間充質(zhì)干細(xì)胞臨床應(yīng)用研究進(jìn)展*

孫園園，李敏霞,2，邱 冬，張 慧，孫 韜△

(1.河南醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校臨檢教研室； 2.河南省第二人民醫(yī)院檢驗(yàn)科， 鄭州 451191)

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一種成體干細(xì)胞，具有高度的自我更新、多向分化潛能、來(lái)源豐富等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此得到組織工程和再生醫(yī)學(xué)的高度重視與青睞，是目前再生醫(yī)學(xué)中常用的細(xì)胞。本文對(duì)MSCs的臨床試驗(yàn)進(jìn)行了綜述，并對(duì)這些細(xì)胞的使用作出評(píng)價(jià)，從而對(duì)MSCs的進(jìn)一步研究提供指導(dǎo)。

1 什么是MSCs

MSCs是來(lái)源于骨髓、外周血、臍帶血、胎盤(pán)等組織的一類具有高度自我更新和多向分化潛能的成體干細(xì)胞。在不同的誘導(dǎo)條件下,可分化為多種組織細(xì)胞，并具有造血支持、免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)等作用。它可分泌多種細(xì)胞因子及生長(zhǎng)因子，促進(jìn)造血干細(xì)胞的增殖與分化。MSCs還具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎和組織修復(fù)作用，可減輕移植物抗宿主病及其他移植相關(guān)并發(fā)癥。

早在1976 年，F(xiàn)RIEDENSTEIN等[1]在骨髓中發(fā)現(xiàn)了一種可貼壁并呈克隆性生長(zhǎng)的長(zhǎng)梭形成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞，這些細(xì)胞被命名為“成纖維細(xì)胞樣集落形成單位”。隨后，CAPLAN[2]發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)大的自我更新和多項(xiàng)分化潛能，并將其定義為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。

在這些里程碑性研究之后，更多的科學(xué)家投入到相關(guān)研究中。但是，由于實(shí)驗(yàn)室分離和培養(yǎng)方法的不同限制了MSCs進(jìn)一步的研究發(fā)展和應(yīng)用，于是2006年國(guó)際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)建立了識(shí)別MSCs種群的標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)MSCs進(jìn)行了定義[3]。這是鑒定為MSCs的最低標(biāo)準(zhǔn)，所以它對(duì)MSCs并不是特異性的，它不支持同質(zhì)MSCs群體的純化。

MSCs除了常見(jiàn)的從骨髓、臍帶、臍血、胎盤(pán)中獲得外，還可以從大量其他組織中提取出來(lái)。但不同組織來(lái)源的MSCs具有某些差異性，主要體現(xiàn)在MSCs的增殖速度、分化潛能、分泌的細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和免疫調(diào)節(jié)能力[4-5]?，F(xiàn)階段，大多數(shù)臨床試驗(yàn)發(fā)生在早期階段，說(shuō)明MSCs治療效果有待研究。此外，基于MSCs治療的長(zhǎng)期安全性需要進(jìn)一步確定，這仍然是將MSCs轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐的主要限制。

2 MSCs的臨床應(yīng)用

2.1 在骨組織工程方面 SONG等[6]發(fā)現(xiàn)將異體人臍血來(lái)源MSCs和透明質(zhì)酸混合并植入人為形成的孔或關(guān)節(jié)缺損部位，可以改善膝關(guān)節(jié)炎的預(yù)后。RONG等[7]將成骨細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞按3∶1混合入誘導(dǎo)培養(yǎng)基中，人臍血間充質(zhì)干細(xì)胞(human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUC-MSCs)具有更多的礦化結(jié)節(jié)。SONG等[8]報(bào)道2例外翻畸形伴外側(cè)骨關(guān)節(jié)炎患者使用hUC-MSCs和關(guān)節(jié)保留手術(shù)如股骨遠(yuǎn)端截骨術(shù)治療效果明顯改善。但有研究[9]比較了來(lái)自骨髓(bone marrow，BM)和臍帶血的馬BM-MSCs在未分化狀態(tài)下的成軟骨潛能，用以選擇最適合治療骨關(guān)節(jié)炎的MSCs,結(jié)果顯示在不考慮氧條件下BM-MSCs效果更佳。

2.2 在心血管疾病方面 人臍帶MSCs外泌體是治療心肌梗死的一種有前途的新選擇。張雨晴等[10]研究表明，MSCs的條件培養(yǎng)基具有修復(fù)心肌缺血-再灌注損傷的能力，MSCs釋放的外泌體是主要的再生因子。外泌體是細(xì)胞來(lái)源的囊泡，負(fù)責(zé)運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)、脂質(zhì)、DNA和RNA，參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫反應(yīng)、抗原呈遞，并在其他細(xì)胞過(guò)程中愈合，這表明其在生物活性治療中的潛力。事實(shí)上，hUC-MSCs衍生的外泌體已被證明具有保護(hù)心臟作用[11]。從干細(xì)胞釋放的外泌體已被證明可以改善缺血損傷，并防止心肌的不良重構(gòu)。侯婧瑛等[12]發(fā)現(xiàn)hUC-MSCs來(lái)源的外泌體可促進(jìn)血管生成。NI等[13]證實(shí)，修飾的hUC-MSCs外泌體通過(guò)抑制心肌細(xì)胞凋亡,促進(jìn)血管生成和細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)。

2.3 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面 在神經(jīng)退行性疾病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變中，干細(xì)胞可以替代一些非功能性細(xì)胞。最近研究[14-15]表明，在體內(nèi)和體外多種方法都證實(shí)了MSCs可成功、穩(wěn)定的向神經(jīng)細(xì)胞分化。

MSCs植入受傷區(qū)域部位后主要通過(guò)發(fā)揮以下作用來(lái)改善神經(jīng)系統(tǒng)的損傷:分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)生和星形膠質(zhì)細(xì)胞激活，抗凋亡和抗炎作用，免疫調(diào)節(jié)、減少氧化應(yīng)激等，同時(shí)分泌的外泌體含有廣泛的生物活性。雖然MSCs移植后治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的長(zhǎng)期安全性尚不清楚，但大量的動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)顯示神經(jīng)系統(tǒng)功能得到了改善。

2.4 在肺臟疾病方面 人臍血來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的去甲腎上腺素通過(guò)CD44誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化，修復(fù)高氧肺損傷[16]。YAN等[17]發(fā)現(xiàn)，胎盤(pán)MSCs通過(guò)調(diào)節(jié)Nrf2-Keap1-ARE信號(hào)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，在一定程度上保護(hù)了H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞氧化損傷。MSCs氣管內(nèi)移植通過(guò)下調(diào)而間接抑制新生小鼠甲酰基肽受體1，減輕高氧誘導(dǎo)的肺損傷[18]。MORONCINI[19]研究了人臍血間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞在體內(nèi)的抗纖維化活性，結(jié)果表明hUC-MSCs在小鼠模型中具有很強(qiáng)的體內(nèi)抗纖維化活性，可用于肺纖維化等多種不同病因?qū)е碌姆伍g質(zhì)性疾病。

目前，MSCs 治療肺部疾病治療的機(jī)制尚未完全明確，且由于各種肺部疾病的復(fù)雜性與頑固性，MSCs 對(duì)不同肺部疾病的作用機(jī)制可能存在差異。因此，需要更多、更全面的臨床試驗(yàn)評(píng)估MSCs的療效及長(zhǎng)期安全性?？傊?，雖然 MSCs 已經(jīng)受到了研究者的關(guān)注，但有待解決的問(wèn)題仍很多，其對(duì)肺部疾病治療的研究仍有廣闊的前景。

2.5 在腫瘤方面 由于腫瘤的復(fù)雜性和異質(zhì)性，MSCs對(duì)腫瘤的作用是不一致的。研究[20]表明,MSCs在腫瘤部位生長(zhǎng)擴(kuò)增,分化成與腫瘤相關(guān)的成纖維細(xì)胞，進(jìn)一步增長(zhǎng)形成支持腫瘤生長(zhǎng)的微環(huán)境，并可分泌多種正向調(diào)節(jié)的生長(zhǎng)因子。然而，除了促進(jìn)腫瘤進(jìn)展外，MSCs還可以通過(guò)不同的條件和因素，如toll樣受體啟動(dòng)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)發(fā)揮抑制作用[21]。

總之，基于細(xì)胞的療法有望提供新的抗癌療法。因此，關(guān)于MSCs在腫瘤形成和發(fā)展中的作用存在著相互矛盾的報(bào)道。這可能與不同組間MSCs的抗癌活性差異及其激活狀態(tài)有關(guān)[22]。同時(shí)， MSCs對(duì)腫瘤具有趨向性，可作為抗腫瘤藥物載體治療腫瘤性疾病，可以成為靶向抗腫瘤治療的理想載體。有研究[23-24]表明，乳腺癌和肝癌對(duì)MSCs都具有定向吸引作用。但MSCs對(duì)創(chuàng)傷和腫瘤微環(huán)境定向吸引的機(jī)制和因素仍不完全清楚。到目前為止，有研究[25-27]均證實(shí)了MSCs經(jīng)治療基因修飾或加入化療藥物后具有抗癌潛能。因此，利用MSCs將治療劑輸送到腫瘤部位的方法是有前途的，還可以使用MSCs傳遞溶瘤病毒[28]，或使用MSCs傳遞藥物，因?yàn)槠淇梢赃x擇性地遷移到腫瘤部位，并在局部發(fā)揮治療作用，因此能顯著增加腫瘤內(nèi)藥物的濃度，降低其全身毒性。

細(xì)胞釋放的胞外囊泡(微囊泡和外泌體)在細(xì)胞間通訊中起重要作用[29]。腫瘤浸潤(rùn)后，MSCs可通過(guò)釋放外泌體在體內(nèi)促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[30]。而MSCs衍生的微囊泡可促進(jìn)多種類型腫瘤的進(jìn)展[31],也能增加腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的耐藥性[32]。然而，也有相互矛盾的結(jié)果，如FATTORE等[33]報(bào)道從骨髓和臍帶血來(lái)源的MSCs中分離出的微囊泡可抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的分裂和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。如前所述，這些差異可能是由產(chǎn)生微囊泡的親代MSCs的激活狀態(tài)來(lái)解釋的。

然而，由于已知的天然MSCs不僅具有抗癌作用，而且還具有促癌作用，因此需要進(jìn)一步的研究來(lái)提高這種方法的安全性。利用MSCs作為治療載體的各種治療方法的安全性和有效性有待進(jìn)一步研究。

2.6 在糖尿病方面 臍血來(lái)源MSCs可抑制刺激淋巴細(xì)胞的功能和傳授胰島素生產(chǎn)細(xì)胞分化潛力設(shè)定的低免疫原性,從而提供一種很有前途的和安全的1型糖尿病療法[34]。微囊化人臍帶Wharton膠MSCs移植至自發(fā)性糖尿病非肥胖糖尿病小鼠體內(nèi)，只有輕度糖尿病患者在異種移植后216 d內(nèi)高血糖完全和持續(xù)緩解[35]。

SUN等[36]研究發(fā)現(xiàn)，hUC-MSCs輸注可通過(guò)降低炎癥活性，改善胰島素靶組織的胰島素敏感性減弱胰島素抵抗，從而顯著改善胰島素抵抗2型糖尿病大鼠高血糖情況。

3 存在的問(wèn)題與展望

MSCs由于其強(qiáng)大自我更新和多項(xiàng)分化能力一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就成為科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)，其為疾病的治療提供了一個(gè)新的思路與途徑，在細(xì)胞替代治療、基因治療以及組織工程學(xué)中均具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。但現(xiàn)階段的研究中還存在大量問(wèn)題，如：培養(yǎng)模式的優(yōu)化、分離方法的選擇、鑒別標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步確定，如何保證其體內(nèi)與體外的一致性，以及臨床應(yīng)用的安全性都需要進(jìn)一步研究。

具體來(lái)講，目前對(duì) MSCs 的培養(yǎng)方法主要在體外，但體外培養(yǎng)還不能完全再現(xiàn)體內(nèi)對(duì)干細(xì)胞遷移和定位的影響。不同組織來(lái)源的MSCs其體外培養(yǎng)特性也有很大不同，是什么決定了這些細(xì)胞的培養(yǎng)特異性和分化特異性，同時(shí)細(xì)胞培養(yǎng)模式對(duì)動(dòng)物血清的依賴是否會(huì)對(duì)干細(xì)胞的成長(zhǎng)產(chǎn)生不可避免的影響，誘導(dǎo)MSCs 的條件的普遍標(biāo)準(zhǔn)是什么，如何穩(wěn)定控制細(xì)胞分化，充分純化細(xì)胞，并減少成瘤性的產(chǎn)生，還有許多問(wèn)題需要去解決。

雖然MSCs應(yīng)用于臨床還有很大的距離，但MSCs依然為再生醫(yī)學(xué)帶來(lái)巨大的希望。從根本上逐步解答這些問(wèn)題將是進(jìn)一步研究MSCs的一個(gè)方向和將MSCs分化應(yīng)用于臨床不可避開(kāi)的關(guān)鍵步驟。與此同時(shí)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體具有類似甚至更強(qiáng)于MSCs的強(qiáng)大修復(fù)功能[37]，對(duì)它的認(rèn)識(shí)在逐漸加深。