成體干細胞治療老年退行性疾病的可行性研究

潘興華，龐榮清，阮光萍，朱向情，蔡學(xué)敏，何 潔，趙 晶，劉高米洋

·干細胞與再生醫(yī)學(xué)·

成體干細胞治療老年退行性疾病的可行性研究

潘興華，龐榮清，阮光萍，朱向情，蔡學(xué)敏，何 潔，趙 晶，劉高米洋

干細胞；治療；老年；退行性疾?。豢尚行?/p>

衰老是生命發(fā)展的自然規(guī)律和現(xiàn)象，是由于身體細胞群長期受到體內(nèi)外環(huán)境因素的沖擊和傷害，引起身體各個組織器官結(jié)構(gòu)與功能逐漸退化，并導(dǎo)致組織或器官功能減退的一種慢性綜合性征[1]。老年退行性疾病是指那些與年齡相關(guān)的組織細胞老化導(dǎo)致的組織器官結(jié)構(gòu)與功能減退，表現(xiàn)為器官功能障礙，身體抵抗力衰弱，協(xié)同功能喪失，發(fā)病率增加。衰老是我國面臨的重大問題之一，未來5年老齡人口將達到2.48億,80歲以上的老年人將超過3000萬,高齡、空巢、失能老人將日益增多，缺醫(yī)少藥矛盾突出，“老有所醫(yī)”已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)研究的重點內(nèi)容之一[2]。干細胞是人體組織細胞更新?lián)Q代和病理性損傷修復(fù)的種子，國內(nèi)外相關(guān)研究均提示，從干細胞的角度可能找到老年退行性疾病治療、延緩或逆轉(zhuǎn)衰老狀態(tài)的有效方法。

1 老年退行性變的細胞學(xué)基礎(chǔ)

人體衰老涉及環(huán)境、飲食、毒物、疾病等內(nèi)外因素對遺傳基因修飾、自由基、炎癥與免疫、內(nèi)分泌與代謝、組織結(jié)構(gòu)與功能、細胞生長調(diào)控、氧化與抗氧化等多方面的影響[3-5]。老年退行性變是細胞更新?lián)Q代平衡失調(diào)所致，細胞作為生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，其增殖活性降低、絕對數(shù)量減少，是組織器官的結(jié)構(gòu)與功能減退的基礎(chǔ)。干細胞是組織細胞更新?lián)Q代的種子，干細胞數(shù)量和活性不足是組織器官衰老退變的原因[6]。從細胞學(xué)的角度分析，人體衰老源于以下幾方面的綜合作用：（1）組織細胞的衰老與凋亡[7]；（2）干細胞的衰退導(dǎo)致正常衰老死亡細胞無法得到更新?lián)Q代，功能細胞總量下降[8]；（3）外環(huán)境對基因的作用加速細胞老化[9]；（4）體內(nèi)衰老基因的活躍和年輕化基因的失活[10]；（5）細胞內(nèi)外環(huán)境的有害因素積累導(dǎo)致細胞中的大分子、自由基等受損，細胞自噬作用下調(diào)[11]。組織細胞的凋亡與再生受體內(nèi)細胞因子、神經(jīng)內(nèi)分泌、免疫與炎癥反應(yīng)、代謝與營養(yǎng)等多種因素共同調(diào)節(jié)[12]。老年退行性疾病研究與治療的關(guān)鍵問題，是要搞清楚老年退行性疾病的細胞生物學(xué)特點，認清導(dǎo)致衰老退變的體內(nèi)調(diào)控因素的變化規(guī)律和相互作用，找出導(dǎo)致老年性退變的關(guān)鍵因子，并弄清詳細機制，依據(jù)規(guī)律和關(guān)鍵因素尋找治療方法和藥物。

2 成體干細胞（ADSC）治療老年退行性疾病的作用和機制

2.1 成體干細胞治療老年退行性疾病的作用 干細胞具有自我更新和分化的潛能，是維持組織器官結(jié)構(gòu)與功能的種子。在從人體發(fā)育生長到衰老死亡的整個生命過程中，均伴隨著干細胞的增殖與分化，組織細胞的生理性更新?lián)Q代和病理性組織損傷修復(fù)依賴干細胞的動員、增殖活化和分化[13]。干細胞存在于人體內(nèi)的各種器官中，在病理性損傷的條件下，組織中的干細胞通過快速增殖和分化來參與和促進組織損傷的修復(fù)，但其分化方向取決于組織特定微環(huán)境的誘導(dǎo)作用[14]。人體的衰老，特別是老年退行性疾病的發(fā)生發(fā)展，是由于干細胞的數(shù)量減少和活性降低，導(dǎo)致新生細胞少于衰老死亡細胞的結(jié)果[15]。Signer等研究表明，衰老是一個逐漸積累的過程，器官的正常運作和環(huán)境暴露均可能造成組織損傷，需要不斷地進行損傷修復(fù)，在胚胎發(fā)育和人體生長期，干細胞的增殖分化能力極強，而在衰老的組織器官中干細胞活性下降。隨著年齡的增長，干細胞的數(shù)量和活性逐漸降低，某些組織中的細胞的喪失如得不到及時更新補充，就會影響該器官的功能，最終導(dǎo)致重要器官功能衰竭和死亡[16]。

近年研究發(fā)現(xiàn)，輸入年輕動物的血液或干細胞可使老年小鼠年輕化，表現(xiàn)為肌肉和大腦重獲活力，壽命延長，衰老退變的器官功能改善[17]。Jinhui Shen等報道，將年輕鼠的骨髓間充質(zhì)干細胞輸入老齡鼠體內(nèi)可明顯延緩衰老和延長壽命，減少老年性骨質(zhì)丟失。Hai-chun Yang等發(fā)現(xiàn)，來自年輕鼠的骨髓移植后，可減輕老年鼠的腎功能衰退，逆轉(zhuǎn)炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)的組織器官功能退變。同時有研究發(fā)現(xiàn)，將人類干細胞轉(zhuǎn)化為胰島素分泌細胞的方法，可使衰老退變的胰腺功能再生。本課題組研究證明，干細胞移植可改善老年相關(guān)疾病，如2型糖尿病、老年性骨質(zhì)疏松等[18-19]。Fernando等[9]對獼猴實施全身微量放射線照射后，通過靜脈輸入骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSC）后，發(fā)現(xiàn)進入體內(nèi)的BMSC在肝、腎、胸腺、腸、骨髓、皮膚等組織分布，而未受損傷的健康對照動物沒有BMSC分布，提示BMSC參與損傷組織的修復(fù)[20]。國內(nèi)外有人觀察了間充質(zhì)干細胞對肝、腎、皮膚、血管、神經(jīng)、腸道、腦等損傷的影響，認為有促進創(chuàng)傷愈合和抑制皮膚細胞凋亡的作用。一些針對個別器官年輕化的研究發(fā)現(xiàn)，輸入胚胎、骨髓、脂肪、臍帶等來源的干細胞，可改善皮膚、肝、心、腎、腦、肌肉等重要器官功能[21]，BMSC移植可改善胸腺、性腺等衰老敏感器官的功能，給老年人輸入臍血干細胞可改善老年骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，有效治療骨質(zhì)疏松。本課題組先后利用肝、腎、胰、腦、骨、皮膚損傷和系統(tǒng)性放射傷、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、代謝綜合征、創(chuàng)傷性多器官功能不全等12種疾病模型，評價了臍帶和間充質(zhì)干細胞的療效，證明間充質(zhì)干細胞可進入損傷組織，并在相應(yīng)微環(huán)境誘導(dǎo)下分化為功能細胞，促進損傷組織結(jié)構(gòu)與功能再建[22-23]。上述表明，不同來源的ADSC均具有促進局部和系統(tǒng)性損傷、衰退組織損傷修復(fù)的作用，提示ADSC對衰老、老年退變性疾病治療有一定作用。

2.2 干細胞治療老年退行性變的機制 綜合國內(nèi)外研究報道，骨髓、臍帶、脂肪等成體組織來源的ADSC對組織器官損傷修復(fù)的作用可能通過多種機制實現(xiàn)，是多種機制協(xié)同作用的結(jié)果，但針對不同類型的損傷及損傷組織的微環(huán)境變化，ADSC促進損傷修復(fù)的模式有所差異。目前有證據(jù)的機制主要有[24-25]：（1）遷移、分布、定植于損傷組織，在損傷組織的微環(huán)境誘導(dǎo)下整合、定向分化并參與修復(fù)；（2）分泌多種細胞生長因子，促進原位細胞生長及損傷修復(fù)；（3）促進損傷組織的毛細血管再生，改善局部血液循環(huán)、代謝和營養(yǎng)；（4）通過直接接觸和分泌細胞因子，調(diào)節(jié)免疫平衡和炎癥反應(yīng)，減少繼發(fā)性損傷；（5）提高肌體抗氧化應(yīng)激因子分泌，提升整體抗氧化應(yīng)激能力。ADSC的上述生物學(xué)效應(yīng)和作用機制符合系統(tǒng)性損傷、衰老退變及老年性疾病治療要求，可以有效促進衰老死亡細胞的更新?lián)Q代，損傷組織的結(jié)構(gòu)與功能重建。從理論上講，ADSC可用于涉及缺血性、創(chuàng)傷性、中毒性、自身免疫性和老年性組織細胞變性、壞死、缺失引起的各種疾病治療[26-27]。在ADSC中，人臍帶間充質(zhì)干細胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells,HUC-MSC）是目前可以規(guī)?；?、標準化制備和儲存的干細胞之一，在合適的條件下可以跨胚層分化，這類細胞具有良好的促進損傷修復(fù)和免疫、炎癥調(diào)節(jié)作用。本課題組前期針對多種創(chuàng)傷性、退變性、缺血性、放射性組織損傷性疾病動物模型進行了治療研究，發(fā)現(xiàn)給疾病動物模型系統(tǒng)性連續(xù) 3次輸入1×106細胞/kg的UCMSC后，對肺纖維化、缺血性腦損傷、糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡及創(chuàng)傷誘導(dǎo)的多器官功能不全顯示一定治療作用，其機制是UC-MSC分布于損傷組織并參與結(jié)構(gòu)重建，同時分泌多種細胞生長因子促進原位細胞生長和抑制炎癥反應(yīng)。

3 干細胞抗衰老的研究重點

對于干細胞治療老年性退變的研究，選擇合適的動物模型及療效評價方法和標準是關(guān)鍵。目前常用動物為嚙齒類自發(fā)性、人工化學(xué)誘導(dǎo)和轉(zhuǎn)基因動物模型，也有利用全身放射線照射法創(chuàng)建急性衰老模型的報道[28]。這些模型的特點是可以大批量創(chuàng)建，但利用這類模型進行的研究結(jié)果與人類有一定差異，臨床參考的可行性不如靈長動物。關(guān)于靈長動物衰老模型的研究，主要集中于天然衰老模型的篩選和利用，也有關(guān)于神經(jīng)、血管損傷及感染性疾病模型創(chuàng)建的報道[29]。北京大學(xué)和解放軍總醫(yī)院等單位的專家進行了一些研究并取得突破性進展，但由于衰老評價技術(shù)方法的限制和動物個體差異的變化，目前尚缺乏系統(tǒng)性研究和可供臨床參考的標準，特別是利用現(xiàn)代分子生物、影像、組學(xué)技術(shù)深層次解決模型評價指標體系、技術(shù)和標準化問題仍然是衰老或老年退行性疾病治療研究的核心問題之一。

涉及臨床應(yīng)用，還需要解決關(guān)鍵技術(shù)方法、療效和機制問題。雖然有一些證據(jù)表明干細胞有一定損傷修復(fù)作用，但僅限于現(xiàn)象觀察和局部組織或器官的結(jié)構(gòu)與功能研究，對老年個體的整體效應(yīng)尚缺乏系統(tǒng)性分析研究，需要進一步從整體療效、組織器官的結(jié)構(gòu)與功能、細胞活性、免疫與炎癥因子、生長調(diào)控因子、代謝組學(xué)、基因修飾與表達等不同層次和側(cè)面詳細評價干細胞治療的作用和機制。外源性干細胞在體內(nèi)的演變過程和生物學(xué)行為也是進一步研究的重點，同種異體干細胞進入體內(nèi)后的動態(tài)分布與存活、定植與分化、與原位細胞的整合與結(jié)構(gòu)重建、成熟與免疫排斥等問題還需要進一步明確。在進入臨床之前，需要建立ADSC及其臨床制劑的制備與鑒定技術(shù)規(guī)范，通過動物模型治療實驗，建立關(guān)鍵技術(shù)方法，包括適應(yīng)證選擇、干細胞治療時機、治療途徑、輸入細胞的次數(shù)與間隔、輔助治療與長期療效等基本問題和參數(shù)等。療效和安全性評價技術(shù)方法和標準是干細胞治療老年退行性疾病的基礎(chǔ)，需要在整體觀察的基礎(chǔ)上，針對特定器官或疾病建立評價技術(shù)體系及規(guī)范，以保證臨床治療的可行性、有效性和安全性。隨著干細胞治療技術(shù)的發(fā)展，利用干細胞延緩或逆轉(zhuǎn)衰老狀態(tài)，有效治療老年退行性疾病和提高老年人群的生存質(zhì)量將成為現(xiàn)實，預(yù)計基于干細胞治療技術(shù)結(jié)合其他現(xiàn)代精準醫(yī)療技術(shù)，可能會給人類帶來20年左右的延緩衰老空間。

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國家科技支撐計劃項目（2014BI01B0）；國家973計劃項目（2012CB5181060）；云南省科技計劃重點項目(2013CA005）

650032昆明,成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院細胞生物治療中心，干細胞與免疫細胞生物醫(yī)藥技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室,云南省細胞治療技術(shù)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點實驗室，云南省干細胞工程實驗室，昆明市干細胞與再生醫(yī)學(xué)研究重點實驗室

潘興華，E-mail：Xinghuapan@sohu.com.cn