發(fā)布時間：2018-11-09所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要]間充質(zhì)干細胞是中胚層來源的干細胞，具有向多種胚層組織細胞分化的潛能，參與組織修復(fù)，包括修復(fù)心
[摘要]間充質(zhì)干細胞是中胚層來源的干細胞，具有向多種胚層組織細胞分化的潛能，參與組織修復(fù)，包括修復(fù)心肌、胰、腎、肝、肺、支氣管、血管、皮膚、骨等組織或器官的損傷。間充質(zhì)干細胞的免疫調(diào)節(jié)及靶向性遷移特性，可以發(fā)揮治療腫瘤的作用。但是，將間充質(zhì)干細胞的治療潛能大規(guī)模轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，還需更多的研究。本文對間充質(zhì)干細胞的臨床應(yīng)用研究進展進行了綜述。
[關(guān)鍵詞]間充質(zhì)干細胞,移植,組織修復(fù),歸巢
間充質(zhì)干細胞(MSC)是中胚層來源的干細胞，具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、營養(yǎng)作用及自我更新和增殖能力，在適宜的微環(huán)境里具有向血管、脂肪、神經(jīng)、軟骨、骨等多個胚層組織細胞分化的潛能[1]。與胚胎干細胞及其他組織特異性干細胞如血液干細胞、神經(jīng)干細胞相比，MSC具有易獲得、易培養(yǎng)、低免疫原性、能在宿主體內(nèi)長期存活并可在微環(huán)境誘導(dǎo)下歸巢到損傷部位并分化為特異的組織細胞，參與組織修復(fù)、易被外源基因轉(zhuǎn)染并長期表達等優(yōu)點[2]，已作為理想的種子細胞廣泛應(yīng)用于組織工程、細胞移植、基因治療及器官移植等領(lǐng)域，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。
1間充質(zhì)干細胞在心肌修復(fù)中的應(yīng)用
MSC是細胞治療心臟疾病最有潛力的供體，輸注入體內(nèi)的MSC在受體組織中具有相對較長的生存能力和較好的組織相容性。在心肌損傷的模型中，MSC輸注可以修復(fù)損傷的動物心肌細胞。在小鼠的急性心肌梗死模型中，經(jīng)靜脈輸注的MSC可以分化為心肌樣細胞，梗死部位血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)基因的表達及血管密度增加，心肌細胞的凋亡減少，心肌梗死面積減少，心肌的收縮功能得到改善[3]。
有研究發(fā)現(xiàn)，損傷的心肌可以產(chǎn)生NO進而上調(diào)基質(zhì)細胞衍生因子-1(SDF-1)的含量，促進MSC歸巢到缺血心肌部位進而改善心肌功能。輸注入擴張性心肌病小鼠模型中的MSC可以表達心肌細胞的標志物，形成血管樣結(jié)構(gòu)，增加損傷心肌的毛細血管密度，并且阻止心肌的纖維化，提高心肌功能[4]。
MSC還可以分泌細胞因子，如心血管生長因子、干細胞生長因子、胰島素樣細胞生長因子等發(fā)揮修復(fù)損傷心肌的作用。Strauer等[5]對慢性心肌梗死患者行輸注MSC治療，結(jié)果顯示，患者心肌梗死面積減少30%，左心室射血分數(shù)和梗死區(qū)室壁運動速率分別增加15%和57%，梗死區(qū)域的最大攝氧率和葡萄糖攝取率分別提高了11%和15%，而未輸注MSC的對照組未見明顯變化。
Li等[6]對冠狀動脈慢性閉塞的15例高齡患者行經(jīng)冠狀動脈MSC移植術(shù)，隨訪2年期間，患者未發(fā)生心血管不良事件，冠脈CT檢查提示，患者心梗面積減少，左心室射血分數(shù)改善。移植入體內(nèi)的MSC可以歸巢到損傷的心肌組織部位，并可根據(jù)微環(huán)境的不同分化表達肌球蛋白、肌動蛋白和肌鈣蛋白等一系列心肌標志物[7]。MSC的最佳移植時間和移植路徑還未確定。心肌損傷組織常涉及缺血、炎癥、纖維化等病理狀態(tài)進而影響MSC的功能，因此，需要明確最佳移植時間和移植方法預(yù)防MSC凋亡，并提高其對缺血心肌組織的治療作用。
MSC移植后的長期作用尚不明確，其安全性是一個關(guān)鍵且尚未解決的問題，需要更多研究、更充分的隨訪觀察。
2間充質(zhì)干細胞在胰、腎、肝修復(fù)中的應(yīng)用
MSC可以誘導(dǎo)分化為胰島素分泌細胞。有研究[8]將MSC和微血管內(nèi)皮細胞混合注入胰島內(nèi)，發(fā)現(xiàn)MSC可以促進胰島血管內(nèi)皮的生成，并通過免疫調(diào)節(jié)功能修復(fù)損傷的胰腺組織。Bhansali等[9]選取21例口服降糖藥物治療效果不佳，胰島素用量≥0.4U/(kg·d)的2型糖尿病患者，隨機分為骨髓MSC移植組和對照組，結(jié)果顯示MSC移植組患者胰島素用量顯著下降，胰島素C肽水平顯著提高。MSC的作用機制可能為：(1)MSC分泌的營養(yǎng)因子促進胰腺導(dǎo)管上皮內(nèi)的胰腺干細胞分化為新的B細胞;(2)MSC直接分化為B細胞[10];(3)MSC分泌多種細胞因子和生長因子促進其周圍細胞的生長，改善胰腺組織的微環(huán)境，改善胰島素抵抗[11]。Togel等[12]對急性腎衰竭模型的小鼠行頸內(nèi)動脈輸注MSC，發(fā)現(xiàn)MSC可以改善腎功能。
其機制是MSC的旁分泌作用，MSC可以降低IL-1b、TNF-α、IFN-γ等炎癥細胞因子水平[13]，上調(diào)IL-10、TGF-α等抗炎細胞因子水平。2015年一項最新有關(guān)MSC治療慢性腎疾病的Meta分析提示，骨髓MSC可以抑制慢性腎疾病的進展[14]。MSC治療急性腎衰竭的機制仍然存在爭議。
有研究[15]認為，MSC移植到受損腎可以分化為腎小管上皮細胞，進而矯正腎小管的結(jié)構(gòu)和功能，分化為腎小球系膜細胞和血管內(nèi)皮細胞，進而改善腎小球功能。Lee等[16]研究認為，MSC可以通過分泌保護性細胞因子而改善腎功能。體外實驗研究[17]表明，MSC也可以分化為功能性肝細胞。Theise等[18]報道，大鼠行骨髓移植2～6個月后，其受體肝內(nèi)有0.76%～2.20%的肝細胞來源于骨髓細胞。
當肝嚴重受損時，MSC可以通過分化為肝卵圓細胞達到修復(fù)肝的目的。一些臨床前期研究[19]表明，MSC移植入體內(nèi)后可分化為肝樣細胞，分泌抗纖維化營養(yǎng)因子減弱肝纖維化的進程。Mohamadnejad等[20]給予4例肝硬化肝功能失調(diào)的患者移植MSC治療，隨訪12個月，4例患者的肝功能均顯著改善。
Salomone等[21]研究表明，輸注脂肪來源的MSC后，肝損害模型中的炎癥反應(yīng)信號通路受到抑制，促進肝細胞再生。Peng等[22]研究發(fā)現(xiàn)，MSC顯著改善53例肝衰竭患者的肝功能，改善其終末期肝病模型(MELD)評分。MSC可能通過以下機制發(fā)揮肝保護作用：(1)MSC向肝細胞方向轉(zhuǎn)化，促進肝細胞再生;(2)MSC通過旁分泌機制及免疫調(diào)節(jié)功能促進肝細胞再生[23]。
3間充質(zhì)干細胞在神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)中的應(yīng)用
大量研究已證明，靜脈輸注MSC可以明顯改善腦損傷部位的局部血流，促進神經(jīng)功能的改建和認知功能改善。在大鼠腦損傷模型建立6h后，靜脈輸注MSC可以明顯促進腦損傷邊緣區(qū)血管生成，進而改善腦損傷導(dǎo)致的認知功能和肢體功能障礙[24]。趙慧新等[25]認為，MSC可以改善患阿爾茲海默病大鼠的認知功能。Chopp等[26]將BrdU標記的MSC輸注入大鼠腦缺血模型體內(nèi)，數(shù)天至數(shù)周后MSC已經(jīng)遷移至缺血側(cè)腦皮質(zhì)，并分化為神經(jīng)元細胞和膠質(zhì)細胞，神經(jīng)功能得到改善。
提示，MSC可以通過血腦屏障進入腦損傷灶修復(fù)損傷的腦組織，腦缺血梗死區(qū)具有誘導(dǎo)MSC向神經(jīng)組織分化的微環(huán)境。這一研究為MSC移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了實驗依據(jù)。此外，MSC還可治療某些中樞神經(jīng)系統(tǒng)的急性損傷和進行性退化性疾病，如脊髓損傷、休克、帕金森病、自身免疫性腦脊髓炎、多系統(tǒng)萎縮癥[27]。
MSC可能通過以下機制發(fā)揮神經(jīng)保護作用：(1)產(chǎn)生多種促進神經(jīng)行為功能恢復(fù)的營養(yǎng)因子，包括腦衍生神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子[28]和胰島素樣生長因子[29];(2)MSC歸巢至損傷的腦組織，通過免疫調(diào)節(jié)作用減少神經(jīng)細胞的凋亡，改善神經(jīng)細胞的生存期。MSC對周圍神經(jīng)損傷亦有修復(fù)作用。Zhou等[30]運用骨髓MSC與神經(jīng)膜細胞復(fù)合移植治療大鼠10mm坐骨神經(jīng)缺損，16周后發(fā)現(xiàn)其療效與自體神經(jīng)移植組療效相當。
4間充質(zhì)干細胞在呼吸系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用
MSC可在體外或體內(nèi)誘導(dǎo)分化為肺組織細胞，包括支氣管上皮細胞、肺泡上皮細胞和肺血管內(nèi)皮細胞[31]，骨髓MSC在肺損傷早期即可遷移入肺內(nèi)，明顯減輕肺纖維化的程度，改善肺組織換氣功能。肺內(nèi)輸入MSC可以減輕博萊霉素導(dǎo)致的肺部炎癥和膠原沉積，減輕肺纖維化[32]。輸注MSC可以減輕急性肺損傷大鼠模型中肺部炎癥，改善肺功能[33]。
肺內(nèi)注入MSC可以減輕哮喘動物的肺部氣道炎癥反應(yīng)，改善氣道高反應(yīng)性及肺功能[34]。Chow等[35]研究發(fā)現(xiàn)，MSC通過Wnt/betacatenin信號通路改變肺血管重構(gòu)，改善肺功能進而治療慢性阻塞性肺疾病(COPD)。
5間充質(zhì)干細胞在四肢缺血性疾病中的應(yīng)用
研究證實，移植MSC可以誘導(dǎo)缺血區(qū)血管的發(fā)生、增加毛細血管的密度和血流量。MSC通過以下機制發(fā)揮生成血管的功能：(1)分化為血管平滑肌細胞和血管內(nèi)皮細胞重塑血管;(2)釋放多種生血管因子和干細胞趨化因子，包括血管內(nèi)皮生長因子、堿性成纖維細胞生長因子等[36];(3)旁分泌作用于局部血管細胞，募集血液循環(huán)中的血管干細胞和(或)祖細胞。純化的MSC應(yīng)用于肢體缺血性疾病的患者仍處于臨床試驗階段，有限的臨床研究數(shù)據(jù)顯示，自體骨髓MSC移植可顯著改善80%患者腿部血管灌注，使患者免于截肢手術(shù)[37]。
6間充質(zhì)干細胞在皮膚修復(fù)中的應(yīng)用
MSC可以顯著促進皮膚創(chuàng)傷的愈合，促進表皮細胞再生和血管發(fā)生[38]，移植入創(chuàng)傷面的骨髓來源的MSC可以表達角質(zhì)形成細胞特異性蛋白，促進皮膚再生。朱紅燕等[39]研究發(fā)現(xiàn)，MSC經(jīng)鼠尾靜脈輸注入放射性損傷小鼠后，發(fā)現(xiàn)小鼠皮膚愈合速度比對照組快4～6天。但促進MSC分化的微環(huán)境和細胞因子還未被闡明，確定誘導(dǎo)MSC分化的蛋白和細胞因子、不同患者所需要的MSC移植的數(shù)量及最佳移植時間等，需要進一步研究。
7間充質(zhì)干細胞在骨及軟骨病中的應(yīng)用
MSC在特定的宿主環(huán)境中可分化為軟骨細胞、成骨細胞、軟骨基質(zhì)為治療骨及軟骨病帶來了希望。類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎是T細胞介導(dǎo)的關(guān)節(jié)滑膜炎癥，可導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形。MSC或MSC分化的軟骨細胞可抑制T細胞刺激產(chǎn)生的Ⅱ型膠原的活性，并且可抑制促炎癥因子IFN-γ和TNF-α的產(chǎn)生，增加IL-10和IL-4的產(chǎn)生。
基于MSC的抗炎作用和免疫調(diào)節(jié)作用，其可在治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中發(fā)揮修復(fù)軟骨和骨損傷的作用，促進關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)和骨折愈合。骨關(guān)節(jié)炎可以累及大部分骨和軟骨，導(dǎo)致進行性加重的炎癥損傷。MSC的增殖、分化潛能、抗炎潛能使其成為治療骨關(guān)節(jié)炎的新希望。Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗研究表明，可利用MSC對骨關(guān)節(jié)炎進行細胞治療。李新江等[40]研究顯示，骨髓MSC及生物蛋白膠復(fù)合物可以修復(fù)兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損。
8間充質(zhì)干細胞在腫瘤治療中的應(yīng)用
MSC具有免疫調(diào)節(jié)、多向分化及特異性地遷移到損傷部位和腫瘤組織的特性，其靶向性在腫瘤治療中的作用日益受到人們的重視。腫瘤通過旁分泌或自分泌方式產(chǎn)生一系列炎癥趨化因子和細胞因子等誘導(dǎo)MSC的靶向遷移，其中以SDF-1/CXCR4軸最有特征性[41]。MSC可直接作用于腫瘤細胞，抑制腫瘤細胞生長，作為細胞載體傳遞表達多種抗腫瘤因子。Ayuzawa等[42]經(jīng)尾靜脈注射MDA231建立小鼠乳腺癌模型后，行臍MSC移植治療，對照組以生理鹽水治療。
結(jié)果顯示，與對照組相比，MSC可以顯著減緩MDA231細胞的生長速度。MSC移植有望成為抗腫瘤治療的新策略。但MSC的免疫調(diào)節(jié)機制極其復(fù)雜，MSC可能減少腫瘤細胞在體內(nèi)的凋亡，而MSC分泌的一些趨化因子也可增加腫瘤細胞的增殖和轉(zhuǎn)移[43]。
9小結(jié)
MSC移植為許多疾病的治療帶來了希望，可以降低病死率，提高患者的生活質(zhì)量。但是，將MSC的治療潛能轉(zhuǎn)換為實際臨床應(yīng)用還有很長的路要走。進行多中心大規(guī)模臨床研究為明確MSC移植的安全性和有效性取得循證醫(yī)學(xué)的證據(jù)顯得尤為關(guān)鍵。還需要制定嚴格的質(zhì)量控制標準和行業(yè)規(guī)范。不同疾病分化后的細胞在體內(nèi)的作用機制等問題，尚需進一步研究。
參考文獻
[1]LeeOK，KuoTK，ChenWM，etal.Isolationofmultipotentmesen-chymalstemcellsfromumbilicalcord[J].Blood，2004，103(5)：1669-1675.
[2]daSilvaMeirellesL，CaplanAI，NardiNB.Insearchoftheinvivoi-dentityofmesenchymalstemcells[J].StemCells，2008，26(9)：2287-2299.
[3]UccelliW，MorettaL，PistoiaV.Mesenchymalstemcellsinhealthanddisease[J].NatRevImmunol，2008，8(9)：726-736.
[4]SpringH，SchülerT，ArnoldB，etal.Chemokinesdirectendothelialprogenitorsintotumorneovessels[J].ProcNatlAcadSciUSA，2005，102(50)：18111-18116.
[5]StrauerBE，BrehmM，ZeusT，etal.Regenerationofhumaninfarctedheartmusclebyintracoronaryautologousbonemarrowcelltransplan-tationinchroniccoronaryarterydisease：TheIACTstudy[J].JAmCollCardiol，2005，46(9)：1651-1658.
[6]LiX，HuYD，ChenY，etal.Mechanismsofimprovementofleftven-tricularfunctionbyintracoronaryhumanumbilicalcord-derivedmes-enchymalstemcellinfusioninveryoldpatientswithcoronarychronictotalocclusion[J].CurrPharmDes，2015，21(26)：3844-3850.
[7]TomaC，PittengerMF，CahillKS，etal.Humanmesenchymalstemcellsdifferentiatetoacardiomyocytephenotypeintheadultmurineheart[J].Circulation，2002，105(1)：93-98.
