間充質(zhì)干細(xì)胞在治療癲癇所致炎癥反應(yīng)中的作用研究進(jìn)展

鄔晶新，王宇鑫，張宏云，李洪艷,2，劉晶，鄒偉,2

1.遼寧師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連116081；2.遼寧省生物技術(shù)與分子藥物研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116081；3.大連醫(yī)科大學(xué) 附屬第一臨床醫(yī)院，遼寧 大連116029

癲癇是一種以大腦神經(jīng)元異常放電并反復(fù)發(fā)作為特征的復(fù)雜性神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]，通常會(huì)導(dǎo)致抑郁、幻覺(jué)、記憶障礙等并發(fā)癥[2]，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和身心健康。目前，全球約有6500萬(wàn)癲癇患者，而其中僅有3%的患者能夠通過(guò)手術(shù)緩解病情。盡管臨床上約有20多種抗癲癇藥物可以控制患者發(fā)病，但35%的癲癇患者會(huì)產(chǎn)生抗藥性[3]，不能從根本上抑制癲癇的形成和進(jìn)程。癲癇的病因和發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，但近年來(lái)的研究和臨床數(shù)據(jù)表明，腦內(nèi)發(fā)生的炎癥過(guò)程是癲癇發(fā)生的重要病理機(jī)制之一[4]。

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）來(lái)源于發(fā)育早期的中胚層，是一類(lèi)多能干細(xì)胞。因其具有多向分化潛能、造血支持、組織修復(fù)、免疫調(diào)控等特點(diǎn)而備受關(guān)注[5-6]。大量研究表明，MSCs能夠有效治療多種退行性疾病和炎性疾病，包括克羅恩病、移植物抗宿主病、糖尿病腎病和器官纖維化等。在炎癥環(huán)境中，MSCs可以通過(guò)釋放免疫抑制因子、生長(zhǎng)因子、趨化因子、補(bǔ)體成分和多種代謝產(chǎn)物等發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能[7-9]。

新近發(fā)現(xiàn)，MSCs能夠控制癲癇所致的炎性反應(yīng)，使受損組織和細(xì)胞微環(huán)境達(dá)到穩(wěn)態(tài)，從而抑制癲癇的發(fā)生和發(fā)展。我們簡(jiǎn)要綜述了MSCs在治療癲癇所致炎癥中的作用，旨在為臨床應(yīng)用MSCs防治癲癇提供理論依據(jù)。

1 MSCs通過(guò)炎癥微環(huán)境調(diào)節(jié)免疫

炎癥是啟動(dòng)組織修復(fù)或愈合的原動(dòng)力，是機(jī)體對(duì)損傷因子的最常見(jiàn)的防御性反應(yīng)。炎癥狀態(tài)下，多種炎癥遞質(zhì)釋放激活免疫細(xì)胞，能夠造成持續(xù)性的組織損傷。已經(jīng)證明，MSCs可以通過(guò)炎癥微環(huán)境發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能，不但激活先天性免疫細(xì)胞和適應(yīng)性免疫細(xì)胞的應(yīng)答，還能促進(jìn)組織再生與修復(fù)[10-11]。

Nicola等將人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）與混合的外周血單核細(xì)胞（PBMCs）共培養(yǎng)或者與不同的主要組織相容性復(fù)合物（MHC）共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)MSCs在體外可以強(qiáng)烈抑制T細(xì)胞的激活、增殖以及T細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[12]。Ren等將MSCs移植到患有炎性疾病的人體或動(dòng)物體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)MSCs可通過(guò)分泌趨化因子和NO3在體內(nèi)發(fā)揮其免疫抑制功能[13]。且進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，MSCs抑制T細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)依賴(lài)于微環(huán)境中的激活信號(hào)。當(dāng)用γ干擾素（IFN-γ）與腫瘤壞死因子（TNF）或白細(xì)胞介素-1（IL-1）處理細(xì)胞時(shí)，MSCs可以完全抑制T細(xì)胞雜交瘤和T細(xì)胞的增殖[13]，但在沒(méi)有激活信號(hào)的情況下，MSCs和T細(xì)胞的共培養(yǎng)并不能抑制T細(xì)胞的增殖[14]。值得注意的是，Han等發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素-17（IL-17）的家族成員IL-17A可以介導(dǎo)自身免疫疾病的促炎反應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)IFN-γ和TNF聯(lián)合誘導(dǎo)的MSCs免疫抑制作用，顯著提高M(jìn)SCs在急性肝損傷模型中的治療作用[15]。這些實(shí)驗(yàn)清楚地證明了MSCs通過(guò)微環(huán)境中的炎性細(xì)胞因子調(diào)節(jié)免疫。

2 MSCs通過(guò)趨化因子-iNOS-IDO信號(hào)通路介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)

MSCs與炎癥因子之間的相互作用涉及不同的分子機(jī)制，一類(lèi)是MSCs與免疫細(xì)胞直接作用，另一類(lèi)則是MSCs通過(guò)免疫細(xì)胞與其他類(lèi)型的細(xì)胞相互作用[7]。無(wú)論哪種作用方式，MSCs都可以通過(guò)激活趨化因子-iNOS-IDO信號(hào)通路介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)。通常，MSCs在IFN-γ聯(lián)合TNF或IL-1的刺激下被激活，可誘導(dǎo)多種趨化因子的強(qiáng)烈表達(dá)以及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）或吲哚胺-2，3-雙加氧酶（indole?asmine-2，3-dioxygennase，IDO）的合成。嚙齒類(lèi)MSCs通常通過(guò)iNOS促進(jìn)NO的生成，而哺乳動(dòng)物MSCs則通過(guò)色氨酸代謝酶IDO介導(dǎo)免疫反應(yīng)。

趨化因子-iNOS-IDO信號(hào)通路上游的趨化因子大多數(shù)是CXC趨化因子受體3（CXCR3）和CC趨化因子受體5（CCR5）配體，包括CC趨化因子配體5（CCL5）、CXC趨化因子配體9（CXCL9）、CXCL10和CXCL11。其 中，CXCR3和CCR5配 體可募集T細(xì)胞到MSCs附近積累，促進(jìn)iNOS或IDO的表達(dá)增多，從而抑制T細(xì)胞的增殖[13,16]?？梢?jiàn)，MSCs在炎性細(xì)胞因子存在的條件下具有高度免疫抑制作用。研究證明，在適當(dāng)?shù)臈l件下，1個(gè)MSC可以抑制高達(dá)約100個(gè)T細(xì)胞的增殖，這是一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Treg細(xì)胞參與的免疫反應(yīng)。如果用藥物或遺傳方式阻斷CXCR3或CCR5配體的結(jié)合，就可阻止T細(xì)胞遷移和MSCs誘導(dǎo)的免疫抑制功能，說(shuō)明與趨化因子受體的相互作用是MSCs免疫調(diào)節(jié)的重要方式[13]。

Chen等通過(guò)MSCs-T細(xì)胞共培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，iNOS的缺失或抑制會(huì)減少由MSCs炎癥誘導(dǎo)的免疫抑制活性，還能抵消MSCs治療急性肝損傷和肝纖維化的效果[17]。已知iNOS催化MSCs產(chǎn)生NO，不但可激活JAK-STAT信號(hào)通路從而導(dǎo)致T細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯[18]，直接抑制T細(xì)胞增殖，而且還可以調(diào)節(jié)MAPK和NF-κB信號(hào)分子的活性，干擾巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子[19]。

新近研究表明，能將色氨酸（必需氨基酸）轉(zhuǎn)化為犬尿氨酸的分解代謝酶IDO也可通過(guò)某些特殊機(jī)制影響MSCs的免疫調(diào)節(jié)作用，如通過(guò)影響色氨酸降解產(chǎn)生的分解代謝物調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活性[20]。值得注意的是，由MSCs表達(dá)的IDO還能夠通過(guò)誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化成M2巨噬細(xì)胞來(lái)調(diào)節(jié)先天免疫活性，從而減弱炎癥[21]。

到目前為止，盡管IDO及其分解代謝物促進(jìn)MSCs的免疫抑制作用仍不十分清楚，但上述研究表明趨化因子和iNOS或IDO之間的相互作用對(duì)MSCs的免疫調(diào)節(jié)功能的重要意義不言而喻。

3 MSCs在治療癲癇所致炎癥反應(yīng)中的作用

3.1 癲癇所致的炎癥反應(yīng)

眾所周知，炎癥是癲癇發(fā)生和持續(xù)發(fā)作的一個(gè)重要因素。大量研究發(fā)現(xiàn)，癲癇發(fā)作會(huì)引起起始腦區(qū)和傳播腦區(qū)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加重中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷[22-23]。Vezzani等通過(guò)電刺激或化學(xué)藥物誘導(dǎo)成年大、小鼠癲癇發(fā)作，在癲癇發(fā)作的腦內(nèi)可檢測(cè)到多種炎性介質(zhì)增多[24]。大量數(shù)據(jù)表明，癲癇炎癥反應(yīng)中增加的炎性因子如IL-1、TNF-α和IL-6主要表達(dá)于激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞，同時(shí)這些炎性因子的受體、前列腺素、環(huán)氧合酶2和補(bǔ)體系統(tǒng)組分在這些細(xì)胞上的表達(dá)也會(huì)明顯增多[25]。Prabowo等在癲癇患者腦片中觀察到小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞以及神經(jīng)元上IL-1β及相應(yīng)受體IL-1R的表達(dá)上調(diào)[26]。Cerri等將CCL2抗體注射到脂多糖處理的癲癇大鼠顱內(nèi)，發(fā)現(xiàn)癲癇發(fā)作減輕[27]。此外，有研究表明在慢性癲癇動(dòng)物模型及患者的腦組織中，癲癇可誘導(dǎo)腦部?jī)?nèi)皮細(xì)胞釋放IL-1、補(bǔ)體系統(tǒng)等細(xì)胞因子，從而激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞釋放炎性因子和前列腺素，并促使T淋巴細(xì)胞等炎性細(xì)胞進(jìn)入腦內(nèi)[28]?？梢?jiàn)，炎癥反應(yīng)對(duì)于癲癇的發(fā)生和持續(xù)存在是必要條件之一。

3.2 MSCs在治療癲癇所致炎癥中的作用

早期神經(jīng)學(xué)臨床試驗(yàn)中已經(jīng)檢測(cè)出MSCs具有免疫調(diào)節(jié)作用[29]。近年來(lái)，隨著干細(xì)胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的報(bào)道日益增多，以及MSCs移植對(duì)免疫調(diào)節(jié)失衡導(dǎo)致的炎癥性相關(guān)疾病的治療表現(xiàn)出良好的效果，使人們更加重視MSCs在對(duì)抗神經(jīng)系統(tǒng)炎癥中的免疫調(diào)節(jié)作用[30-32]。不論在臨床中還是動(dòng)物模型理論基礎(chǔ)研究中均有相關(guān)實(shí)例證明，MSCs通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥失衡來(lái)治療癲癇。

Li等利用腦卒中大鼠模型觀察MSCs的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)MSCs不僅可以促進(jìn)腦血管生成，還能抑制卒中導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞凋亡[33]。Kim等觀察到MSCs可以通過(guò)誘導(dǎo)腦神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子基因的表達(dá)和分泌，抑制凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)減輕創(chuàng)傷性腦損傷[34]。還有人將BMSCs移植到致癇小鼠海馬中，發(fā)現(xiàn)炎性細(xì)胞因子（TNF-α和IL-1β）和凋亡標(biāo)志物caspase-3的表達(dá)下調(diào)[35-36]。Huang等發(fā)現(xiàn)，HUMSCs移植的匹羅卡品誘導(dǎo)的癲癇動(dòng)物腦內(nèi)抗炎性細(xì)胞因子，如MIP-3b、雙調(diào)蛋白、GITR、FGF-6和骨保護(hù)素等明顯增加，可以延緩癲癇發(fā)作的頻率和持續(xù)時(shí)間，同時(shí)降低腦水腫、減輕錐體細(xì)胞和GABA能神經(jīng)元損傷[37]。新近，Salem等的研究表明，以雄性Sprague-Dawley大鼠建立匹羅卡品癲癇模型，采用靜脈注射（IV）或雙側(cè)海馬注射（IC）BM-MSCs治療癲癇，通過(guò)IC途徑治療可計(jì)數(shù)出神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量增多，并且海馬中活化的caspase-3免疫反應(yīng)性升高[38]。

綜上不難發(fā)現(xiàn)，MSCs能夠通過(guò)多種方式抑制炎性因子的水平，調(diào)節(jié)癲癇所致的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而抑制癲癇的發(fā)生和發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

癲癇是一種難以治愈的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜。大量研究均已證明癲癇的發(fā)生與炎癥密切相關(guān)。MSCs在許多疾病的治療中表現(xiàn)出它的優(yōu)越性，特別是在炎癥性相關(guān)疾病的治療中效果良好。已有研究表明，MSCs可通過(guò)多種機(jī)制調(diào)節(jié)癲癇所致的炎癥反應(yīng)而用于治療癲癇，但仍缺乏大量的臨床研究數(shù)據(jù)。因此，深入探討MSCs在治療癲癇所致炎癥反應(yīng)中的作用，可為臨床提供治療思路。