發布時間：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，包括修復心
[摘要]間充質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，包括修復心肌、胰、腎、肝、肺、支氣管、血管、皮膚、骨等組織或器官的損傷。間充質干細胞的免疫調節及靶向性遷移特性，可以發揮治療腫瘤的作用。但是，將間充質干細胞的治療潛能大規模轉化為臨床應用，還需更多的研究。本文對間充質干細胞的臨床應用研究進展進行了綜述。
[關鍵詞]間充質干細胞,移植,組織修復,歸巢
間充質干細胞(MSC)是中胚層來源的干細胞，具有免疫調節、抗炎、營養作用及自我更新和增殖能力，在適宜的微環境里具有向血管、脂肪、神經、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、神經干細胞相比，MSC具有易獲得、易培養、低免疫原性、能在宿主體內長期存活并可在微環境誘導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、易被外源基因轉染并長期表達等優點[2]，已作為理想的種子細胞廣泛應用于組織工程、細胞移植、基因治療及器官移植等領域，具有廣闊的臨床應用前景。
1間充質干細胞在心肌修復中的應用
MSC是細胞治療心臟疾病最有潛力的供體，輸注入體內的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輸注可以修復損傷的動物心肌細胞。在小鼠的急性心肌梗死模型中，經靜脈輸注的MSC可以分化為心肌樣細胞，梗死部位血管內皮生長因子(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]。
有研究發現，損傷的心肌可以產生NO進而上調基質細胞衍生因子-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，形成血管樣結構，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揮修復損傷心肌的作用。Strauer等[5]對慢性心肌梗死患者行輸注MSC治療，結果顯示，患者心肌梗死面積減少30%，左心室射血分數和梗死區室壁運動速率分別增加15%和57%，梗死區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例高齡患者行經冠狀動脈MSC移植術，隨訪2年期間，患者未發生心血管不良事件，冠脈CT檢查提示，患者心梗面積減少，左心室射血分數改善。移植入體內的MSC可以歸巢到損傷的心肌組織部位，并可根據微環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間充質干細胞在胰、腎、肝修復中的應用
MSC可以誘導分化為胰島素分泌細胞。有研究[8]將MSC和微血管內皮細胞混合注入胰島內，發現MSC可以促進胰島血管內皮的生成，并通過免疫調節功能修復損傷的胰腺組織。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分泌的營養因子促進胰腺導管上皮內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動脈輸注MSC，發現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IL-10、TGF-α等抗炎細胞因子水平。2015年一項最新有關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構和功能，分化為腎小球系膜細胞和血管內皮細胞，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肝的目的。一些臨床前期研究[19]表明，MSC移植入體內后可分化為肝樣細胞，分泌抗纖維化營養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信號通路受到抑制，促進肝細胞再生。Peng等[22]研究發現，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揮肝保護作用：(1)MSC向肝細胞方向轉化，促進肝細胞再生;(2)MSC通過旁分泌機制及免疫調節功能促進肝細胞再生[23]。
3間充質干細胞在神經系統修復中的應用
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血管生成，進而改善腦損傷導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，數天至數周后MSC已經遷移至缺血側腦皮質，并分化為神經元細胞和膠質細胞，神經功能得到改善。
提示，MSC可以通過血腦屏障進入腦損傷灶修復損傷的腦組織，腦缺血梗死區具有誘導MSC向神經組織分化的微環境。這一研究為MSC移植治療神經系統疾病提供了實驗依據。此外，MSC還可治療某些中樞神經系統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、多系統萎縮癥[27]。
MSC可能通過以下機制發揮神經保護作用：(1)產生多種促進神經行為功能恢復的營養因子，包括腦衍生神經營養因子、神經生長因子[28]和胰島素樣生長因子[29];(2)MSC歸巢至損傷的腦組織，通過免疫調節作用減少神經細胞的凋亡，改善神經細胞的生存期。MSC對周圍神經損傷亦有修復作用。Zhou等[30]運用骨髓MSC與神經膜細胞復合移植治療大鼠10mm坐骨神經缺損，16周后發現其療效與自體神經移植組療效相當。
4間充質干細胞在呼吸系統疾病中的應用
MSC可在體外或體內誘導分化為肺組織細胞，包括支氣管上皮細胞、肺泡上皮細胞和肺血管內皮細胞[31]，骨髓MSC在肺損傷早期即可遷移入肺內，明顯減輕肺纖維化的程度，改善肺組織換氣功能。肺內輸入MSC可以減輕博萊霉素導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]。
肺內注入MSC可以減輕哮喘動物的肺部氣道炎癥反應，改善氣道高反應性及肺功能[34]。Chow等[35]研究發現，MSC通過Wnt/betacatenin信號通路改變肺血管重構，改善肺功能進而治療慢性阻塞性肺疾病(COPD)。
5間充質干細胞在四肢缺血性疾病中的應用
研究證實，移植MSC可以誘導缺血區血管的發生、增加毛細血管的密度和血流量。MSC通過以下機制發揮生成血管的功能：(1)分化為血管平滑肌細胞和血管內皮細胞重塑血管;(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，募集血液循環中的血管干細胞和(或)祖細胞。純化的MSC應用于肢體缺血性疾病的患者仍處于臨床試驗階段，有限的臨床研究數據顯示，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[37]。
6間充質干細胞在皮膚修復中的應用
MSC可以顯著促進皮膚創傷的愈合，促進表皮細胞再生和血管發生[38]，移植入創傷面的骨髓來源的MSC可以表達角質形成細胞特異性蛋白，促進皮膚再生。朱紅燕等[39]研究發現，MSC經鼠尾靜脈輸注入放射性損傷小鼠后，發現小鼠皮膚愈合速度比對照組快4～6天。但促進MSC分化的微環境和細胞因子還未被闡明，確定誘導MSC分化的蛋白和細胞因子、不同患者所需要的MSC移植的數量及最佳移植時間等，需要進一步研究。
7間充質干細胞在骨及軟骨病中的應用
MSC在特定的宿主環境中可分化為軟骨細胞、成骨細胞、軟骨基質為治療骨及軟骨病帶來了希望。類風濕關節炎是T細胞介導的關節滑膜炎癥，可導致關節畸形。MSC或MSC分化的軟骨細胞可抑制T細胞刺激產生的Ⅱ型膠原的活性，并且可抑制促炎癥因子IFN-γ和TNF-α的產生，增加IL-10和IL-4的產生。
基于MSC的抗炎作用和免疫調節作用，其可在治療類風濕關節炎中發揮修復軟骨和骨損傷的作用，促進關節軟骨修復和骨折愈合。骨關節炎可以累及大部分骨和軟骨，導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節炎的新希望。Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗研究表明，可利用MSC對骨關節炎進行細胞治療。李新江等[40]研究顯示，骨髓MSC及生物蛋白膠復合物可以修復兔膝關節軟骨缺損。
8間充質干細胞在腫瘤治療中的應用
MSC具有免疫調節、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生一系列炎癥趨化因子和細胞因子等誘導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的免疫調節機制極其復雜，MSC可能減少腫瘤細胞在體內的凋亡，而MSC分泌的一些趨化因子也可增加腫瘤細胞的增殖和轉移[43]。
9小結
MSC移植為許多疾病的治療帶來了希望，可以降低病死率，提高患者的生活質量。但是，將MSC的治療潛能轉換為實際臨床應用還有很長的路要走。進行多中心大規模臨床研究為明確MSC移植的安全性和有效性取得循證醫學的證據顯得尤為關鍵。還需要制定嚴格的質量控制標準和行業規范。不同疾病分化后的細胞在體內的作用機制等問題，尚需進一步研究。
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