間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)用研究進(jìn)展

劉淑艷，劉蓮娜，楊亦青

(河北北方學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院，河北 張家口 075000)

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)在20世紀(jì)70年代由Friedenstein等[1]等首次發(fā)現(xiàn)，是目前倍受關(guān)注的一類具有多向分化潛能的干細(xì)胞。MSCs來源于中胚層，具有高度自我更新和多向分化的潛能,在體外通過不同的誘導(dǎo)方法可以使其定向分化為不同的間質(zhì)系細(xì)胞，同時(shí)MSCs還具有低免疫原性的特征，且相對(duì)易于分離培養(yǎng)、擴(kuò)增，因此在細(xì)胞治療中備受青睞，也成為了近年來基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用中的熱點(diǎn)，為多種疾病的治療帶來了希望。

1 MSCs在自身免疫性疾病治療中的應(yīng)用與研究

自身免疫性疾病是指機(jī)體對(duì)自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自身組織損害所引起的疾病，包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)、移植物抗宿主病(graft versus host disease，GVHD)、白塞病(Behcet's disease，BD)等。MSCs通過改善患者的缺血再灌注損傷、預(yù)防異基因移植排斥反應(yīng)、誘導(dǎo)機(jī)體免疫耐受等方式抑制機(jī)體內(nèi)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，目前已廣泛用于多種自身免疫性疾病的治療。MSCs移植用于BD治療的病例于2018年首次報(bào)道，拓寬了BD的治療思路[2]。

SLE是一種多發(fā)于青年女性的累及多臟器的自身免疫性炎癥性結(jié)締組織病。Sun等[3]研究證實(shí)SLE患者骨髓MSCs的增殖、分化能力下降，細(xì)胞因子分泌和免疫調(diào)節(jié)功能亦受損，而細(xì)胞衰老和凋亡則增強(qiáng)。Wang等[4]對(duì)重癥、難治且耐藥的SLE患者異體間充質(zhì)干細(xì)胞移植后的5年長(zhǎng)期隨訪發(fā)現(xiàn)，這種移植是安全且有效的，患者移植后可達(dá)到長(zhǎng)期緩解臨床癥狀的目的。

RA是一種病因未明的慢性、以炎性滑膜炎為主的系統(tǒng)性疾病。其特征是手、足小關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)、對(duì)稱性、侵襲性關(guān)節(jié)炎癥，經(jīng)常伴有關(guān)節(jié)外器官受累及血清類風(fēng)濕因子陽性，可導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形及功能喪失。MSCs在特定條件下可分化成軟骨，同時(shí)可通過抑制破骨細(xì)胞分化阻止骨損傷進(jìn)展。Liu等[5]發(fā)現(xiàn)MSCs可控制炎癥，其機(jī)制可能為上調(diào)外周血CD4+Foxp3+Treg和正常成纖維細(xì)胞樣滑膜細(xì)胞、脾細(xì)胞增殖反應(yīng)和細(xì)胞因子分泌。Nam等[6]對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎小鼠CAIA模型進(jìn)行MSCs腹腔注射，可明顯改善CAIA小鼠滑膜炎的臨床和組織學(xué)嚴(yán)重程度。由此可見，無論是進(jìn)行外源性的MSCT還是應(yīng)用內(nèi)源性的MSCs用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療，最根本的是通過實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)腔的穩(wěn)態(tài)達(dá)到控制炎癥的目的。

GVHD是由于移植后異體供者移植物中的T淋巴細(xì)胞，經(jīng)受者發(fā)動(dòng)的一系列“細(xì)胞因子風(fēng)暴”刺激，大大增強(qiáng)了其對(duì)受者抗原的免疫反應(yīng)所致，以受者靶細(xì)胞為目標(biāo)發(fā)動(dòng)細(xì)胞毒攻擊，其中皮膚、肝及腸道是主要的靶目標(biāo)。MSCs可從多種組織中分離得到，通過產(chǎn)生幾種細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，且能夠逃避同種異體免疫識(shí)別，基于此MSCs可用于GVHD的治療。MSCs在GVHD中主要作用于T細(xì)胞，通過抑制T細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞凋亡從而起到抗排斥作用。但MSCs不易遷移到合適位點(diǎn)，是治療的一大障礙，細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)可誘導(dǎo)機(jī)體中免疫細(xì)胞的歸巢，Tang等[7]在體外采用ICAM-1過表達(dá)并與MSCs共培養(yǎng)，抑制DCs的成熟和CD4+T細(xì)胞向Th1細(xì)胞的分化，提高了Treg細(xì)胞比例，進(jìn)而對(duì)急性期移植器官產(chǎn)生保護(hù)作用。

2 MSCs在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用與研究

神經(jīng)系統(tǒng)疾病是指發(fā)生于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)、植物神經(jīng)系統(tǒng)的以感覺、運(yùn)動(dòng)、意識(shí)、植物神經(jīng)功能障礙為主要表現(xiàn)的疾病，包括腦血管疾病、神經(jīng)變性疾病、神經(jīng)損傷性疾病等。神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病的主要原因?yàn)樯窠?jīng)元的損害和(或)死亡[8-12]，因此及時(shí)有效補(bǔ)充神經(jīng)細(xì)胞對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的防治均有重要作用，而MSCs在一定誘導(dǎo)條件下可分化成神經(jīng)細(xì)胞，補(bǔ)充受損的神經(jīng)細(xì)胞，從而達(dá)到治療的目的[13-14]。

腦血管疾病在人類致死性疾病中位居第二，因缺乏有效治療手段，嚴(yán)重影響患者健康和生存質(zhì)量。但近年來隨著干細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展，Dong等[15]研究發(fā)現(xiàn)，存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)干細(xì)胞在特定條件下可分化成為神經(jīng)組織細(xì)胞，并且可以激活、遷移甚至歸巢至神經(jīng)損傷區(qū)域，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)再生。將MSCs移植到腦缺血或出血?jiǎng)游锬Ｐ椭?，研究顯示動(dòng)物神經(jīng)功能有所改善，在一定程度上說明MSCs的植入有利于腦血管疾病神經(jīng)損傷的修復(fù)[15-16]。向SD大鼠模型的腦組織缺血區(qū)或腦出血區(qū)植入臍帶MSCs，在植入的腦組織缺血區(qū)或腦出血周圍區(qū)，都觀察到血管密度顯著升高，提示MSCs不僅可以在腦內(nèi)存活，還可以促進(jìn)血管新生，這可能是MSCs能夠用于治療腦血管疾病的機(jī)制之一[17-18]。

神經(jīng)變性疾病是一類以神經(jīng)細(xì)胞變性或凋亡為特征的疾病，包括帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化癥等[19]。干細(xì)胞為神經(jīng)變性疾病的治療提供了一個(gè)新方向。Urbich等[20]利用運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元缺失的大鼠模型進(jìn)行脊髓內(nèi)移植實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)植入的神經(jīng)干細(xì)胞可分化成為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，并且可以發(fā)揮支配骨骼肌運(yùn)動(dòng)的功能，結(jié)果顯示移植后各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均有明顯改善。MSCs具有多向分化的潛能，一定條件下可分化為神經(jīng)干細(xì)胞，并且來源廣泛，具有低免疫原性、分離培養(yǎng)擴(kuò)增手段相對(duì)成熟等特點(diǎn)，因此是目前治療此類神經(jīng)變性疾病的首選方法之一[21-22]。

神經(jīng)損傷性疾病一般包括脊髓損傷、顱腦創(chuàng)傷等，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)這類疾病進(jìn)行干細(xì)胞治療后，患者不僅運(yùn)動(dòng)感覺功能有相當(dāng)程度的改善，直立性低血壓等癥狀亦得到一定程度的緩解，而這些治療效果是傳統(tǒng)的手術(shù)與神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合的治療方法所不能實(shí)現(xiàn)的，細(xì)胞治療也體現(xiàn)了其在此類疾病治療中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[23-24]。MSCs移植治療神經(jīng)損傷性疾病的機(jī)制可能包括移植后通過旁分泌或自分泌分泌多種神經(jīng)生長(zhǎng)因子促進(jìn)軸突和髓鞘再生，抑制神經(jīng)的脫髓鞘反應(yīng)，促進(jìn)損傷的神經(jīng)細(xì)胞恢復(fù)，重建神經(jīng)環(huán)路等[21-22]。

3 MSCs在心血管疾病治療中的應(yīng)用與研究

心血管疾病是一系列涉及循環(huán)系統(tǒng)的疾病，一般都與動(dòng)脈硬化有關(guān)。近年來心血管疾病發(fā)病率逐年升高，已成為嚴(yán)重危害人類健康的重大問題。冠心病、肺心病等多種心血管疾病因微環(huán)境的高氧化應(yīng)激而導(dǎo)致的心臟功能下降成為患者生命健康的重大威脅。目前心血管疾病的治療方法主要包括抗心肌缺血的治療、抗心肌纖維化的治療、抗心律失常的治療等，但上述方法都不能從根本上逆轉(zhuǎn)心肌細(xì)胞的壞死并改善心臟功能。MSCs因具有多向分化、低免疫原性、移植性強(qiáng)等特征為心血管疾病的治療提供了一種新思路，其中研究最多的是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSC)。

研究人員發(fā)現(xiàn)BMMSC可以在5-氮胞苷[25]、IGF-1[26]、堿性FGF[27]的作用下自發(fā)出現(xiàn)節(jié)率性的搏動(dòng)，在TGF-1[28]、辣椒素-1[29]、小窩蛋白-1[30]、微環(huán)境[31]中也出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，并且在實(shí)驗(yàn)中觀察到了典型肌管樣結(jié)構(gòu)，且表達(dá)心肌特異性結(jié)構(gòu)蛋白GATA4等，在后續(xù)的電生理檢查中亦有類似于心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位產(chǎn)生。另有研究發(fā)現(xiàn)采用聯(lián)合預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)方法可增強(qiáng)BMMSC向心肌細(xì)胞分化的能力，如：堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子和氫化可的松聯(lián)合[32]、骨形成蛋白-2和5-氮胞苷聯(lián)合[33]、骨形成蛋白-2與丹酚酸B聯(lián)合應(yīng)用[34]均可降低對(duì)心肌細(xì)胞的損傷,并且可以顯著降低心肌細(xì)胞的分化率。而經(jīng)過誘導(dǎo)之后的心肌細(xì)胞通過與宿主細(xì)胞形成功能合胞體參與心臟收縮，患者心肌收縮功能增強(qiáng)，梗死區(qū)壞死面積減少，心臟射血分?jǐn)?shù)亦有所提高，患者心功能得到輕度改善。對(duì)接受治療的患者進(jìn)行長(zhǎng)期隨訪發(fā)現(xiàn)，經(jīng)冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射BMMSC時(shí)無治療相關(guān)毒性，并且患者在隨訪期間未出現(xiàn)明顯不良心血管事件，這在一定程度上說明BMMSC移植治療心血管疾病是安全有效的，可顯著改善心功能，提高患者的生活質(zhì)量[35-36]。

Wang等[37]研究發(fā)現(xiàn)在血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、抗壞血酸和肝素、胰島素樣生長(zhǎng)因子等誘導(dǎo)劑的作用下，BMMSC可以分化為內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)血管新生。Stamm等[38]將BMMSC植入冰凍損傷的心肌瘢痕組織中，8周后實(shí)驗(yàn)組內(nèi)形成了新生的心肌細(xì)胞和血管，心功能有明顯改善。

BMMSC移植后可減輕心肌細(xì)胞的凋亡程度[39]，同時(shí)移植組中心肌的炎癥損傷程度較對(duì)照組明顯減輕，BMMSC強(qiáng)大的抗炎作用能夠明顯改善心肌局部的炎癥反應(yīng)[40]?？寡讬C(jī)制可能與BMMSC分泌的白細(xì)胞介素、集落刺激因子等細(xì)胞因子有關(guān)，這些因子可以抑制心臟的炎癥反應(yīng)并減弱其纖維化程度。Wang等[41]的研究發(fā)現(xiàn)，BMMSC或可通過ERK1/2通路來影響心肌成纖維細(xì)胞中的MMP/TIMP表達(dá)，抑制腫瘤壞死因子-β的生成，從而起到抗心肌纖維化的作用。

4 MSCs在血液系統(tǒng)疾病疾病治療中的應(yīng)用與研究

機(jī)體正常造血依賴于造血細(xì)胞和造血微環(huán)境的相互作用,而造血微環(huán)境指的是支持和調(diào)節(jié)造血細(xì)胞定居、增殖、分化、發(fā)育和成熟的內(nèi)環(huán)境。MSCs作為造血微環(huán)境的主要細(xì)胞成分—基質(zhì)細(xì)胞系的干祖細(xì)胞，通過自我更新、多向分化,在機(jī)體造血調(diào)控中發(fā)揮重要作用。

血液系統(tǒng)疾病包括紅細(xì)胞疾病、白細(xì)胞疾病、出血與血栓性疾病，造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cell，HSC)移植是目前難治性和惡性血液系統(tǒng)疾病的重要治療方式，研究表明MSCs具有一定的支持造血功能[42]。徐麗昕等[43]應(yīng)用單倍體相合造血干細(xì)胞聯(lián)合臍血MSCs移植治療重型再生障礙性貧血取得較好效果，臍血MSCs不僅能有效降低GVHD發(fā)生率，而且如前所述MSCs對(duì)GVHD本身的治療亦具有一定的效果[44]。

汪姝玥等[45]在不同共培養(yǎng)模式下研究間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)造血干細(xì)胞增殖的作用，發(fā)現(xiàn)MSCs與造血干細(xì)胞接觸共培養(yǎng)，造血干細(xì)胞的的增殖能力比其單獨(dú)培養(yǎng)強(qiáng)、MSCs與造血干細(xì)胞非接觸共培養(yǎng)顯示其增殖能力更強(qiáng)。徐志娟等[46]將臍血造血干細(xì)胞與MSCs共培養(yǎng)14 d后，同樣發(fā)現(xiàn)與MSCs共培養(yǎng)組的造血干細(xì)胞增殖率明顯高于單獨(dú)培養(yǎng)組(P<0.05)。杜幸軍等[47]用免疫缺陷小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將人胎盤來源的MSCs與人外周血造血干細(xì)胞共同移植入小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)人胎盤來源的MSCs可以促進(jìn)人外周血造血干細(xì)胞的植入，并縮短了移植后造血的恢復(fù)時(shí)間。MSCs可促進(jìn)造血干細(xì)胞的增殖，可能與間充質(zhì)干細(xì)胞所創(chuàng)造的復(fù)雜造血微環(huán)境有關(guān)，也可能與其分泌的血管細(xì)胞黏附分子-1、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1、白細(xì)胞介素等有關(guān)，同時(shí)調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的信號(hào)通路對(duì)骨髓造血微環(huán)境造血亦有積極的影響[48]。

5 MSCs在其他疾病治療中的應(yīng)用與研究

MSCs在其他疾病中也有廣泛應(yīng)用。MSCs可單獨(dú)或結(jié)合其分泌的膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、血小板源生長(zhǎng)因子等各種活性細(xì)胞因子，通過細(xì)胞移植后的體內(nèi)分化和旁分泌發(fā)揮對(duì)糖尿病足潰瘍的治療作用，Seo等[49]的研究發(fā)現(xiàn)脂肪組織來源的MSCs與腸促胰島素類似物聯(lián)合應(yīng)用可促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面血管新生，同時(shí)對(duì)創(chuàng)面的再上皮化和傷口閉合有促進(jìn)作用；對(duì)股骨頭壞死患者，骨髓MSCs移植可以改善患者的運(yùn)動(dòng)功能，提高患者生活質(zhì)量，延緩甚至避免髖關(guān)節(jié)的置換。新型冠狀病毒肺炎，簡(jiǎn)稱“新冠病毒肺炎”，是指2019新型冠狀病毒感染導(dǎo)致的肺炎[50]。2020-02-15日，在國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制新聞發(fā)布會(huì)上，中國(guó)科技部專家表示干細(xì)胞技術(shù)能夠抑制免疫系統(tǒng)過度激活，通過改善微環(huán)境，促進(jìn)內(nèi)源性修復(fù)，緩解呼吸窘迫癥狀。經(jīng)過嚴(yán)格的臨床檢驗(yàn)，以及安全性、有效性評(píng)價(jià)以及嚴(yán)格的質(zhì)量鑒定，在符合干細(xì)胞應(yīng)用規(guī)范和臨床試驗(yàn)規(guī)范的前提下，對(duì)若干重型患者進(jìn)行干細(xì)胞技術(shù)治療，也取得了初步效果，顯示出安全有效性。中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心(302醫(yī)院)王福生院士團(tuán)隊(duì)在2020-01-27日對(duì)1例新冠肺炎死亡患者進(jìn)行了病理解剖，這份全世界首例對(duì)新冠肺炎死亡患者的病理解剖報(bào)告顯示：以CD8+T細(xì)胞的高細(xì)胞毒性為表現(xiàn)的T細(xì)胞過度激活；CD4+T細(xì)胞中具高度促炎效應(yīng)的CCR4+CCR6+Th17細(xì)胞增加，這種免疫系統(tǒng)過度活化，能夠部分解釋該患者的嚴(yán)重免疫損傷[51]，而MSCs可以抑制T細(xì)胞過度活化，增加Treg細(xì)胞數(shù)量并改善其功能。

6 展 望

MSCs在多種疾病中具有良好的治療前景，目前對(duì)免疫治療、組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)的研究較多?，F(xiàn)階段MSCs的臨床應(yīng)用仍然存在許多問題亟待解決，如MSCs的制備條件與標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)一步規(guī)范，MSCs移植治療的劑量，移植的遠(yuǎn)期預(yù)后及安全性等還需要進(jìn)行大量研究，盡管MSCs距離大規(guī)模臨床應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，但相信隨著對(duì)MSCs研究的不斷深入，現(xiàn)階段存在的問題將得到解決。