間充質(zhì)干細(xì)胞治療多發(fā)性硬化的機(jī)制

王亦舒，管陽太

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 200127

多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎性脫髓鞘性疾病。目前，臨床上主要采用激素聯(lián)合免疫抑制劑和干擾素β治療MS，但這種治療方法只能部分改善患者的臨床癥狀及延緩其疾病進(jìn)展，而無法逆轉(zhuǎn)炎癥對(duì)神經(jīng)軸索和神經(jīng)元的損傷[1]。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，起源于發(fā)育早期中胚層的間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）是一種多能干細(xì)胞[2]。MSC 存在于人體骨髓、胎盤和臍帶等組織中，在特定的微環(huán)境下可以分化成神經(jīng)細(xì)胞，從而發(fā)揮神經(jīng)修復(fù)功能[3]。此外，MSC 分泌多種免疫相關(guān)細(xì)胞因子，可以發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。尤其是MSC 可以通過抑制自身免疫性T 細(xì)胞的增殖和分化成熟，對(duì)自身的免疫病理過程發(fā)揮顯著的調(diào)節(jié)作用[4]。

本文對(duì)MSC 治療MS 的主要機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 MS 的發(fā)病機(jī)制與實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）模型

MS 是發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性炎性脫髓鞘性疾病，其主要的病理改變?yōu)闀r(shí)間及空間多發(fā)性的脫髓鞘和軸索損害[5]，影像學(xué)常表現(xiàn)為新鮮及陳舊并存的多部位硬化病灶，即硬化斑[2]。MS的臨床癥狀包括感覺異常、四肢運(yùn)動(dòng)功能障礙、視覺損害、共濟(jì)失調(diào)和精神癥狀等[6]。

醫(yī)學(xué)界對(duì)MS 的發(fā)病機(jī)制尚無定論。主流觀點(diǎn)認(rèn)為，MS 的發(fā)病誘因?yàn)榍膀?qū)病毒感染，繼而引發(fā)多種免疫細(xì)胞功能紊亂，隨之介導(dǎo)自身免疫反應(yīng)，主要的參與細(xì)胞包括T 淋巴細(xì)胞（CD4＋T 細(xì)胞如輔助性T 細(xì)胞1、輔助性T 細(xì)胞17 和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞，以及CT8＋T 細(xì)胞）和B 淋巴細(xì)胞，其他的免疫細(xì)胞如自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞和巨噬細(xì)胞也被認(rèn)為與MS 的發(fā)病相關(guān)[6-8]。這些免疫細(xì)胞通過受損的血腦屏障進(jìn)入腦組織，針對(duì)髓鞘堿性蛋白產(chǎn)生自身免疫反應(yīng)；T 細(xì)胞分泌大量炎性細(xì)胞因子和趨化因子，招募炎癥細(xì)胞，引發(fā)炎性破壞；B 細(xì)胞產(chǎn)生針對(duì)髓鞘堿性蛋白的自身抗體，通過抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）引起髓鞘損害和軸索損傷。髓鞘損傷和髓鞘脫失是這類自身免疫反應(yīng)的主要后果，是MS的主要病理損害表現(xiàn)[7,9]。

隨著MS 研究的不斷深入，少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞等神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞也被發(fā)現(xiàn)具有驅(qū)動(dòng)疾病發(fā)生和發(fā)展的作用。少突膠質(zhì)細(xì)胞異?？梢鹆馨图?xì)胞的激活，介導(dǎo)MS 的發(fā)生；小膠質(zhì)細(xì)胞作為單核-巨噬細(xì)胞的同源細(xì)胞，可分泌大量細(xì)胞因子介導(dǎo)炎性反應(yīng)[10-11]。因此，MS 的發(fā)病機(jī)制涉及2 個(gè)主要方面：一是自身的免疫炎癥引起炎性損害，二是隨之引發(fā)的神經(jīng)髓鞘損傷導(dǎo)致神經(jīng)功能缺失?？傮w而言，MS 的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，其致病細(xì)胞種類繁多，但這些致病細(xì)胞均是通過介導(dǎo)自身免疫反應(yīng)而引發(fā)炎性損害以及髓鞘和軸索損傷，因此目前有關(guān)MS 治療的研究大多關(guān)注于抑制或調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)以及促進(jìn)髓鞘修復(fù)這2 個(gè)方面。

EAE 模型是一種模擬人體MS 發(fā)病過程的哺乳動(dòng)物模型，這種模型通常利用小鼠或大鼠作為載體。該實(shí)驗(yàn)是將可以引發(fā)MS 的自身抗原，如蛋白脂類蛋白（proteolipid protein，PLP）、髓鞘堿性蛋白（myelin basic protein，MBP）和髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞蛋白（myelin oligodendrocyte protein，MOG）35-55 肽段等，與佐劑進(jìn)行乳化得到乳劑，對(duì)受體動(dòng)物進(jìn)行乳劑皮內(nèi)注射，通過誘發(fā)動(dòng)物體內(nèi)針對(duì)特異性抗原的自身免疫反應(yīng)，引發(fā)由尾部至后肢再至前肢的逐漸進(jìn)展或緩解后復(fù)發(fā)的肢體癱瘓，模擬MS 發(fā)病過程。目前，EAE 模型已經(jīng)成為MS 的經(jīng)典模型，在MS 的發(fā)病機(jī)制和治療研究中發(fā)揮著不可替代的作用[12]。

2 MSC 概述

MSC 概念的出現(xiàn)最早可追溯至1968 年，研究人員最初從骨髓中分離出MSC[2]。這類細(xì)胞來源于中胚層，為多能干細(xì)胞，可分化為其他中胚層來源的細(xì)胞，如脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和骨細(xì)胞等，并且可以從骨髓、脂肪組織、羊水、臍帶、胎盤、牙髓和外周血中獲取[13-14]。實(shí)驗(yàn)室中使用的MSC 的最常見來源為骨髓。與其他多能干細(xì)胞相比，MSC 具有獨(dú)特且廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用，因此深受研究者的青睞而被應(yīng)用于各類免疫疾病的治療研究[15]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，MSC 還可以分化為非中胚層來源的細(xì)胞，如骨骼肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞[16]，這一發(fā)現(xiàn)有望使受損神經(jīng)細(xì)胞的修復(fù)成為可能。

3 MSC 治療MS 的機(jī)制

3.1 MSC 的免疫抑制功能

已有研究發(fā)現(xiàn)，以MSC 移植為基礎(chǔ)的細(xì)胞治療對(duì)于EAE 模型有良好的治療作用，這種療效一部分是由MSC 的免疫抑制功能所產(chǎn)生的。MSC 可以通過細(xì)胞間的直接作用即細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸，以及旁分泌的方式，發(fā)揮免疫抑制作用（圖1）。

3.1.1 細(xì)胞間的直接作用

細(xì)胞間的直接作用主要體現(xiàn)在對(duì)多種免疫細(xì)胞活動(dòng)的影響。MSC 可作用于CD4＋T 細(xì)胞，抑制輔助性T 細(xì)胞1 的增殖，促進(jìn)具有抗炎作用的調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的產(chǎn)生[17]，并且抑制干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）介導(dǎo)的輔助性T 細(xì)胞17的分化[18]，導(dǎo)致CD4＋T 細(xì)胞對(duì)B 細(xì)胞增殖分化的輔助作用發(fā)生紊亂，進(jìn)而干擾B 細(xì)胞增殖，并使B 細(xì)胞難以分化成具有分泌免疫球蛋白功能的漿細(xì)胞。此外，MSC 還可以抑制CD8＋T 細(xì)胞的細(xì)胞毒作用，減少T 細(xì)胞對(duì)神經(jīng)髓鞘的直接損傷作用[17]，并能抑制記憶T 細(xì)胞的增殖和成熟[19]。MSC 還能直接抑制自身反應(yīng)性B 細(xì)胞的增殖和自身抗體的產(chǎn)生，限制NK細(xì)胞和自然殺傷T（natural killer T，NKT）細(xì)胞的功能，抑制樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）的分化和抗原提呈以及巨噬細(xì)胞的聚集[20-21]。

3.1.2 旁分泌

MSC 可以分泌多種抑制炎癥的細(xì)胞因子，發(fā)揮免疫抑制作用。其中，吲哚胺2，3-二氧化酶（indoleamine-2，3-dioxygenase，IDO）和一氧化氮（nitric oxide，NO）的作用尤為重要。IDO 可以消耗周圍環(huán)境中的色氨酸，而色氨酸對(duì)于T 淋巴細(xì)胞的增殖具有重要作用；同時(shí)，IDO 作用于由IFN-γ 介導(dǎo)的輔助性T 細(xì)胞1 分化的中間環(huán)節(jié)，使原始CD4＋T 細(xì)胞無法向輔助性T 細(xì)胞1 分化。此外，IDO 與前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）協(xié)同作用可以抑制NK 細(xì)胞的活性[22-24]。此外，IFN-γ 可以刺激MSC 產(chǎn)生NO，NO 可以抑制T 細(xì)胞的活化[25]。

3.2 MSC 的免疫調(diào)節(jié)功能

MSC 的免疫調(diào)節(jié)功能見圖2。許多研究表明，MS 的發(fā)病與體內(nèi)輔助性T 細(xì)胞17 和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的平衡被打破有關(guān)。正常人體內(nèi)，介導(dǎo)免疫耐受的調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞與參與自身免疫的輔助性T 細(xì)胞17 處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；而MS 患者體內(nèi)這一平衡被打破，輔助性T 細(xì)胞17 與調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的比值顯著高于正常人群，導(dǎo)致自身免疫對(duì)機(jī)體的破壞[26]。MSC 可以促進(jìn)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的增殖，恢復(fù)輔助性T 細(xì)胞17 與調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的正常比值[27-29]。另有研究發(fā)現(xiàn)，MSC 移植后，EAE 模型動(dòng)物體內(nèi)自身反應(yīng)性輔助性T 細(xì)胞1 和輔助性T細(xì)胞17 的占比均下降，而調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的占比明顯上升，說明MSC 移植有助于降低致炎性細(xì)胞的水平，同時(shí)提高抑炎性細(xì)胞的水平，從而使疾病狀態(tài)下的免疫細(xì)胞紊亂恢復(fù)正常[30]。

此外，MSC 還可以作用于DC。DC 作為主要的抗原呈遞細(xì)胞，可將存在于髓鞘的自身抗原呈遞給T 細(xì)胞，引發(fā)髓鞘的破壞。MSC 可以抑制DC 的成熟和功能，從而減少其對(duì)自身抗原的呈遞[31-32]。

3.3 MSC 的神經(jīng)保護(hù)和修復(fù)功能

圖1 MSC 的免疫抑制功能

圖2 MSC 的免疫調(diào)節(jié)功能

MSC 具有在特定環(huán)境下分化為神經(jīng)細(xì)胞的功能，這對(duì)于受損神經(jīng)修復(fù)的研究具有重要意義。已有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鼠尾靜脈注射MSC 后，可在鼠腦內(nèi)各部位檢測(cè)到MSC 的分布，同時(shí)可在其表面發(fā)現(xiàn)類似于小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞的特征分子[33]，說明MSC 可透過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)，并在此分化為神經(jīng)細(xì)胞。有研究認(rèn)為，MSC 能否通過血腦屏障，取決于血腦屏障有無損傷，在無血腦屏障損傷的靈長類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中，MSC 不能通過血腦屏障[34]。

除了分化為神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)受損神經(jīng)外，MSC還可通過旁分泌細(xì)胞因子，如轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）和 趨 化因子CX3CL1 等，抑制異常的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化和增生[30,35]，并能調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的極化[36]，形成有利于神經(jīng)修復(fù)的微環(huán)境，促進(jìn)內(nèi)源性軸索的生成以及加速髓鞘修復(fù)的進(jìn)程，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)的作用[37-38]。

4 MSC 移植的潛在弊端

MSC 基本不表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）Ⅱ類分子及共刺激分子如CD40 和CD80 等，因其注射入動(dòng)物體內(nèi)后不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)，所以長期以來被視為理想的移植物。然而，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，MSC 可在炎癥環(huán)境下經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生MHC Ⅱ類分子，這意味著MSC 移植仍然存在誘發(fā)免疫排斥反應(yīng)的可能性，值得研究人員深入探索[39]。此外，部分動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，MSC 移植不僅無法改善EAE模型動(dòng)物的癥狀，還會(huì)加劇癥狀，導(dǎo)致疾病惡化，這可能與MSC 在體內(nèi)促進(jìn)CD8＋T 細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素2，進(jìn)而促進(jìn)IFN-γ 的產(chǎn)生有關(guān)[40-41]。由此提示，MSC 移植作為潛在的MS 治療手段，其安全性和有效性仍需通過大量實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。

5 總結(jié)

近年來，MSC 作為潛在的治療MS 的新手段，已獲得了廣泛的關(guān)注。大量研究證實(shí)，MSC 借助其免疫抑制、免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護(hù)及修復(fù)功能，在MS 治療中可取得較好的療效。然而，目前醫(yī)學(xué)界對(duì)于MSC 的應(yīng)用時(shí)相、劑量和周期均缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，從而限制了MSC 的臨床應(yīng)用，并且對(duì)于MSC 應(yīng)用的安全性仍需作進(jìn)一步的驗(yàn)證。為此，今后有必要進(jìn)一步開展相關(guān)的大樣本、多中心的隨機(jī)對(duì)照臨床研究。

總之，MSC 有望在MS 的治療中獲得廣泛的應(yīng)用。