王惠，趙鵬翔，張旭娟，姚婷婷，劉夢昱，YAO Mawulikplimi Adzavon，謝飛

北京工業(yè)大學環(huán)境與生命學部基礎醫(yī)學研究室，抗病毒藥物北京市國際科技合作基地，北京100124

隨著細胞療法的出現(xiàn)，越來越多的研究者對間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cell，MSCs）進行了研究。MSCs是多能細胞，可分化為多種細胞類型，且來源較廣泛，其治療潛力引起了人們廣泛的關注。有研究表明，骨髓不僅是造血干細胞的來源，也是間充質(zhì)干細胞的來源。間充質(zhì)干細胞是由Caplan等[1]于1991年提出，2006年國際細胞治療學會（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)細胞，但間充質(zhì)干細胞仍被廣泛使用。研究證實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道。本文通過概括介紹MSCs的來源及生物學特性，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的臨床應用提供參考。

1 間充質(zhì)干細胞的生物學特性

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)并分離了該類細胞。

在實際操作過程中，由于不同研究人員對MSCs分離、培養(yǎng)、鑒定方法以及MSCs組織來源等存在差異，最終導致細胞活性、干性等不一致，嚴重制約了MSCs臨床應用策略的制定，此外，對不同群體的比較研究較少也進一步阻礙了該領域的進展。為解決以上問題，ISCT定義了人類MSCs的最低標準[9]：在標準培養(yǎng)條件下，MSCs必須保持塑 料 黏 附 性；MSC必 須 表 達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；在標準的分化條件下，MSCs在體外能分化為成骨細胞、脂肪細胞和軟骨細胞。已有研究證實，MSCs可通過分泌細胞因子或直接接觸免疫細胞參與免疫反應的調(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)干細胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BM-MSCs）具有更強的免疫調(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胞組成的，使腫瘤具有異質(zhì)性。癌癥干細胞（cancer stem cells，CSCs）具有與干細胞（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)境中除了腫瘤細胞和CSCs，還包括許多基質(zhì)細胞和細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）[13]。多種細胞之間相互作用，共同影響腫瘤的發(fā)展進程（圖1）。細胞外基質(zhì)主要包括糖蛋白、膠原蛋白和酶，通過影響腫瘤細胞的黏附、增殖和通信，進而影響腫瘤細胞的遷移。MSCs向腫瘤部位遷移并釋放細胞因子，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、腫瘤細胞的耐藥性和轉(zhuǎn)移等。

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

腫瘤細胞周圍MSCs的增多可促進腫瘤的發(fā)展。Karnoub等[14]研究證明，將來源于人骨髓的MSCs與弱轉(zhuǎn)移的人乳腺癌細胞共注射至皮下部位使其形成腫瘤后，MSCs可促進乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移。在探討AT-MSCs對體內(nèi)、外黑素瘤細胞系作用的一項研究中顯示，與單獨的M4Beu黑色素瘤細胞相比，AT-MSCs與M4Beu黑色素瘤細胞共植入顯著縮短了腫瘤發(fā)作的時間，同時，AT-MSCs共注射組平均腫瘤體積更大[15]。還有研究顯示，與單獨注射人前列腺基質(zhì)細胞MDA PCa 118b相比，MDA PCa 118b細胞和AT-MSCs共注射誘導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注射MDA PCa 118b組[16]。以上結(jié)果表明腫瘤細胞周圍的MSC具有加速腫瘤發(fā)展進程的能力。

由于MSCs具有遷移和靶向腫瘤組織的能力，相關研究者利用經(jīng)過改造的MSCs直接遞送藥物至腫瘤部位殺死腫瘤，如表達干擾素-β（interferon-β,IFN-β）[17]、白細胞介素-28（interleukin 28，IL-28）[18]、白介素-2（IL-2）[19]、腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)[20?22]、IL-15[23]等抗腫瘤細胞因子，MSCs將相關配體直接遞送至腫瘤部位可有效誘導腫瘤消退。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，與單獨培養(yǎng)的腫瘤細胞相比，攜帶IFN-β的MSCs細胞與黑色素瘤細胞A375SM或人乳腺癌細胞MDA 231共培養(yǎng)，可使腫瘤細胞生長受到抑制。Mcguire等[18]的研究證實，MSCs分泌的IL-28可通過白細胞介素28受體α（interleukin 28 receptor-α，IL-28Rα）-STAT1信號通路，觸發(fā)前列腺癌細胞的凋亡。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IL-2的人類羊水間充質(zhì)干細胞（amniotic fluid MSCs，AF-MSCs）可趨化至卵巢腫瘤細胞周圍，并局部分泌IL-2，導致腫瘤細胞的凋亡[19]。與正常細胞相比，膀胱癌組織和細胞中多梳抑制復合物（polycomb repressor complex 1，PRC1）水平明顯升高，抑制PRC1表達可減弱膀胱癌癌細胞增殖、遷移的能力。而MSCs可作為載體，將能夠抑制PRC1表達的miR-139-5p傳遞至膀胱癌細胞中，從而下調(diào)PRC1的表達，進而抑制膀胱癌的發(fā)展[22]。將分泌壞死因子相關的凋亡誘導配體TRAIL的MSCs（MSCs-TRAIL）與肝癌細胞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)瘤細胞的凋亡，還可顯著增加神經(jīng)膠質(zhì)瘤大鼠的存活時間[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分泌IL-15，可有效抑制腫瘤生長并延長荷瘤小鼠的存活率。MSC-IL15還被發(fā)現(xiàn)具有誘導荷瘤小鼠腫瘤特異性T細胞免疫記憶反應的能力[25]。

以上研究表明，間充質(zhì)干細胞對腫瘤微環(huán)境具有顯著趨向性，可利用這些細胞作為傳遞基因或抗癌藥物載體。此外,這些細胞在響應組織損傷和炎癥時表現(xiàn)出類似于免疫細胞的趨化特性，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，向腫瘤位點遷移等特點，在疾病治療中效果顯著。但MSCs分泌的細胞因子也可促進腫瘤的形成和腫瘤細胞轉(zhuǎn)移（圖2），因此，在臨床中不建議直接運用MSCs進行腫瘤相關疾病的治療。MSCs聯(lián)合其他化療藥物或使用分泌腫瘤殺傷因子型的MSCs治療腫瘤相關疾病或可作為未來的發(fā)展方向之一。此外，MSCs在腫瘤進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，還有待進一步深入研究。

圖2 MSCs對腫瘤組織的影響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是內(nèi)源性MSCs，這類細胞不但可募集其他宿主細胞協(xié)調(diào)修復反應，還可迅速遷移到損傷部位，分化為多種皮膚細胞，從而加速傷口愈合。此外，MSCs還可分泌多種生長因子，促進細胞增殖、血管生成，加快組織重塑過程[26]。

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

盡管不同來源的MSCs均表現(xiàn)出促進傷口愈合的能力，但AT-MSCs因其在臨床應用中的局限性更小、更易大量獲得而被廣泛應用。MSCs在正常皮膚中的存在[30]及其在傷口愈合中的關鍵作用[31]證明，外源MSCs的應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，通常以異常成纖維細胞的積累為特征。據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家器官纖維化約占總死亡率的50%[32]。成肌纖維細胞是多種已知的纖維化疾病共有的潛在細胞類型，因此，研究各種疾病中成肌纖維細胞的來源對于開發(fā)新的治療方法至關重要。

MSC在治療纖維化疾病方面也展現(xiàn)了一定的優(yōu)勢。在輻射誘導肺損傷的研究中發(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)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）和肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF），發(fā)揮免疫抑制作用。從而刺激血管生成，為宿主細胞的恢復建立保護環(huán)境，減少肺損傷的發(fā)生[33]。在一項Ⅰ期試驗中發(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，且其中2例患者的晚期肝病評分明顯改善[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，抑制成纖維細胞活化，減少細胞外基質(zhì)沉積，并最終改善心肌功能。MSCs分泌的多種細胞因子也有利于對抗纖維化。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胞并釋放HGF，抑制miR-155介導的纖維化信號，從而促進心肌梗死小鼠的左心室重構(gòu)[37]。MSCs衍生的細胞外囊泡可通過AMPK/mTOR和Akt/mTOR途徑[38]增強心肌細胞自噬，并通過缺氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）/Jagged 1通路[39]促進血管生成，減少細胞凋亡。有研究[40?41]發(fā)現(xiàn)，移植的MSCs可遷移至梗死的心肌組織，減少炎癥反應和纖維化，促進新血管的形成，并分化為心肌樣細胞，有助于梗死心肌的修復。

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

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對促進和抑制腫瘤具有不同的功能，在植入MSCs進行疾病治療前，需檢測MSCs的腫瘤標志物的表達。此外，MSCs具有分化為纖維化疾病潛在細胞類型的風險，因此，降低使用風險，使MSCs優(yōu)勢最大化是當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）或細胞外囊泡（extracellular vesicles，EV）中含有MSCs分泌的促進抗炎、抗凋亡及血管生成的因子，因此，如何利用CM或EV代替MSCs治療相關疾病，還需進一步探索。

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，高糖酵解率和低氧化代謝也有利于干細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，可為臨床應用提供新的思路。

再次，MSCs應用潛力有待進一步開發(fā)，因其具有可再生為其他組織細胞的能力目前被應用于醫(yī)療美容，以促進組織再生，延緩衰老，但未來還需要通過大量的研究深入了解這類細胞，擴大應用范圍。

最后，MSCs已被廣泛應用于動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Wnt通路、Notch1通路等影響MSCs的定向分化仍需進一步深入研究。