李 寧 金世柱 楊寧寧

炎癥性腸病(IBD)是一類慢性腸道非特異性炎性疾病，包括克羅恩病(CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(UC)。IBD的病因尚未明確，可能與遺傳易感性、環(huán)境因素及自身免疫等有關(guān)[1]。近年來，IBD的發(fā)病率逐年升高，青年患者所占比例也呈上升趨勢(shì)。IBD可反復(fù)發(fā)作，難以治愈。目前主要的治療方法是控制炎性反應(yīng)，并調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能，對(duì)于藥物治療無效且病情較重的患者可能會(huì)選擇手術(shù)治療[2]。應(yīng)用氨基水楊酸鹽、糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑等藥物治療后，大部分IBD患者可獲得暫時(shí)性緩解，但長期應(yīng)用上述藥物會(huì)引發(fā)不良反應(yīng)。藥物不能根治及應(yīng)用時(shí)引起的不良反應(yīng)不僅給患者帶來了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量。手術(shù)治療會(huì)對(duì)患者造成較大的創(chuàng)傷，并可引起多種近期和遠(yuǎn)期的并發(fā)癥[3]。近年來，細(xì)胞療法在IBD的治療中受到越來越多的關(guān)注。間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)可以遷移至腸道炎性反應(yīng)部位，修復(fù)受損組織。但由于MSC的歸巢效率較低，導(dǎo)致其在損傷部位發(fā)揮的修復(fù)作用未能達(dá)到預(yù)期，從而影響了IBD的治療效果。基因工程是指將外源基因通過某種方式導(dǎo)入目的細(xì)胞中，使其過表達(dá)或沉默某種基因的技術(shù)。鑒于MSC應(yīng)用的局限性，構(gòu)建基因工程化MSC至關(guān)重要。

1 MSC

干細(xì)胞可用于治療多種疾病，MSC來源豐富，易于培養(yǎng)，具有自我更新和多向分化的能力，是機(jī)體內(nèi)重要的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞。MSC在體外擴(kuò)增后可以產(chǎn)生大量細(xì)胞，并且在適當(dāng)條件下分化為多種細(xì)胞表型，如成骨細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞和肝細(xì)胞等[4]。MSC移植作為一種新型的細(xì)胞療法，在很多領(lǐng)域表現(xiàn)出了治療潛力，由于MSC在體外環(huán)境中易于擴(kuò)增和培養(yǎng)，并且具有一定的免疫抑制作用，故已被應(yīng)用于心血管疾病、自身免疫性疾病、胃腸道疾病等的臨床試驗(yàn)中[5]。研究表明，MSC可以遷移至腸道損傷部位，通過炎性反應(yīng)促進(jìn)受損組織修復(fù)，從而在局部抑制病情進(jìn)展[6]。然而，在應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)外源注射的MSC只有少量到達(dá)靶組織，并且其在靶組織中的存留時(shí)間短暫，導(dǎo)致移植MSC未能達(dá)到預(yù)期的治療效果。為解決這一問題，研究者構(gòu)建了基因工程化MSC，以期進(jìn)一步提高對(duì)IBD的治療效果。

2 基因工程技術(shù)

基因工程技術(shù)包括物理、化學(xué)、生物3種方法，在應(yīng)用這些方法修飾MSC時(shí)，可以簡單描述為非病毒方法和病毒方法。使用各種物理、化學(xué)方法對(duì)MSC進(jìn)行修飾為非病毒方法；使用生物方法對(duì)MSC進(jìn)行修飾為病毒方法，主要是指病毒載體的應(yīng)用，包括慢病毒載體、腺病毒載體等[7]。非病毒方法的優(yōu)勢(shì)在于其可以傳遞更大的基因，但主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)染效率低，基因表達(dá)時(shí)間短暫；應(yīng)用病毒載體可以實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)染效率，且不影響MSC的干細(xì)胞特性，還可根據(jù)所用病毒的類型，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因表達(dá)[8]。盡管目前非病毒方法的應(yīng)用越來越廣泛，但MSC的基因修飾通常還是通過病毒載體實(shí)現(xiàn)的。MSC在體內(nèi)定位、存活、保留等方面存在局限性，使其臨床應(yīng)用受到限制，基因工程是改善MSC性能的一種常用方法。

3 修飾MSC的基因

MSC可以被多種外源基因修飾，并穩(wěn)定表達(dá)這些基因，經(jīng)過改造的MSC可以分泌抑制細(xì)胞凋亡的因子，增強(qiáng)促進(jìn)血管再生、抗炎、修復(fù)等功能，更有利于對(duì)IBD的治療[9]。以下主要對(duì)部分與IBD損傷和修復(fù)相關(guān)的基因作一概述。

3.1 細(xì)胞間黏附分子-1

細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)可參與細(xì)胞間的信號(hào)傳遞，對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)體免疫應(yīng)答有重要作用[10]。研究表明，ICAM-1與MSC密切相關(guān)，生理狀態(tài)下，MSC幾乎不表達(dá)ICAM-1，而當(dāng)發(fā)生炎性反應(yīng)時(shí)，MSC可顯著上調(diào)ICAM-1的表達(dá)。ICAM-1表達(dá)上調(diào)有助于增強(qiáng)MSC的免疫抑制作用，當(dāng)ICAM-1基因被阻斷或者被敲除后，MSC的免疫抑制作用被逆轉(zhuǎn)[11]。研究表明，過表達(dá)ICAM-1的MSC可減輕結(jié)腸組織的病理損傷，改善IBD小鼠的一般狀況，促進(jìn)體質(zhì)量恢復(fù)，降低小鼠的病死率；與其他治療組比較，過表達(dá)ICAM-1的MSC可顯著減少Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞的數(shù)量，同時(shí)升高Treg細(xì)胞所占比例[12]。該研究結(jié)果提示，ICAM-1的過表達(dá)可增強(qiáng)MSC調(diào)節(jié)Th細(xì)胞亞群的能力，并可促使MSC向受損組織遷移，在局部減輕炎性反應(yīng)，從而對(duì)IBD起到較好的治療作用。

3.2 IL-25

IL-25可通過減少Th1/Th17相關(guān)細(xì)胞因子的合成，抑制Th1/Th17細(xì)胞的免疫應(yīng)答，從而減輕多種由自身免疫性疾病誘導(dǎo)的炎性損傷[13]。研究表明，IL-25可抑制IBD CD4+T細(xì)胞向Th1/Th17細(xì)胞分化，在IBD的受損黏膜中IL-25的表達(dá)明顯降低[14]。IL-25誘導(dǎo)的MSC抗炎活性明顯增強(qiáng)，在IBD大鼠腸道炎性反應(yīng)的減輕及組織學(xué)修復(fù)過程中具有重要意義。IL-25誘導(dǎo)的MSC在結(jié)腸炎大鼠中抑制Th17細(xì)胞分化的能力增強(qiáng)，同時(shí)使T細(xì)胞的數(shù)量顯著增加[15]。此外，IL-25誘導(dǎo)的MSC還可以促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖和遷移[16]。以上結(jié)果提示，IL-25主要通過抑制Th17細(xì)胞分化、上調(diào)Treg細(xì)胞表達(dá)幫助MSC緩解IBD癥狀，同時(shí)增強(qiáng)了MSC誘導(dǎo)腸上皮再生的能力。因此，IL-25可能成為輔助MSC治療IBD的新療法。

3.3 IL-35

IL-35是一種免疫抑制性細(xì)胞因子，已被應(yīng)用于多種慢性炎性反應(yīng)和免疫相關(guān)性疾病的潛在治療[17]。IL-35主要由Treg細(xì)胞產(chǎn)生，其免疫抑制功能不僅表現(xiàn)為抑制Th17細(xì)胞分化，還包括促進(jìn)Treg細(xì)胞擴(kuò)增，擴(kuò)增的Treg細(xì)胞又可以分泌IL-35，從而增強(qiáng)了它的免疫抑制作用[18]。IL-35在IBD中具有抗炎活性，有研究表明，IL-35主要通過抑制T細(xì)胞增殖和Th17細(xì)胞分化等多種機(jī)制發(fā)揮抗炎作用[19]。IL-35可使Th1/Th17相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的基因表達(dá)降低，發(fā)揮抗炎活性，減輕IBD患者的結(jié)腸損傷[18]。為了探討IL-35在治療IBD中的潛在作用，MSC是IL-35的理想載體，IL-35-MSC可通過下調(diào)促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)來改善IBD癥狀。研究表明，IL-35-MSC可增加Treg細(xì)胞數(shù)量，Treg細(xì)胞可阻止病理性免疫反應(yīng)進(jìn)展，并可以產(chǎn)生抗炎性細(xì)胞因子，傳遞抗炎信號(hào)[20]。因此，IL-35的過表達(dá)可能成為IBD治療的新靶點(diǎn)。

3.4 IL-37b

IL-37與炎性反應(yīng)密切相關(guān)。與健康受試者比較，IL-37在IBD患者血清中的表達(dá)水平較低，而在病變組織中的表達(dá)水平明顯升高，且與病變組織的嚴(yán)重程度呈正比[21]。該結(jié)果表明IL-37可能對(duì)炎性反應(yīng)起負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用，并參與了疾病的整個(gè)進(jìn)展過程；而IBD患者血清中IL-37的表達(dá)水平降低可能是由于其在腸道損傷組織中消耗過多所致。IL-37b是IL-37的主要活性形式，具有較強(qiáng)的免疫抑制作用，IL-37b基因修飾的MSC可以明顯減輕IBD的病情嚴(yán)重程度[22]。這可能是IL-37b通過促進(jìn)Treg細(xì)胞增殖來實(shí)現(xiàn)的，并且IL-37b可上調(diào)抗炎因子IL-2的表達(dá)，還可下調(diào)促炎因子干擾素-γ(IFN-γ)的表達(dá)[23-24]。因此，IL-37b基因的過表達(dá)有望成為促進(jìn)MSC治療作用的新途徑。

3.5 CXC趨化因子受體4

基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1)是促進(jìn)干細(xì)胞歸巢至受損組織的重要因素之一，它可以與CXC趨化因子受體4(CXCR4)相互作用，與干細(xì)胞的遷移和組織定位的過程相關(guān)。CXCR4是SDF-1的受體，位于MSC的表面[25]。MSC經(jīng)CXCR4基因修飾后不影響其生物學(xué)活性及細(xì)胞活力，而可以增強(qiáng)其遷移能力，使更多的MSC聚集于受損部位，即可增強(qiáng)其歸巢性[26]。研究表明，過表達(dá)CXCR4的MSC可下調(diào)IBD小鼠的促炎因子表達(dá)，降低腫瘤負(fù)荷[27]。該結(jié)果提示，過表達(dá)CXCR4的MSC具有有效的抗腫瘤作用，這可能是因?yàn)镃XCR4增強(qiáng)了MSC向腸道受損部位聚集的能力。此外，CXCR4的過表達(dá)既不會(huì)影響MSC的分化能力，也不會(huì)增強(qiáng)其增殖能力，而是會(huì)增強(qiáng)MSC對(duì)SDF-1的趨化性[27]。綜上所述，SDF-1/CXCR4通路可能對(duì)MSC的歸巢和存活起關(guān)鍵性作用，CXCR4的過表達(dá)在促進(jìn)MSC歸巢至損傷部位方面具有一定的應(yīng)用前景。

4 總結(jié)

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的提高，IBD的患病率也呈升高趨勢(shì)，因其具有難以治愈的特點(diǎn)，給患者帶來了身體和精神上的痛苦。為了解決這一難題，研究人員提出應(yīng)用基因工程化MSC治療IBD。將外源基因通過病毒轉(zhuǎn)染等方式導(dǎo)入MSC中，可以在提高其治療效果的同時(shí)不改變MSC的生物學(xué)表型?；蚬こ袒疢SC主要通過增強(qiáng)MSC的遷移能力，增加其歸巢至損傷部位的數(shù)量，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖和遷移，抑制Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞分化并促進(jìn)Treg細(xì)胞擴(kuò)增，下調(diào)促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，上調(diào)抗炎性細(xì)胞因子的表達(dá)等機(jī)制治療IBD?；蚬こ袒疢SC治療方案的提出為今后臨床治療IBD提供了新的希望，但其應(yīng)用于人體的安全性仍有待于進(jìn)一步研究。