骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對肝臟的影響

孫文靜，劉凱軍，文良志，陳東風(fēng)

·專家論壇·

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對肝臟的影響

孫文靜，劉凱軍，文良志，陳東風(fēng)

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞；肝臟；細(xì)胞再生；細(xì)胞間相互作用

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）是成體干細(xì)胞主要類型之一，能產(chǎn)生所有的間質(zhì)譜系細(xì)胞，可修復(fù)受損的組織，具有干細(xì)胞的特性。近年來，隨著BMSCs在治療慢性肝病中的臨床研究以及基礎(chǔ)研究的不斷深入，對肝-骨軸雙向調(diào)節(jié)模式、骨髓細(xì)胞及BMSCs對肝臟的影響也有了進(jìn)一步的了解。

1 MSCs的生物學(xué)特點

MSCs來源于中胚層間充質(zhì)，存在于骨髓、脂肪組織、外周血、臍帶血、臍帶組織、腱組織、牙周膜、支氣管、骨骼肌等組織。骨髓是MSCs的主要來源[1]。BMSCs的分離方法主要是梯度離心法，鑒定多采用流式細(xì)胞術(shù)以及細(xì)胞表面標(biāo)志物的檢測等。但是，目前尚無BMSCs的特異性標(biāo)志物。BMSCs細(xì)胞表面表達(dá)人白細(xì)胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）I類分子以及 Stro-1，高表達(dá) CD29、CD44、CD49e、CD73、CD105、CD13、CD48、CD71、CD56、CD90、CD166、細(xì)胞間粘附分子 -133-18，低表達(dá) CD11b、CD54、CD106[2]。

MSCs具有多向分化的能力，可分化為脂肪細(xì)胞、胰島樣細(xì)胞、骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞、肝細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞等組織細(xì)胞[3]。研究表明，在含有肝細(xì)胞生長因子（HGF）和成纖維細(xì)胞生長因子-4（FGF-4）的培養(yǎng)條件下，MSCs可由成纖維細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭悎A形的上皮樣細(xì)胞，并可有白蛋白、細(xì)胞角蛋白18、α-抗胰蛋白酶的表達(dá)，說明MSCs具有分化為類肝細(xì)胞的潛能[4]。因此，BMSCs在組織工程、再生醫(yī)學(xué)、組織損傷與修復(fù)等方面引起了人們的關(guān)注，并已在終末期肝病、心肌損傷、神經(jīng)損傷等疾病中進(jìn)行了初步的臨床研究。

2 BMSCs對肝臟細(xì)胞再生的影響

近年來，較多的研究者已開展了關(guān)于BMSCs治療肝臟損傷性疾病的臨床研究，并取得了較好的效果。Lin et al[5]發(fā)表在Hepatology上的一項臨床研究表明，BMSCs用于治療慢加急性乙型肝炎肝衰竭患者安全性較好，可改善患者的肝功能、降低嚴(yán)重感染等并發(fā)癥的發(fā)生，且能降低多器官功能衰竭和嚴(yán)重感染相關(guān)死亡的發(fā)生。然而，有關(guān)BMSCs與肝臟再生和促進(jìn)肝功能恢復(fù)的機(jī)制尚不清楚。

關(guān)于BMSCs促進(jìn)肝細(xì)胞再生的機(jī)制包括：①BMSCs歸巢機(jī)制：基質(zhì)細(xì)胞衍生因子（stromal cell-derived factor-1α，SDF-1α）與其相應(yīng)的受體CXCR4、CXCR7結(jié)合，形成 SDF-1α/CXCR 軸，并通過該軸，促進(jìn)BMSCs向損傷組織歸巢。研究表明，BMSCs在 HGF、白細(xì)胞介素 -6（interleukin-6，IL-6）等細(xì)胞因子的作用下，其CXCR-4的表達(dá)明顯上調(diào)，且慢性肝病患者外周血SDF-1α水平明顯低于其在肝臟組織中的水平，BMSCs通過CXCR-4可依SDF-1α水平梯度進(jìn)行遷移，歸巢至損傷組織部位[6，7]。此外，透明質(zhì)酸、趨化因子配體如CXCL7、CXCL1、CXCL2、黏附分子如受體血管黏附分子、細(xì)胞間黏附分子等也可能參與BMSCs的歸巢[8-10]；② 融合與轉(zhuǎn)分化機(jī)制：有研究表明，將帶有視蹤標(biāo)記的BMSCs移植給肝損傷小鼠，受體小鼠新生成的肝細(xì)胞中可同時表達(dá)供體鼠和受體鼠的基因，提示BMSCs可與內(nèi)源性肝細(xì)胞融合并促進(jìn)肝細(xì)胞功能[11]。體外實驗還證實，BMSCs在與肝細(xì)胞共同培養(yǎng)時可發(fā)生融合，融合細(xì)胞能進(jìn)入減數(shù)分裂期。但細(xì)胞融合的發(fā)生頻率低，融合細(xì)胞的發(fā)育潛能有限。發(fā)生細(xì)胞融合的機(jī)制可能與細(xì)胞膜表面蛋白之間的相互作用有關(guān)。也有研究表明，BMSCs是肝內(nèi)干細(xì)胞的來源細(xì)胞，在肝損傷模型大鼠，移植的BMSCs可同時表達(dá)肝細(xì)胞的細(xì)胞表面標(biāo)志和BMSCs的細(xì)胞表面標(biāo)志，提示BMSCs可轉(zhuǎn)化為肝臟干細(xì)胞，進(jìn)而向肝細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞等分化[12]；③ 通過旁分泌途徑促進(jìn)肝細(xì)胞再生：肝臟損傷后可分泌HGF、FGF等生長因子，動員BMSCs向損傷的肝臟歸巢，同時激活肝祖細(xì)胞，促進(jìn)肝細(xì)胞增殖[13]；④ 抑制肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cell，HSC）活化：肝細(xì)胞炎癥反應(yīng)及纖維化是各種原因?qū)е碌母闻K損傷的中心環(huán)節(jié)，HSC的活化是肝纖維化發(fā)生發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。在肝臟損傷時，肝細(xì)胞炎癥反應(yīng)持續(xù)存在，HSC被激活，激活的HSC通過增生和分泌細(xì)胞外基質(zhì)等方式促進(jìn)肝臟細(xì)胞外基質(zhì)的過度沉積，加速肝組織的纖維化。因此，抑制HSC的活化，促進(jìn)HSC的凋亡是肝纖維化防治的關(guān)鍵靶點[14]。研究顯示，BMSCs可通過抑制HSC增殖、減少膠原蛋白合成、誘導(dǎo)HSC細(xì)胞凋亡，以達(dá)到治療終末期慢性肝病、維護(hù)肝細(xì)胞功能的目的。其機(jī)制與Notch信號通路激活、α-SMA的表達(dá)下調(diào)和Rho通路的下調(diào)，以及通過IL-10和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factorα，TNF-α）抑制HSC增殖有關(guān)[15，16]。與此同時，HSC對BMSCs同樣可發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。有研究顯示，Kupffer細(xì)胞激活的HSC表達(dá)HGF水平高于培養(yǎng)激活的HSC，且激活狀態(tài)的HSC可誘導(dǎo)BMSCs分化為肝細(xì)胞樣細(xì)胞[15]，提示HSC與BMSCs之間呈雙向相互作用模式。

基于BMSCs對肝臟具有歸巢、融合和轉(zhuǎn)化作用、促進(jìn)肝細(xì)胞再生以及抑制HSC活化，大量的臨床和基礎(chǔ)研究證實BMSCs可用于終末期肝病的治療。對于BMSCs對肝臟的影響，不同的學(xué)者也有不同的意見。有研究發(fā)現(xiàn)將BMSCs移植到大鼠體內(nèi)，僅有很少數(shù)量的BMSCs分化為肝樣細(xì)胞，而多數(shù)BMSCs則分化為成纖維樣細(xì)胞，從而促進(jìn)肝纖維化的形成[18]。由此可見，由于對于BMSCs對肝臟的影響尚存在爭論，BMSCs在慢性肝病中的臨床應(yīng)用尚處于起步和探索階段，其安全性、有效性以及對肝臟的影響仍需要依賴于對BMSCs與肝臟相互作用機(jī)制的深入了解。

3 BMSCs對肝臟免疫功能的調(diào)節(jié)

肝臟具有龐大數(shù)量的非實質(zhì)細(xì)胞，包括肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、HSC、Kupffer細(xì)胞、樹突細(xì)胞、NK細(xì)胞等，參與生理和病理情況下的局部和全身免疫反應(yīng)。此外，由于肝臟是一個血竇性的器官，肝臟血竇中還有大量的循環(huán)淋巴細(xì)胞，即過客淋巴細(xì)胞。肝實質(zhì)細(xì)胞、非實質(zhì)細(xì)胞以及過客淋巴細(xì)胞組成了肝臟的免疫系統(tǒng)，是機(jī)體免疫系統(tǒng)的重要組成部分。肝臟的免疫系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，在肝臟的損傷和修復(fù)中具有重要的地位。以炎性細(xì)胞因子TNF-α的釋放為標(biāo)志的肝臟固有免疫細(xì)胞激活是肝再生的啟動因素，肝間質(zhì)細(xì)胞與實質(zhì)細(xì)胞的相互作用是肝再生的促進(jìn)因素，肝臟的免疫功能對肝再生具有調(diào)節(jié)作用[19，20]。

有研究顯示，給予終末期慢性肝病患者BMSCs治療后，患者外周血IL-17水平呈持續(xù)下降趨勢，并與患者肝功能指標(biāo)的變化呈正相關(guān)，進(jìn)而在動物實驗發(fā)現(xiàn)BMSCs通過下調(diào)IL-17水平促進(jìn)肝功能恢復(fù)[11]。在BMSCs移植后還可通過調(diào)節(jié)Kupffer細(xì)胞，促進(jìn)肝功能恢復(fù)，主要表現(xiàn)為促進(jìn)肝內(nèi)Kupffer由M1型向M2型轉(zhuǎn)化，其機(jī)制與BMSCs旁分泌IL-10，活化STAT3信號通路有關(guān)[21]，提示BMSCs移植后通過Kupper細(xì)胞的免疫功能變化，間接調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的再生。此外，體外研究還證實，BMSCs與T細(xì)胞在體外共培養(yǎng)時可抑制活化T細(xì)胞的功能，誘導(dǎo)活化T細(xì)胞凋亡，但不引起靜止T細(xì)胞的凋亡。BMSCs還能抑制細(xì)胞毒性T細(xì)胞的形成，且具有時間和劑量依賴效應(yīng)，對活化的細(xì)胞毒性T細(xì)胞和NK細(xì)胞沒有影響，但對上述兩者介導(dǎo)的細(xì)胞死亡具有抵抗力[22]。由此可見，BMSCs具有免疫抑制的特點，與其細(xì)胞表面不表達(dá)共刺激分子，不引起T細(xì)胞免疫反應(yīng)，不具有免疫原性的特點有關(guān)。

此外，巨噬細(xì)胞也與BMSCs存在著細(xì)胞間的相互作用，并在免疫調(diào)節(jié)方面起著重要的作用。BMSCs在TNF-α等細(xì)胞因子的作用下，通過NF-κB等信號通路，導(dǎo)致促炎因子減少，并且伴有抗炎因子IL-10的增多，對巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)信號通路起著調(diào)控作用[23]。然而，肝臟的免疫系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，盡管現(xiàn)有的研究對BMSCs與巨噬細(xì)胞之間的相互作用略有所了解，但對BMSCs與其他肝臟非間質(zhì)細(xì)胞、過客淋巴細(xì)胞之間的相互作用尚不明確，有關(guān)BMSCs對肝臟損傷性疾病的免疫調(diào)控作用的認(rèn)識也有待深入。

目前，BMSCs對肝臟影響的認(rèn)識主要體現(xiàn)在：①臨床研究顯示BMSCs對某些肝臟損傷性疾病治療有效；②在肝臟損傷性疾病存在的情況下，BMSCs具有肝臟歸巢的作用；③BMSCs具有融合與轉(zhuǎn)化，并向肝細(xì)胞樣細(xì)胞分化的潛能；④BMSCs具有促進(jìn)肝細(xì)胞再生的作用；⑤BMSCs通過促進(jìn)Kupffer細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)化，調(diào)節(jié)肝臟免疫功能。但我們對BMSCs的生物學(xué)特點、融合和轉(zhuǎn)化機(jī)制、對免疫功能的調(diào)節(jié)還沒有完全了解，且在臨床應(yīng)用的起步階段尚存在倫理學(xué)和生物安全性等問題的爭論。因此，對BMSCs與肝臟細(xì)胞之間相互作用的深入研究將有利于BMSCs由基礎(chǔ)向臨床的轉(zhuǎn)化。

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（收稿：2017-05-04）

（本文編輯：陳從新）

Bone m arrow derived m esenchym al stem cells and liver

Sun Wenjing，Liu Kaijun，Wen Liangzhi，et al.Department of Gastroenterology，Institute of Field Surgery，Daping Hospital，Third Military Medical University，Chongqing 400042

Bone marrow derived mesenchymal stem cells；Liver；Cell regeneration；Cell interaction

400042重慶市 第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所消化內(nèi)科

孫文靜，醫(yī)學(xué)博士，主治醫(yī)師。從事慢性肝病防治研究。E-mail：fountaincs@163.com

陳東風(fēng)，E-mail：chendf1981@126.com

10.3969/j.issn.1672-5069.2017.04.004