病而言,这一时间窗口只能回答急性期安全性和短期疗效。维持治疗后的远期疗效、是否需要重复疗程等关键问题仍需解答。
适应症异质性。肺纤维化是一组涵盖特发性肺纤维化(IPF)、结缔组织病相关间质性肺病、感染后肺纤维化等多种亚型的异质性疾病群。本研究纳入的2例显著缓解患者均为"advanced post-inflammatory pulmonary fibrosis"(晚期感染后肺纤维化),提示外泌体治疗可能对不同病因亚型的疗效存在差异,值得未来在分层设计的II期试验中深入探究。
机制验证偏基础。miR-486-5p/巨噬细胞M2极化的机制主要在动物模型中验证,人类肺组织的直接证据仍缺失。这并不削弱结论的合理性,但提示需要后续生物标志物研究来桥接动物-人类的机制鸿沟。
九、对中国外泌体产业的启示
从产业视角审视,这项研究传递了几个清晰信号:
信号一:外泌体作为"治疗性实体"而非"精准递送载体"的路径正在被顶级期刊认可。值得注意的是,本研究使用的外泌体未经工程化改造——即利用的是MSC来源天然外泌体的固有治疗属性。这对于那些当前缺乏成熟载药技术但拥有优质MSC细胞源的企业而言,是一个极具参考价值的开发范式。
信号二:肺部疾病是外泌体天然的优势战场。雾化吸入+肺部高驻留的组合,完美规避了静脉注射面临的肝脾首过效应和全身暴露风险。肺纤维化、ARDS、COPD、哮喘——这些呼吸系统的重大未满足需求,可能成为外泌体药物率先突破的适应症方向。
信号三:GMP-CMC是外泌体临床转化的最大壁垒,也是核心竞争力。该研究团队投入大量精力构建的四道CQCP质控体系,映射出一个行业现实:外泌体的质量一致性、批次间可重复性和规模化生产能力,远比"是否有外泌体"更重要。先发建立从细胞库到雾化终产物的全流程GMP体系的企业,将在监管审批和临床转化中占据决定性优势。
信号四:中国学者在外泌体临床转化正从"跟跑"走向"并跑"甚至"领跑"。这是清华大学、解放军总医院、海南医科大学、金凤实验室、北京干细胞与再生医学研究院、首都医科大学等多机构协作的成果,是中国外泌体临床研究力量的集中展示。结合此前Deramiocel(Capricor)的全球首款外泌体药物FDA审批进展,全球外泌体药物开发正进入加速期,中国力量不可忽视。
关键数据速览
• 论文:Li M, Huang H, et al. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2025; 10:179 • DOI: 10.1038/s41392-025-02262-3 • 研究机构:清华大学×解放军总医院×海南医科大学×金凤实验室×首都医科大学 • 临床注册号:ChiCTR2300075466(MR-46-22-004531) • 试验设计:24例肺纤维化患者,随机单盲安慰剂对照 • 给药方案:雾化吸入,2×10⁹颗粒/次,每日2次,连续7天 • 安全性:零严重不良事件,12个月随访无过敏反应 • 有效性:FVC↑、MVV↑、SGRQ↓、LCQ↑(P<0.05) • 影像学:2/12试验组患者HRCT显示纤维化病灶显著消退 • 机制:miR-486-5p→肺泡巨噬细胞M2极化→抗纤维化(IL-10/MMP13/HGF↑,SPP1↓)
小结
Li等人的STTT论文,是迄今肺纤维化外泌体治疗领域质量最高、数据最完整的一项I期临床研究。它建立了一套可产业化的GMP级外泌体生产与质控体系,在24例患者中证明了雾化吸入hUCMSC-EVs的卓越安全性,并通过多维度肺功能指标、生活质量量表和独立的HRCT影像学证据,为外泌体治疗肺纤维化的初步疗效提供了可信的临床证据。2例CT确认的纤维化病灶消退——虽然只是个案——却为"纤维化能否逆转"这一困扰呼吸医学界数十年的难题投下了第一束光。当然,从小样本I期到确定性III期还有很长的路要走。但对于关注外泌体药物开发、肺纤维化创新疗法和中国生物医药源头创新的从业者而言,这篇论文值得放在案头反复研读。
参考文献
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