王惠，趙鵬翔，張旭娟，姚婷婷，劉夢(mèng)昱，YAO Mawulikplimi Adzavon，謝飛

北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究室，抗病毒藥物北京市國(guó)際科技合作基地，北京100124

隨著細(xì)胞療法的出現(xiàn)，越來越多的研究者對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSCs）進(jìn)行了研究。MSCs是多能細(xì)胞，可分化為多種細(xì)胞類型，且來源較廣泛，其治療潛力引起了人們廣泛的關(guān)注。有研究表明，骨髓不僅是造血干細(xì)胞的來源，也是間充質(zhì)干細(xì)胞的來源。間充質(zhì)干細(xì)胞是由Caplan等[1]于1991年提出，2006年國(guó)際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)（International Society for Cellular Therapy，ISCT）發(fā)布了MSCs的定義，并建議稱為多能間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞，但間充質(zhì)干細(xì)胞仍被廣泛使用。研究證實(shí)MSCs具有自我更新、調(diào)節(jié)免疫功能等作用[2]。但MSCs在不同疾病治療中的作用尚鮮見報(bào)道。本文通過概括介紹MSCs的來源及生物學(xué)特性，并總結(jié)MSCs幾種不同類型疾病治療過程中發(fā)揮的作用，旨在為MSCs的臨床應(yīng)用提供參考。

1 間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性

MSCs最早是在骨髓中發(fā)現(xiàn)的，后來在幾乎所有胎兒和新生嬰兒的組織和器官中均發(fā)現(xiàn)了MSCs[3]，且大量的學(xué)者在成人骨髓[4]、牙髓[5]、骨骼肌[6]、胎盤、臍帶、羊水[1]、滑膜[7]、脂肪[8]等中也發(fā)現(xiàn)并分離了該類細(xì)胞。

在實(shí)際操作過程中，由于不同研究人員對(duì)MSCs分離、培養(yǎng)、鑒定方法以及MSCs組織來源等存在差異，最終導(dǎo)致細(xì)胞活性、干性等不一致，嚴(yán)重制約了MSCs臨床應(yīng)用策略的制定，此外，對(duì)不同群體的比較研究較少也進(jìn)一步阻礙了該領(lǐng)域的進(jìn)展。為解決以上問題，ISCT定義了人類MSCs的最低標(biāo)準(zhǔn)[9]：在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下，MSCs必須保持塑 料 黏 附 性；MSC必 須 表 達(dá)CD105、CD73和CD90，且缺乏CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79a或CD19和HLA-DR等表面分子的表達(dá)；在標(biāo)準(zhǔn)的分化條件下，MSCs在體外能分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和軟骨細(xì)胞。已有研究證實(shí)，MSCs可通過分泌細(xì)胞因子或直接接觸免疫細(xì)胞參與免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)[10]。然而，最近的研究發(fā)現(xiàn)，凋亡和代謝失活的MSCs，甚至片段化的MSCs也具有免疫調(diào)節(jié)能力[11]。雖然MSCs存在于多個(gè)組織器官中，但有研究發(fā)現(xiàn)，脂肪組織來源的MSCs（adipose tissue derived mesenchymal stem cells，AT-MSCs）較骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BM-MSCs）具有更強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用；此外，臍帶來源MSCs（UC-MSCs）具有更低的免疫原性，且更易獲得，有望成為臨床治療的候選藥物之一[12]。

2 間充質(zhì)干細(xì)胞參與的疾病治療

2.1 MSCs與腫瘤

腫瘤是由不同類型的癌細(xì)胞組成的，使腫瘤具有異質(zhì)性。癌癥干細(xì)胞（cancer stem cells，CSCs）具有與干細(xì)胞（stem cells，SCs）相似的自我更新和分化能力，在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。腫瘤微環(huán)境中除了腫瘤細(xì)胞和CSCs，還包括許多基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）[13]。多種細(xì)胞之間相互作用，共同影響腫瘤的發(fā)展進(jìn)程（圖1）。細(xì)胞外基質(zhì)主要包括糖蛋白、膠原蛋白和酶，通過影響腫瘤細(xì)胞的黏附、增殖和通信，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的遷移。MSCs向腫瘤部位遷移并釋放細(xì)胞因子，從而通過影響腫瘤微環(huán)境影響CSCs的生成、上皮?間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transformatio，EMT）、血管生成、腫瘤細(xì)胞的耐藥性和轉(zhuǎn)移等。

圖1 腫瘤微環(huán)境中不同細(xì)胞間的相互作用Fig.1 Interactions between different cells in the tumor microenvironment

腫瘤細(xì)胞周圍MSCs的增多可促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。Karnoub等[14]研究證明，將來源于人骨髓的MSCs與弱轉(zhuǎn)移的人乳腺癌細(xì)胞共注射至皮下部位使其形成腫瘤后，MSCs可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。在探討AT-MSCs對(duì)體內(nèi)、外黑素瘤細(xì)胞系作用的一項(xiàng)研究中顯示，與單獨(dú)的M4Beu黑色素瘤細(xì)胞相比，AT-MSCs與M4Beu黑色素瘤細(xì)胞共植入顯著縮短了腫瘤發(fā)作的時(shí)間，同時(shí)，AT-MSCs共注射組平均腫瘤體積更大[15]。還有研究顯示，與單獨(dú)注射人前列腺基質(zhì)細(xì)胞MDA PCa 118b相比，MDA PCa 118b細(xì)胞和AT-MSCs共注射誘導(dǎo)的前列腺腫瘤的平均體積提高了3倍以上。此外，共注射組的前列腺腫瘤壞死平均體積也顯著高于單獨(dú)注射MDA PCa 118b組[16]。以上結(jié)果表明腫瘤細(xì)胞周圍的MSC具有加速腫瘤發(fā)展進(jìn)程的能力。

由于MSCs具有遷移和靶向腫瘤組織的能力，相關(guān)研究者利用經(jīng)過改造的MSCs直接遞送藥物至腫瘤部位殺死腫瘤，如表達(dá)干擾素-β（interferon-β,IFN-β）[17]、白細(xì)胞介素-28（interleukin 28，IL-28）[18]、白介素-2（IL-2）[19]、腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)[20?22]、IL-15[23]等抗腫瘤細(xì)胞因子，MSCs將相關(guān)配體直接遞送至腫瘤部位可有效誘導(dǎo)腫瘤消退。2004年Matus等[17]研究發(fā)現(xiàn)，MSCs在體內(nèi)有向腫瘤周圍轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，與單獨(dú)培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞相比，攜帶IFN-β的MSCs細(xì)胞與黑色素瘤細(xì)胞A375SM或人乳腺癌細(xì)胞MDA 231共培養(yǎng)，可使腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制。Mcguire等[18]的研究證實(shí)，MSCs分泌的IL-28可通過白細(xì)胞介素28受體α（interleukin 28 receptor-α，IL-28Rα）-STAT1信號(hào)通路，觸發(fā)前列腺癌細(xì)胞的凋亡。目前，多種來源的MSCs已被用作靶向腫瘤治療的載體。靜脈注射穩(wěn)定表達(dá)IL-2的人類羊水間充質(zhì)干細(xì)胞（amniotic fluid MSCs，AF-MSCs）可趨化至卵巢腫瘤細(xì)胞周圍，并局部分泌IL-2，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的凋亡[19]。與正常細(xì)胞相比，膀胱癌組織和細(xì)胞中多梳抑制復(fù)合物（polycomb repressor complex 1，PRC1）水平明顯升高，抑制PRC1表達(dá)可減弱膀胱癌癌細(xì)胞增殖、遷移的能力。而MSCs可作為載體，將能夠抑制PRC1表達(dá)的miR-139-5p傳遞至膀胱癌細(xì)胞中，從而下調(diào)PRC1的表達(dá)，進(jìn)而抑制膀胱癌的發(fā)展[22]。將分泌壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體TRAIL的MSCs（MSCs-TRAIL）與肝癌細(xì)胞HepG2共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，MSCs-TRAIL可有效抑制HepG2的生存[23]。有研究顯示，短期處理MSCs-TRAIL可使神經(jīng)膠質(zhì)瘤大鼠的腫瘤體積減小56.3%，并加速神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的凋亡，還可顯著增加神經(jīng)膠質(zhì)瘤大鼠的存活時(shí)間[24]。此外，給患有Pan02胰腺腫瘤的小鼠靜脈注射MSC-IL15，結(jié)果發(fā)現(xiàn),MSC-IL15在小鼠體內(nèi)向腫瘤遷移并在腫瘤特異性位點(diǎn)分泌IL-15，可有效抑制腫瘤生長(zhǎng)并延長(zhǎng)荷瘤小鼠的存活率。MSC-IL15還被發(fā)現(xiàn)具有誘導(dǎo)荷瘤小鼠腫瘤特異性T細(xì)胞免疫記憶反應(yīng)的能力[25]。

以上研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)腫瘤微環(huán)境具有顯著趨向性，可利用這些細(xì)胞作為傳遞基因或抗癌藥物載體。此外,這些細(xì)胞在響應(yīng)組織損傷和炎癥時(shí)表現(xiàn)出類似于免疫細(xì)胞的趨化特性，并分泌廣泛的生物活性分子，通過直接作用于腫瘤細(xì)胞和基質(zhì)微環(huán)境影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[26]。MSC或?qū)⒊蔀榘邢蜻f送藥物至癌癥位點(diǎn)的有效載體。

綜上所述，MSCs因其多向分化，低免疫原性，分泌抗炎、抗凋亡及血管生成因子，向腫瘤位點(diǎn)遷移等特點(diǎn)，在疾病治療中效果顯著。但MSCs分泌的細(xì)胞因子也可促進(jìn)腫瘤的形成和腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移（圖2），因此，在臨床中不建議直接運(yùn)用MSCs進(jìn)行腫瘤相關(guān)疾病的治療。MSCs聯(lián)合其他化療藥物或使用分泌腫瘤殺傷因子型的MSCs治療腫瘤相關(guān)疾病或可作為未來的發(fā)展方向之一。此外，MSCs在腫瘤進(jìn)展中的確切作用尚未完全闡明，且不同來源的MSC是否具有相同的作用，還有待進(jìn)一步深入研究。

圖2 MSCs對(duì)腫瘤組織的影響Fig.2 The effect of MSCs on tumor tissue

2.2 MSCs與傷口愈合

難愈合傷口的治療一直是臨床亟待解決的難題。雖然各類敷料和基于細(xì)胞的產(chǎn)品正在被不斷的研發(fā)更新，但其性能仍不能完全滿足臨床需求[25]。有研究顯示，傷口愈合過程的重點(diǎn)是內(nèi)源性MSCs，這類細(xì)胞不但可募集其他宿主細(xì)胞協(xié)調(diào)修復(fù)反應(yīng)，還可迅速遷移到損傷部位，分化為多種皮膚細(xì)胞，從而加速傷口愈合。此外，MSCs還可分泌多種生長(zhǎng)因子，促進(jìn)細(xì)胞增殖、血管生成，加快組織重塑過程[26]。

多種組織來源的MSC均具有促進(jìn)傷口愈合的能力。有研究顯示，扁桃體來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（tonsil-derived MSCs，TMSCs）可抑制外周血單核細(xì)胞和T細(xì)胞的增殖及巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞的M1極化。此外，TMSCs還通過促進(jìn)細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)炎癥來促進(jìn)損傷皮膚的重塑[27]。外界損傷可能觸發(fā)角膜傷口愈合（CWH）反應(yīng)，并導(dǎo)致新血管形成，損害視覺功能，而有研究顯示，脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（adipose tissue derived mesenchymal stem cells，AT-MSCs）參與角膜中性粒細(xì)胞的清除，有效抑制乙醇誘導(dǎo)小鼠角膜損傷過程中的新生血管形成，明顯減少對(duì)視覺功能的損傷[28]。Hanson等[29]研究表明，注射AT-MSCs有助于改善傷口外觀和促進(jìn)上皮再生。

盡管不同來源的MSCs均表現(xiàn)出促進(jìn)傷口愈合的能力，但AT-MSCs因其在臨床應(yīng)用中的局限性更小、更易大量獲得而被廣泛應(yīng)用。MSCs在正常皮膚中的存在[30]及其在傷口愈合中的關(guān)鍵作用[31]證明，外源MSCs的應(yīng)用有望成為治療難愈合傷口的有效方案。

2.3 MSCs與纖維化疾病

纖維化與器官衰竭和高死亡率有關(guān)，通常以異常成纖維細(xì)胞的積累為特征。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家器官纖維化約占總死亡率的50%[32]。成肌纖維細(xì)胞是多種已知的纖維化疾病共有的潛在細(xì)胞類型，因此，研究各種疾病中成肌纖維細(xì)胞的來源對(duì)于開發(fā)新的治療方法至關(guān)重要。

MSC在治療纖維化疾病方面也展現(xiàn)了一定的優(yōu)勢(shì)。在輻射誘導(dǎo)肺損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，移植的MSCs可遷移至損傷部位，并通過分泌單核細(xì)胞趨化蛋白3（monocyte chemoattractant protein 3，MCP-3）、基質(zhì)衍生因子-1（stromal derived factor-1，SDF-1）、TGF-β1、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板衍生生長(zhǎng)因子（platelet-derived growth factor，PDGF）和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte growth factor，HGF），發(fā)揮免疫抑制作用。從而刺激血管生成，為宿主細(xì)胞的恢復(fù)建立保護(hù)環(huán)境，減少肺損傷的發(fā)生[33]。在一項(xiàng)Ⅰ期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，4例代償性肝硬化患者外周靜脈注射自體骨髓來源的MSCs后，無明顯不良反應(yīng)，且其中2例患者的晚期肝病評(píng)分明顯改善[34]。Kharaziha等[35]研究顯示，通過外周靜脈注射自體MSCs，可改善肝硬化患者的肝功能。Selim等[36]研究顯示，靜脈注射MSCs可改善急性腎功能損傷。

MSCs還可通過調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶，抑制成纖維細(xì)胞活化，減少細(xì)胞外基質(zhì)沉積，并最終改善心肌功能。MSCs分泌的多種細(xì)胞因子也有利于對(duì)抗纖維化。研究顯示，移植至心肌梗死周圍區(qū)域的MSCs可通過直接接觸病灶細(xì)胞并釋放HGF，抑制miR-155介導(dǎo)的纖維化信號(hào)，從而促進(jìn)心肌梗死小鼠的左心室重構(gòu)[37]。MSCs衍生的細(xì)胞外囊泡可通過AMPK/mTOR和Akt/mTOR途徑[38]增強(qiáng)心肌細(xì)胞自噬，并通過缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）/Jagged 1通路[39]促進(jìn)血管生成，減少細(xì)胞凋亡。有研究[40?41]發(fā)現(xiàn)，移植的MSCs可遷移至梗死的心肌組織，減少炎癥反應(yīng)和纖維化，促進(jìn)新血管的形成，并分化為心肌樣細(xì)胞，有助于梗死心肌的修復(fù)。

盡管MSCs具有治療纖維化疾病的優(yōu)勢(shì)，但其在臨床中的應(yīng)用仍面臨較多挑戰(zhàn)，仍需繼續(xù)探索其主要的作用機(jī)制，為纖維化疾病的臨床治療提供理論基礎(chǔ)。

3 展望

雖然在多種疾病的治療中，MSCs均表現(xiàn)出了良好的治療效果，但仍存在以下問題。

首先，MSCs在參與疾病治療的過程中存在一定的安全性問題。由于不同的MSCs對(duì)促進(jìn)和抑制腫瘤具有不同的功能，在植入MSCs進(jìn)行疾病治療前，需檢測(cè)MSCs的腫瘤標(biāo)志物的表達(dá)。此外，MSCs具有分化為纖維化疾病潛在細(xì)胞類型的風(fēng)險(xiǎn)，因此，降低使用風(fēng)險(xiǎn)，使MSCs優(yōu)勢(shì)最大化是當(dāng)下亟待解決的難題之一。隨著研究的深入，更多的證據(jù)表明，MSCs的條件培養(yǎng)基（conditioned medium，CM）或細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles，EV）中含有MSCs分泌的促進(jìn)抗炎、抗凋亡及血管生成的因子，因此，如何利用CM或EV代替MSCs治療相關(guān)疾病，還需進(jìn)一步探索。

其次，體外培養(yǎng)過程中，如何維持MSCs的干性。有研究顯示，未分化的BM-MSCs主要通過糖酵解代謝獲取能量以維持自我更新和增殖。同時(shí)，高糖酵解率和低氧化代謝也有利于干細(xì)胞的增殖和干性保持[42]。通過控制培養(yǎng)條件改變能量代謝，從而調(diào)控MSCs的分化途徑，可為臨床應(yīng)用提供新的思路。

再次，MSCs應(yīng)用潛力有待進(jìn)一步開發(fā)，因其具有可再生為其他組織細(xì)胞的能力目前被應(yīng)用于醫(yī)療美容，以促進(jìn)組織再生，延緩衰老，但未來還需要通過大量的研究深入了解這類細(xì)胞，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

最后，MSCs已被廣泛應(yīng)用于動(dòng)物疾病模型的研究及疾病治療，但是如何通過調(diào)控其相關(guān)Wnt通路、Notch1通路等影響MSCs的定向分化仍需進(jìn)一步深入研究。