王 蕾白 海*

（1 蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院血液科，全軍血液病中心，甘肅 蘭州 730050；2 蘭州大學第二臨床醫(yī)學院血液科，甘肅 蘭州 730050）

骨髓間充質干細胞在組織修復中的作用

王 蕾1,2白 海1*

（1 蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院血液科，全軍血液病中心，甘肅 蘭州 730050；2 蘭州大學第二臨床醫(yī)學院血液科，甘肅 蘭州 730050）

間充質干細胞（MSC）是干細胞家族的重要成員，來源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層。MSC最初在骨髓中發(fā)現，隨后還發(fā)現存在于人體發(fā)生、發(fā)育過程的多種組織中，由于骨髓是其主要來源，因此統稱為骨髓間充質干細胞。因BMSCs具有多向分化潛能、造血支持和促進干細胞植入、免疫調控和自我復制等特點而日益受到人們的關注。己經成為治療多種組織損傷性疾病的理想種子細胞。

骨髓間充干細胞；組織修復；歸巢；旁分泌；免疫調節(jié)

骨髓中除含有能分化成各種血細胞的造血干細胞之外，還含有基質細胞系的干細胞即間充質干細胞。BMSCs具備了胚胎干細胞的生物學特性，有較強的可塑性，在一定環(huán)境和特異的因子誘導下，具有向多種細胞系分化的潛能，可分化為骨細胞、軟骨細胞、心肌細胞、血管內皮細胞、神經元樣細胞、脂肪細胞、胰島細胞和肝細胞等3個胚層細胞。BMSCs移植后具有定向分化和旁分泌功能，而且在同種異體內具有低免疫原性和免疫調節(jié)作用，從而使干細胞移植避免了同種異體MHC配型的局限性，可作為理想的種子細胞用于衰老和病變引起的組織器官損傷修復。本文就此綜述如下。

1 骨髓間充質干細胞的歸巢

歸巢是指自體或外源性BMSCs在多種因素作用下，定向趨向性遷移越過血管內皮細胞至靶組織并定植存活的過程[1]。微環(huán)境的改變是BMSCs歸巢的始動因素，損傷的組織和損傷后激活的細胞通過釋放多種趨化因子、黏附因子和生長因子，刺激BMSCs遷移到受損部位。損傷后的微環(huán)境利于動員代償反應機制，可能與損傷情況下啟動了BMSCs某些信號分子應答上調有關。BMSCs向損傷或缺血等組織的歸巢行為和所涉及的一系列分子與白細胞向炎性組織的歸巢機制十分相似。盡管MSCs向損傷或缺血組織的歸巢的具體機制至今仍尚不明確。但一般認為與以下幾方面因素有關：

1.1 趨化因子

BMSCs表達不同的趨化因子受體（如CCR1、CCR7、CXCR4、CXCR6和CX3CR1等），因而可以依濃度梯度向不同的趨化因子（如CXCL12、CX3CL1、CXCL6和CCL19等）趨化遷移，因此表達不同趨化因子受體是BMSCs歸巢至損傷組織所必需的[2]。目前的研究認為CXCL12/CXCR4軸是BMSCs向損傷組織歸巢的最要的生物軸[3]。CXCL12是一種含CXC模序趨化因子家族成員，也稱為基質細胞衍生因子-1(stromal cell derived factor-1，SDF-1)，損傷組織局部濃度很高，MSCs表面表達其受體CXCR4，CXCL12可將MSCs募集到損傷位點參與組織修復，具有抑制BMSCs凋亡，增加其存活率及增殖活性等作用。Lee等人在應用BMSCs治療嚴重大腦中動脈卒中的患者，證明了MSCs與CXCL12有協同作用[4]。抑制CXCL12/CXCR4軸可降低MSCs歸巢到損傷位點的效率。目前大多數學者傾向于BMSCs的遷移主要是趨化因子家族及其受體的操控，但目前為止并沒達成共識。

1.2 黏附分子

BMSCs的歸巢和植入與白細胞遷移至炎癥部位或淋巴細胞歸巢相似，BMSCs需要經過在內皮細胞上捕獲、滾動黏附，然后穿過血管內皮細胞層及基底膜進入損傷組織[5]。這一過程需要很多黏附分子參與，如E-選擇素、CD44、CD31、CD105、血管細胞黏附因子1( vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1，即CD106)、CD54、CD29、整合素、結合黏附分子、鈣黏著糖蛋白等。遲發(fā)抗原4( very late antigen-4，VLA-4)是CD106的配體，VCAM-1與VLA-4構成的VLA-4/VCAM-1軸在緊密黏附過程中起重要作用。Segers等研究發(fā)現，在靜態(tài)培養(yǎng)的MSCs中加入VCAM-1的抗體后，MSCs對心臟毛細血管的內皮細胞的黏附力消失[6]。這就表明VCAM-1在MSCs的內皮黏附起重要作用。

1.3 生長因子

TGF、HGF、VEGF、IGF、PDGF、堿性成纖維生長因子等在BMSCs的歸巢中發(fā)揮著重要作用。鄭彥文等人[7]研究發(fā)現，組織損傷后HGF在局部的濃度提高，HGF可以增強BMSCs的遷延，對其有強烈的趨化作用，遷移效率隨著HGF濃度的增加而增加。PI3K是調節(jié)細胞遷移的關鍵信號通路，HGF通過與BMSCs上的c-met受體結合，引起受體二聚體發(fā)生構象改變，進而激活PI3K信號通路。Ponte等人研究表明，PDGF和IGF在受損組織內高表達，對BMSCs在體內的歸巢起著至關重要的趨化作用[8]。

1.4 酶

細胞發(fā)生遷移時需要降解細胞外基質與基底膜，此過程與MMP的作用密切相關。Ries等人研究發(fā)現BMSCs合成和表達基質金屬蛋白酶-2、膜型金屬蛋白酶、金屬蛋白酶組織抑制劑等，這些蛋白有助于穿越重組細胞基底膜，在BMSCs跨內皮細胞層過程中起重要作用[9]。Neuss等研究顯示，BMSCs分泌的纖溶酶(組織纖溶酶原激活物、尿激酶型纖溶酶原激活物、尿激酶型纖溶酶原激活物受體、纖溶酶原激活物抑制因子)，這些纖溶酶能促使BMSCs進入纖溶蛋白凝塊并將其降解，從而使BMSCs進入損傷組織并參與組織修復重建[10]。

歸巢的實質就是組織損傷后釋放細胞因子，趨化那些表達相應配體的BMSCs到達損傷部位的過程。在大鼠肝損傷模型中，MSCs可定向遷移并定居于損傷的肝組織中，對該區(qū)域的肝組織有明顯的修復作用[11]。Grisendi等人用MSCs治療腫瘤，發(fā)現MSCs可歸巢定位于腫瘤組織，促進腫瘤凋亡，而對正常組織沒有明顯毒性[12]。臨床試驗發(fā)現將異基因BMSCs 移植入骨嚴重發(fā)育不全的兒童，BMSCs可植入并參與新骨的生成。

2 骨髓間充質干細胞的旁分泌效應

細胞分泌分為自分泌、旁分泌、遠距離分泌3種形式，BMSCs作為一種骨髓基質細胞的前體細胞，分泌的細胞因子主要是通過旁分泌的形式發(fā)揮作用，即分泌的細胞因子通過組織間隙作用于周圍細胞，起減輕炎性反應、免疫調節(jié)、促血管生成等作用[13]。

2.1 旁分泌的物質

研究證實，BMSCs發(fā)揮作用的優(yōu)勢不只是由于其分化為組織特異性細胞，還因為其能分泌有改善組織微環(huán)境的物質[14]。包括：①生長因子，如VEGF、FGF、HGF、PDGF、IGF、KGF、TGF、PGF、TGF、NGF等。②白細胞介素，如IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-12、IL-14、IL-15等。③集落刺激因子，如CFU-C、GM-CSF、G-CSF、M-CSF、SCF、TPO、LIF、TPO等。④趨化因子，如中性粒細胞趨化因子（CIWC-1）、單核細胞趨化因子（MCP）等。⑤干擾素和腫瘤壞死因子，如IFN-γ、TNF-α、TNF-β。⑥其他生物活性物質，如營養(yǎng)因子（神經營養(yǎng)因子BDNF、膠質源性神經營養(yǎng)因子GDNF等）和酶（金屬蛋白酶、纖溶酶、COX等）等其他種類的活性物質來改善組織局部及全身的微環(huán)境。

2.2 旁分泌效應在組織中的作用

組織損傷和炎性反應是同時和并存的過程，過強的炎性反應不利于組織恢復反而再次加重組織損傷，MSCs能夠抑制IL-1、TNF-α、TNF-γ、一氧化氮合酶等促炎細胞因子的分泌，上調抗炎細胞因子IL-10、FGF和Bcl-2蛋白的分泌，具有明顯的抑制炎性反應的作用。PGE-2是由COX-1和COX-2合成，PGE-2不僅在抗炎反應中發(fā)揮重要作用，還能抑制淋巴細胞增殖。BMSCs能夠表達COX-1，而COX-2是由炎癥因子（IL-1b、IL-6、IFN-r和TNF-a等）誘導產生。Tanaka等將培養(yǎng)的MSCs經尾靜脈注射到經DSS處理的Lewis大鼠，發(fā)現一些與結腸炎癥相關的細胞因子的mRNA如TNF-a/IL-1b和COX-2都減少了，BMSCs通過抗炎效應改善結腸炎癥狀[15]。BMSCs分泌的活性物質尤其是VEGF可影響血管細胞的增值、遷移、黏附和細胞外基質形成等血管生成的多個環(huán)節(jié)。Nguyen等用培養(yǎng)MSCs的上清液經冠脈內注入AMI動物模型，結果顯示升高的肌鈣蛋白T明顯降低，各心超參數(如左室縮短率、心搏量、心室壁運動評分指數等)明顯提高，提示心功能的改善與MSCs的旁分泌效應有關[16]。BMSCs移植后通過血腦屏障，能夠分泌神經營養(yǎng)因子發(fā)揮營養(yǎng)支持作用，抑制炎癥因子表達，抑制膠質細胞再生，誘導巨噬細胞遷移至損傷部位，從而減少瘢痕形成，減少組織再生的抑制因素。而外源性神經營養(yǎng)因子不能通過血腦屏障，因此將BMSCs注射到動物腦缺血部位，能夠促進局部組織血管化和神經功能的恢復[17]。MSCs能夠通過旁分泌效應修復由缺血/再灌注引起的急性腎損傷，促進殘存的腎小管上皮細胞增殖，抑制管狀上皮細胞凋亡[18]。這些都說明BMSCs的旁分泌作用在改善組織微環(huán)境促進組織恢復的過程中發(fā)揮著重要作用。這些細胞因子可在損傷組織中發(fā)揮類似但又有組織特異效果的作用，但最終影響均是促進損傷組織的恢復。

3 骨髓間充質干細胞的免疫調節(jié)作用

目前，異體移植的最大障礙是強烈的免疫排斥反應，使之未能有效應用于臨床。BMSCs是比較原始的細胞，無免疫原性，不僅可逃避免疫系統(自體T細胞及NK細胞)的識別，也可抑制免疫細胞包括T細胞、B細胞和NK細胞的功能，影響抗原呈遞細胞的活性。由于其體內植入反應小，可在不需要HLA配型的基礎上比較放心的進行異基因細胞移植。這表示BMSCs具有治療免疫性疾病和移植排斥反應的廣闊前景，是誘導免疫耐受的一種很有前景的手段，這一點已得到證實，這也是BMSCs能放心用于修復組織損傷的優(yōu)勢之一。

BMSCs的免疫調節(jié)作用，一方面是通過分泌活性物質而發(fā)揮作用，另一方面是通過BMSCs與免疫細胞相互接觸而發(fā)揮作用。主要表現在：①對T細胞的調節(jié)：T細胞是特異性免疫的主要執(zhí)行者，MSCs能夠通過多種通路調節(jié)T細胞的亞群的分化、增殖和活化。MSCs缺乏共刺激因子，其表達的PD-L1和PD-L2可以和T細胞表達的PD-1分子結合，傳遞免疫抑制信號，抑制T細胞的增殖和活化[19]。MSCs分泌的可溶性因子(IL-6）、IL-10、PGE2、HGF、IDO等)在免疫調節(jié)中發(fā)揮重要作用。半乳糖凝集素-1和絲氨酸蛋白酶抑制劑參與了MSCs的免疫抑制作用[20]。很多研究發(fā)現，BMSCs可以增加CD4+CD25+的Tregs細胞的數目，而且通過促進CD4+細胞表達CTLA-4，從而誘導免疫耐受，有利于預防移植物抗宿主病的發(fā)生，Tregs也可以阻止DC的成熟。②對B細胞的調節(jié)：BMSCs分泌的可溶性物質可以影響B(tài)細胞的擴增，削弱B細胞產生抗體的信號而阻礙B細胞的分化。BMSCs還可以下調B細胞的相關標記物的配體的表達而影響B(tài)細胞的趨化功能。武令啟等用羊抗人IgM單克隆抗體在體外刺激與MSCs共培養(yǎng)的外周血B淋巴細胞。結果顯示，MSCs及其培養(yǎng)上清明顯抑制B淋巴細胞的增殖，并且這種抑制作用與MSCs的數量及其上清的濃度有關。③對NK細胞的調節(jié)：NK細胞是天然免疫的重要效應細胞，可以分泌促炎性因子，在抗病毒和腫瘤免疫應答中起著關鍵作用。BMSCs可以改變NK細胞的表型，進而減低CD56的表達，減少NK細胞TNF-α和IL-10的分泌，還可以通過抑制刺激NK細胞增殖的一些因子（如IL-2、IL-15、IFN-r等）來抑制NK細胞的增殖及其細胞毒性。④對DC細胞的調節(jié)：MSCs具有干擾DC分化和成熟的功能。MSCs能下調DC表面CD11c、CD83、MHC-Ⅱ及共刺激分子如CD40、CD54、CD80及CD86等的表達，抑制IL-12的分泌，從而抑制單核細胞來源的髓樣DC的成熟、遷移以及激活T細胞的能力。

BMSCs的免疫調節(jié)作用是一個復雜的過程，有很多機制沒有完全明了，但可以肯定的是骨髓間充質干細胞的免疫抑制作用可以促進組織修復。Wend等人在用MSCs治療19例難治性cGVHD的患者中發(fā)現，聯合MSCs治療的患者可以減少免疫抑制劑的用量，改善患者的生活質量，提高生存率，且在治療過程中沒有出現任何不良事件。動物研究表明，間充質干細胞能通過重建機體免疫耐受和免疫應答平衡，使患有I型糖尿病的動物血糖下降，逆轉動物的糖尿病癥狀，阻止糖尿病的發(fā)生和發(fā)展。Asku等人發(fā)現BMSCs可以治療皮膚移植小鼠移植物抗宿主病，顯著的延長皮膚的存活時間。在半相合異基因小鼠心臟移植模型中，通過輸注供體的MSCs可誘導免疫耐受延長移植心臟的存活時間，此過程與MSCs增加了CD4+CD25+Foxp3+的Tregs細胞數目和減弱抗供體Th1的活性有關。

4 存在的問題和展望

BMSCs可以從修復缺損、控制炎癥和免疫調節(jié)等方面發(fā)揮治療作用，這比藥物從單一途徑進行治療具有明顯的優(yōu)勢。許多疾病都牽涉到缺血、炎癥及免疫損傷等方面，所以BMSCs具有廣闊的應用前景。雖然骨髓間充質細胞在組織修復方面的研究應用已經取得了很大的進展，但在進入臨床應用前還有很多問題需要解決：①對BMSCs本身特性的研究和在組織工程方面的利用研究，都希望利用純的干細胞成分，但實驗證明體外分離的BMSCS均為各種細胞的混雜。如何才能更有效地獲得純化的BMSCs，有待于對其細胞學特點和分化各階段細胞特異性標志物的研究。②目前的動物實驗研究多是針對單一疾病模型的研究應用，但人體是一個復雜的整體，具有復雜的反饋調控機制，如何控制BMSCS定向遷移入損傷的組織中的增殖和分化，既提高靶向性和高效性，從而達到預期療效，還需要在動物學實驗成熟的基礎上進一步行臨床實驗研究。③骨髓間充質細胞與不同組織細胞間相互作用，以及對其生長、分化產生的影響，目前，其作用的機制尚不清楚。④輸入骨髓間充質干細胞后的臨床作用時效和遠期效果尚未得到有效評估。盡管如此，與其他的種子細胞相比，仍具有不可忽視的優(yōu)點。例如：取材方便，有強大的增殖分化潛能，無MHC限制，不存在倫理問題等。因此，隨著研究方法的改進，隨著我們對BMSCS研究的進一步深入，它的優(yōu)點將被充分挖掘，它將作為一種完美的種子細胞，廣泛應用于治療機體無法自然修復的組織細胞和器官損傷等多種難治性疾病，具有廣闊的臨床應用前景。

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1671-8194（2013）17-0069-03

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