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路就在你的腳下延伸，每前進一步，就離真理更近一步。溫故知新，了解當今MSC的功能特點和臨床挑戰(zhàn)！這些都是值得思考的問題。

撰稿：東海老師

第一：間充質(zhì)干細胞

間充質(zhì)干細胞（MSCs）的臨床應(yīng)用日益受到關(guān)注。然而，目前的臨床試驗結(jié)果絕大多數(shù)不能滿足醫(yī)療需求。與胚胎干細胞、誘導(dǎo)多能干細胞、造血干細胞不同，間充質(zhì)干細胞有其獨特的功能特點。因此，關(guān)于MSCs的生物學(xué)特性與治療相關(guān)的一些問題需要在未來的臨床應(yīng)用中進一步探討。

從這個角度出發(fā)，我們重點關(guān)注MSCs的基本且重要的生物學(xué)特性，進而分析MSCs的臨床應(yīng)用。我們試圖為優(yōu)化MSC治療策略以改善治療效果提供合理的解釋。

1 MSC功能

基于體外多重分化潛能、免疫調(diào)節(jié)作用（低免疫原性）、促進組織器官修復(fù)三大功能特點，MSC備受臨床醫(yī)生和科學(xué)家的關(guān)注。

近20年來，基礎(chǔ)研究和臨床研究涌現(xiàn)出大量科研成果。歐盟、日本、加拿大、新西蘭、韓國、臺灣等國家已批準MSC作為干細胞藥物。干細胞療法曾被視為包治百病的靈丹妙藥[1]。理論上，胚胎干細胞（ESC）和誘導(dǎo)多能干細胞（iPS）可能是萬能的，但MSC肯定不是。然而，由于細胞生物學(xué)與傳統(tǒng)藥理學(xué)的差異，間充質(zhì)干細胞作為藥物面臨著巨大的臨床挑戰(zhàn)，必須在臨床上證明其功效[2]。最近有一篇綜述討論了培養(yǎng)基、細胞來源、培養(yǎng)環(huán)境和保存方法的選擇對MSC產(chǎn)品表型和臨床使用的影響，明確指出細胞質(zhì)量和細胞數(shù)量是MSC臨床應(yīng)用的兩個關(guān)鍵因素[3]。

本文結(jié)合MSC的功能特點，對MSC治療的機制及可能的影響因素進行深入分析，試圖為MSC治療策略的優(yōu)化，提高治療效果提供合理的解釋。

2 MSCs的異質(zhì)性

間充質(zhì)干細胞存在于多種組織中，包括骨髓（BM）、脂肪（AD）、臍帶血（UBC）、臍帶（UC）、羊膜（AM）和牙髓（DP）。基本上，來自不同組織來源的MSC 具有相同的細胞表面標記[4] 和三種分化能力[5]。盡管它們具有相同的基本功能特征，但它們之間的功能強度存在差異，例如細胞大小、增殖潛力、分泌的細胞因子和免疫抑制能力。

來自不同組織的MSC群體的基因表達和分化能力差異很大[6]。人脂肪間充質(zhì)干細胞與人骨髓間充質(zhì)干細胞在發(fā)育、生物學(xué)、臨床前和臨床應(yīng)用等方面存在一定差異[7]?；虮磉_數(shù)據(jù)顯示，來自臍帶和羊膜的MSC 具有更高的免疫調(diào)節(jié)能力，而骨髓MSC 則顯示出更好的支持神經(jīng)元分化和發(fā)育等再生過程的潛力[8]。由于小鼠/大鼠的遺傳背景高度一致，小鼠/大鼠來源的間充質(zhì)干細胞的比較數(shù)據(jù)更有意義、更有說服力。與骨髓MSC相比，脂肪MSC表現(xiàn)出更高的增殖活性，并產(chǎn)生更多的血管內(nèi)皮細胞生長因子（VEGF）和肝細胞生長因子（HGF），從而可以更好地治療小鼠腦缺陷。血液模型[9]。與來自相同大鼠的骨髓MSC 相比，具有高增殖率的脂肪MSC 表達更高水平的巢蛋白和神經(jīng)營養(yǎng)因子[10]。在相同的培養(yǎng)體系下，馬骨髓MSC的群體倍增時間（PD）在約27PD（第10代）后顯著增加，骨髓MSC在第11代時停止增殖，而馬臍帶MSC和脂肪MSC達到約60 -80 總?cè)后w倍增（20-22 代）[11]。馬組織來源的間充質(zhì)干細胞的實驗也表明，在相同的培養(yǎng)條件下，骨髓間充質(zhì)干細胞比脂肪間充質(zhì)干細胞和臍帶間充質(zhì)干細胞衰老得早得多。

除了組織多樣性外，在使用健康人骨髓MSC進行細胞治療時，還需要考慮供體變異性導(dǎo)致的MSC增殖動力學(xué)的差異[12]。來自多個供體的人骨髓間充質(zhì)干細胞在集落形成、細胞大小、增殖能力和免疫抑制能力方面差異很大[13]。由于骨髓細胞的CFU-F隨著年齡的增長而降低[14-16]，導(dǎo)致祖細胞無法補充[17-21]，因此CFU-F實驗也被用來評估MSC的質(zhì)量[22]。

衰老的MSC會發(fā)生一些變化：質(zhì)量下降、分化/再生能力下降、遷移能力下降[23]。

多個研究小組已經(jīng)證明，來自老年捐獻者的MSC 在人類[24-26] 和大鼠[27, 28] 中增殖速度較慢。在老年捐贈者的樣本中，SA--Gal（細胞衰老標志物）陽性的骨髓MSC 數(shù)量有所增加[29]。生物活性氧是正常氧代謝的天然副產(chǎn)品，在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和體內(nèi)平衡中發(fā)揮重要作用[30]。隨著年齡的增長，MSC強大的抗氧化活性逐漸降低[31]。從細胞形態(tài)來看，當老年供體的MSCs在體外培養(yǎng)時，其細胞體比年輕的MSCs要大得多[25,32,33]，并且細胞體的增大與細胞衰老密切相關(guān)。 34]。骨髓MSC 與年齡相關(guān)的衰老會降低細胞表面標志物CD13、CD29、CD44、CD73、CD90、CD105、CD146 和CD166 的表達[35, 36]。此外，與大鼠年輕的MSCs相比，機體衰老對MSCs的增殖、多能性和代謝特性產(chǎn)生負面影響。老化的間充質(zhì)干細胞在體外擴增過程中顯著喪失其祖細胞特征并降低抗氧化能力。 [28]。有趣的是，間充質(zhì)干細胞分化為脂肪細胞、成骨細胞和軟骨細胞的能力是不受年齡影響的基本生物學(xué)特征[37]。此外，MSCs的成骨能力與體外分化能力無關(guān)[37-40]。

3 MSCs的老化

MSC的體外培養(yǎng)擴增不可避免地會經(jīng)歷復(fù)制衰老[35, 41-43]，并伴有基因組不穩(wěn)定[44-47]，這是MSC細胞治療行業(yè)的嚴重障礙。

MSC 在長期培養(yǎng)過程中會經(jīng)歷衰老，隨后改變其代謝特征[28, 48]。這種代謝特征的變化與線粒體融合和裂變事件有關(guān)[28,49,50]。復(fù)制次數(shù)的增加往往伴隨著衰老過程中遺傳損傷積累的增加[51]，從而削弱了干細胞的可用性和功能[52]。需要注意的是，由于接種起始MSC細胞濃度不同，即使擴增代數(shù)相同，細胞的復(fù)制周期也不一致。復(fù)制衰老與復(fù)制周期有關(guān)，與代數(shù)關(guān)系不大。核型分析顯示，骨髓間充質(zhì)干細胞在第18代時出現(xiàn)染色體異常和端粒酶縮短[53]，而臍帶間充質(zhì)干細胞直到第30代仍保持染色體穩(wěn)定性[54]。然而，也有研究表明，人類間充質(zhì)干細胞似乎遺傳穩(wěn)定，長期培養(yǎng)后未顯示染色體異常，并且不具有致瘤性[53, 55]。有趣的是，由天然修復(fù)蛋白組成的血小板裂解物可以支持人骨髓間充質(zhì)干細胞的長期培養(yǎng)擴增，并具有穩(wěn)定染色體的作用[56]。

長期細胞培養(yǎng)后，骨髓間充質(zhì)干細胞的復(fù)制性衰老表現(xiàn)為增殖率低、衰老相關(guān)-半乳糖苷酶活性高、DNA修復(fù)和抗氧化能力降低、p53和p16表達增強[57]。 p16INK4a 的表達和-半乳糖苷酶活性與細胞面積密切相關(guān)。人骨髓間充質(zhì)干細胞第5代的面積是第1代的4.8倍[58]。這些發(fā)現(xiàn)可用于開發(fā)新的基于非侵入性成像的方法來篩查和量化臨床級細胞培養(yǎng)物中的衰老[58]。然而，另一項實驗表明，p53和p16基因的表達在第15代時沒有明顯變化[59]。高傳代MSC 還顯示p21 表達增加[60]。 p21 是細胞周期蛋白依賴性激酶的抑制劑，在高傳代MSC 中敲除p21 將增強MSC 增殖[60, 61]。

當骨髓間充質(zhì)干細胞培養(yǎng)至第9代時，80%的SA-gal陽性細胞出現(xiàn)，即80%的間充質(zhì)干細胞已經(jīng)衰老[35]。另一個實驗室培養(yǎng)牙髓MSC，在第10-11代發(fā)現(xiàn)約40% SA-gal陽性MSC[19]。傳代相關(guān)衰老的差異可能歸因于不同的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)[62, 63]。此外，高世代間充質(zhì)干細胞可以觸發(fā)更直接的血液介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[64]并激活補體途徑[64, 65]，限制它們在體內(nèi)的存活和功能。

衰老的間充質(zhì)干細胞經(jīng)歷顯著的遺傳和表觀遺傳變化[66-69]。大量證據(jù)表明miRNA在調(diào)節(jié)干細胞功能中發(fā)揮著重要作用[70]。干細胞的衰老也與miRNA表達失調(diào)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)miR-335和miR-195在骨髓間充質(zhì)干細胞的衰老中發(fā)揮關(guān)鍵作用，改變其表達可以逆轉(zhuǎn)間充質(zhì)干細胞的治療效果[71, 72]。兩項研究通過微陣列或定量PCR方法證明，長期培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細胞中與衰老相關(guān)的miRNA的表達譜會發(fā)生變化[35, 73]。對人臍帶間充質(zhì)干細胞和臍帶血間充質(zhì)干細胞的早期（P4傳代）和晚期（P11傳代）傳代的MicroRNA譜分析表明，臍帶血和臍帶血來源的MSC的衰老機制可能不同[74]。高傳代（P13-P22）MSC 比低傳代（P3-P7）MSC 分泌更小的微泡（MV）（500 nm），伴隨著CD105+MSC-MV 的減少和miR-146a-5p 的增加。 75]。

如上所述，長期細胞培養(yǎng)可能會降低間充質(zhì)干細胞的治療效果。例如，來自大鼠骨髓的低傳代（P4）MSC比高傳代（P40）MSC更有效地在體外誘導(dǎo)分化為多巴胺能樣細胞[76]。與低傳代(P2-3) MSC 相比，高傳代(P7) MSC 的條件培養(yǎng)基顯示神經(jīng)保護功能降低[77]。使用大鼠疾病模型，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)擴增的小鼠間充質(zhì)干細胞的心臟保護作用隨著傳代次數(shù)的增加而降低，并在第5代時消失[78]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，人骨髓間充質(zhì)干細胞的復(fù)制性衰老是由于泛素C（UBC）表達減少所致[79]。聚（ADP-核糖）聚合酶-1 (PARP-1) 通過依賴于損傷響應(yīng)激酶ATM 的復(fù)雜信號機制響應(yīng)DNA 損傷而被激活[80]。人骨髓MSC 在低傳代(P2-3) 中表達較高水平的PARP-1，比高傳代(P10) 的MSC 更能抵抗輻射或基因毒性劑誘導(dǎo)的DNA 損傷[81]。低傳代MSC 中PARP-1 的敲低導(dǎo)致對輻射誘導(dǎo)的細胞凋亡敏感[81]。因此，刺激長期培養(yǎng)的MSC中UBC和PARP-1的表達是延緩復(fù)制衰老的有效途徑。雖然大規(guī)模培養(yǎng)第三代間充質(zhì)干細胞可以滿足臨床應(yīng)用的需要[82]，但我們也需要關(guān)注大規(guī)模培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的細胞復(fù)制衰老[35, 66]。

那么，在實際操作中，應(yīng)該選擇哪一代的MSC進行臨床研究呢？顯然，根據(jù)培養(yǎng)過程的不同，MSC 經(jīng)歷復(fù)制衰老的代數(shù)會有所不同。有的實驗室MSC培養(yǎng)第7代后復(fù)制性衰老就很明顯，而有的實驗室直到第10代才出現(xiàn)明顯的復(fù)制性衰老。

4. MSCs的免疫調(diào)節(jié)能力

一些評論已經(jīng)闡明了MSC 和免疫細胞之間相互作用的可能機制[83-87]。 MSCs具有較強的免疫抑制潛力，且與劑量呈正相關(guān)。然而，工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)MSCs在3期試驗中未能有效治療激素難治性急性GVHD[88]。一項綜述分析了可能的原因：供體差異、表觀遺傳重編程、免疫原性和冷凍保存[89]。另一項關(guān)于MSC 治療激素難治性GVHD 的系統(tǒng)回顧和薈萃分析發(fā)現(xiàn)，單次MSC 治療后的6 個月生存率為63%，并且與患者年齡、MSC 培養(yǎng)基或提供的MSC 劑量無關(guān)。 [90]。然而，盡管MSCs具有強大的免疫調(diào)節(jié)潛力，但MSCs在GVHD 3期臨床試驗中失敗的原因仍需要深入研究和調(diào)查。

長期培養(yǎng)是否會損害MSCs的免疫調(diào)節(jié)功能？目前的研究結(jié)果并不一致。根據(jù)體外實驗，MSCs從第2代到第7代的免疫抑制作用沒有顯著差異[91]。有研究還發(fā)現(xiàn)，人臍帶間充質(zhì)干細胞的免疫調(diào)節(jié)功能從第4代到第9代有下降趨勢[92]。有爭議的是，人臍帶間充質(zhì)干細胞在第15代時的抑制活性高于第3代時的抑制活性[93]。然而，在耐藥GVHD患者中，接受健康供體低傳代MSCs（P1-2）的患者1年生存率為75%，而接受高傳代MSCs的患者1年生存率為75%。 MSCs（P3-4）僅為21%。 [94]。長期培養(yǎng)（從P3到P7）對大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞的免疫特權(quán)沒有任何顯著影響[95]。

有研究提示，來源于臍帶和羊膜的MSCs的免疫調(diào)節(jié)能力明顯優(yōu)于來源于骨髓和臍帶血的MSCs[96]。脂肪間充質(zhì)干細胞的免疫調(diào)節(jié)能力也明顯優(yōu)于骨髓間充質(zhì)干細胞[97-99]。然而，最近的一項研究表明，脂肪間充質(zhì)干細胞的免疫抑制能力略高于來自同一供體的骨髓間充質(zhì)干細胞，但沒有統(tǒng)計學(xué)差異[100]。這一結(jié)果與小鼠實驗一致，即來自同一小鼠的脂肪間充質(zhì)干細胞和骨髓間充質(zhì)干細胞抑制T細胞增殖的免疫抑制能力沒有差異[101]。有趣的是，間充質(zhì)干細胞的免疫調(diào)節(jié)能力與其自身的增殖潛力之間沒有明顯的關(guān)系[13, 102]。

因此，我們需要明確影響MSCs免疫抑制能力的因素，進而選擇免疫抑制能力最強的MSCs來治療免疫性疾病。

5 間充質(zhì)干細胞和炎癥環(huán)境

與傳統(tǒng)化學(xué)藥物不同，間充質(zhì)干細胞是與其環(huán)境相互作用的活細胞。

在某些條件下，MSC 可能充當促炎細胞并交叉呈遞可溶性外源抗原，作為其抗原呈遞細胞特性的一部分[85, 103]。干擾素- 刺激骨髓MSC 上調(diào)MHC-II 分子的表達并向T 細胞呈遞外源抗原[96, 104]。有趣的是，炎癥環(huán)境不會增加臍帶、臍帶血和羊膜間充質(zhì)干細胞中HLA-DR 的表達[8, 96, 105-107]。動物實驗表明，干擾素-與T細胞和巨噬細胞分泌的TNF-聯(lián)合誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡，從而抑制骨髓間充質(zhì)干細胞對骨愈合的作用[108, 109]。炎癥因子IL-2激活的NK細胞和CD3/CD28激活的T細胞均可通過Fas/FasL途徑誘導(dǎo)MSC凋亡[110, 111]。炎癥環(huán)境還可增加HLA-DR的表達，從而加速MSCs的清除[96]。炎癥細胞因子還通過誘導(dǎo)BECN1的表達協(xié)同誘導(dǎo)MSC自噬，從而削弱MSC治療實驗性自身免疫性腦脊髓炎的療效[112]。有爭議的是，用干擾素-[113, 114]或白細胞介素-17[115]預(yù)處理后，骨髓間充質(zhì)干細胞的治療效果會增強。高水平的血清干擾素-可以預(yù)測活動性類風濕關(guān)節(jié)炎患者對骨髓間充質(zhì)干細胞治療的良好臨床反應(yīng)[116]。與正常脊髓組織提取物相比，慢性損傷的脊髓組織提取物顯著促進MSC分泌VEGF[117]。由創(chuàng)傷性腦組織和缺血性腦組織制備的提取物還可以促進MSC 中各種神經(jīng)營養(yǎng)生長因子的表達[118, 119]。

對急性肝衰竭豬的實驗發(fā)現(xiàn)，嚴重的炎癥環(huán)境限制了MSC的有效性，因為MSC在嚴重炎癥的肝臟環(huán)境中存活率較低[120]。 MSC未能提高伴有全身炎癥的慢性肝衰竭患者的生存率，但減輕炎癥明顯有利于提高MSC的治療效果[121]。在一項MSC治療兒童激素難治性GVHD的多中心臨床研究中，MSC在疾病早期的干預(yù)比晚期治療更有效[122]。這些數(shù)據(jù)清楚地表明，嚴重的炎癥環(huán)境可能會削弱間充質(zhì)干細胞的治療效果。重要的是，同種異體MSC 輸注可以誘導(dǎo)CD4+ 和CD8+ T 細胞的記憶表型[123]，這表明當將同一來源的同種異體MSC 回輸至患者體內(nèi)時，清除速度會更快。如上所述，輸注的MSC 最終被宿主T 細胞、NK 細胞和巨噬細胞清除或殺死。

因此，需要多次輸注骨髓間充質(zhì)干細胞才能確保達到預(yù)期的顯著治療效果。

圖6 MSCs輸注后體內(nèi)分布

曾有人預(yù)計間充質(zhì)干細胞輸注后可以像造血干細胞一樣在體內(nèi)長期存活并終生。然而大量研究表明，進口的MSCs無法在體內(nèi)長時間存活[123-126]。

肺部是靜脈注射的間充質(zhì)干細胞需要穿過的第一個屏障，因為由于肺血管系統(tǒng)的特征，大多數(shù)靜脈注射的間充質(zhì)干細胞被困在肺內(nèi)[127-129]。靜脈輸注MSCs后1小時，大約50-60%的MSCs保留在肺部，3小時后比例降至30%，并保留96小時[130, 131]。在存在肺損傷的情況下，肺部中捕獲的MSC 數(shù)量會增加[124, 132]。當MSCs留在肺部時，MSCs被局部微環(huán)境激活，分泌大量抗炎因子TSG-6，有利于減輕炎癥、縮小心肌梗死面積[132]。通過肺部后，間充質(zhì)干細胞到達肝臟、腎臟和脾臟[26,126,127,133-135]。來自狒狒的實驗證據(jù)表明，通過外周靜脈輸注骨髓間充質(zhì)干細胞時，自體間充質(zhì)干細胞和同種異體間充質(zhì)干細胞的體內(nèi)分布沒有顯著差異[125]。與同基因或免疫缺陷小鼠相比，健康免疫完全同種異體小鼠的MSC 存活時間顯著縮短[123]。動物實驗表明，免疫系統(tǒng)負責清除傳入的間充質(zhì)干細胞。 MSC幾乎不表達MHC II類分子（HLA-DR）。這種MHC II 類分子主要引起免疫反應(yīng)。為什么間充質(zhì)干細胞離開體內(nèi)原來位置的微環(huán)境后最終會被人體的免疫細胞清除？無論是血管內(nèi)注射還是局部注射，間充質(zhì)干細胞都無法長時間存活。

MSC 已被證明表達多種細胞表面粘附分子[136, 137] 和參與MSC 遷移和粘附的蛋白酶[138, 139]。與骨髓間充質(zhì)干細胞相比，臍帶血間充質(zhì)干細胞更容易通過肺部，因為臍帶血間充質(zhì)干細胞的細胞體更小，并且表達的CD49f和CD49d水平顯著高于骨髓間充質(zhì)干細胞[133]。有趣的是，用硝普鈉預(yù)處理后，肺微血管系統(tǒng)中的MSC 截留顯著減少[126, 128]。這種現(xiàn)象歸因于硝普鈉產(chǎn)生的一氧化氮（NO）引起的血管舒張，從而增加血流量，隨后導(dǎo)致間充質(zhì)干細胞快速通過肺部。因此，硝普鈉預(yù)處理有效增強了MSC修復(fù)CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化的治療效果[140]。在一項臨床試驗中，將用111In-oxine（一種放射性示蹤元素）標記的自體骨髓MSC 通過外周靜脈注射到失代償性肝硬化患者體內(nèi)。標記的間充質(zhì)干細胞首先在肺部積累，然后在接下來的幾個小時內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)移到肝臟和脾臟[141]。

動物實驗也證明，直接注射到組織中的間充質(zhì)干細胞不能在體內(nèi)維持長期存活，如腦[142, 143]、關(guān)節(jié)腔[144, 145]和心肌[146, 147]。當間充質(zhì)干細胞注射到頸動脈時，也會出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象[148-150]。由于操作簡單，MSC頸動脈注射用于治療腦部疾病，但需要注意細胞團形成引起的小血管栓塞。局部注射到大鼠腦紋狀體中的骨髓間充質(zhì)干細胞可以沿著已知的途徑遷移到胼胝體和大腦皮層，類似于神經(jīng)干細胞遷移到大腦的連續(xù)層[142]和腦血管[143]。靜脈注射的人間充質(zhì)干細胞也可以穿過血腦屏障遷移到腦外傷大鼠受損的皮質(zhì)邊緣[151]，這可能是因為腦外傷后血腦屏障的通透性增加[152]。出乎意料的是，人骨髓MSC和大鼠骨髓MSC通過大鼠頸內(nèi)動脈轉(zhuǎn)運后，在脾臟、腎臟和肝臟中同時發(fā)現(xiàn)人MSC和大鼠MSC的存在，表明MSC通過頸內(nèi)動脈動脈。然后遷移到內(nèi)臟組織[149, 150]。

7 間充質(zhì)干細胞治療方案

治療策略應(yīng)包括足夠劑量的間充質(zhì)干細胞、治療途徑、治療時機和/或與其他藥物的組合。

MSCs的質(zhì)量與不同的培養(yǎng)體系和來源密切相關(guān)，甚至直接影響MSCs的動物實驗和臨床研究的結(jié)果[63]。 MSC的臨床前研究數(shù)據(jù)不能很好地指導(dǎo)臨床應(yīng)用方案的確定。在臨床研究中，每位患者使用的MSC 數(shù)量從4,000 到數(shù)億不等。局部介入治療的最低劑量發(fā)生在用4500個MSC治療股骨頭壞死的臨床病例中[153, 154]。糖尿病肢體大皰病介入治療的最高劑量為8.6億個MSCs[155]。全身輸注總量一般為(1-10)x106/kg。目前臨床靜脈輸注的最高劑量發(fā)生在MSC與造血干細胞共移植時，劑量為10x106/kg[156]。有趣的是，一項薈萃分析表明，劑量并不影響接受單次輸注MSC 治療的急性GVHD 患者的生存率[90]。理論上，MSC的最佳劑量取決于不同的疾病和移植途徑，可能存在一個范圍，劑量越高，療效越好。

MSC的分布和代謝與傳統(tǒng)藥物有很大不同，并且由于MSC可以主動趨化至損傷部位，因此它們在健康和患病體內(nèi)的分布也不同。在動物實驗中，傳統(tǒng)藥物需要多次給藥才能維持穩(wěn)定的血藥濃度。然而，目前尚未認識到MSCs也需要多次注射才能維持一定的有效細胞濃度。間充質(zhì)干細胞預(yù)計只需一次移植就能治愈一些疾病，就像造血干細胞一樣。事實上，研究表明，對于用于治療心臟病的MSC 療法，注射后1 周的移植細胞存活率不到1% [157, 158]，這意味著需要多次輸注才能維持治療效果。如果治療一次，低劑量和高劑量MSC 之間的療效沒有差異[159]。重復(fù)MSC 輸注可在肝衰竭疾病中帶來更好的臨床結(jié)果[160, 161]，而單次MSC 治療未能產(chǎn)生顯著的長期（48 周）療效[162]。值得注意的是，當間充質(zhì)干細胞治療與藥物[159]和其他治療[163, 164]相結(jié)合時，可以獲得良好的臨床效果。此外，雖然新鮮和冷凍骨髓間充質(zhì)干細胞具有相同的生長特性，但源自新鮮骨髓的間充質(zhì)干細胞具有更高的活力[165]。

此外，需要更多的證據(jù)來確定使用間充質(zhì)干細胞治療不同疾病時的最佳劑量。我們之前已經(jīng)討論過MSC 治療GVHD 策略的優(yōu)化[166]。即使患者體重相同，在治療免疫疾病和其他疾病時，間充質(zhì)干細胞的劑量也會有所不同。因此，MSC的劑量與疾病的亞型密切相關(guān)。例如，IV 型GVHD 可能需要比II 型更高劑量的MSC。這一假設(shè)需要在未來的臨床研究中得到證實。

MSC的8個治療機制

干細胞生態(tài)位是指與干細胞相互作用調(diào)節(jié)細胞命運的微環(huán)境，相當于干細胞的巢穴。該干細胞生態(tài)位的主要功能是錨定和滋養(yǎng)干細胞，既避免干細胞快速耗竭，又避免干細胞過度增殖[177]。

例子包括骨髓中的造血干細胞生態(tài)位[167-170]、毛囊中的毛囊干細胞生態(tài)位[171-173]和隱窩基底中的腸干細胞生態(tài)位[174-176]。正常情況下，干細胞在其微環(huán)境中保持靜止狀態(tài)。當接收到刺激信號時，周圍的微環(huán)境促進干細胞自我更新或分化為子細胞，形成新的組織[178]。如果患者的自體造血干細胞被藥物或放射線殺死，就會騰出空間來容納移植的造血干細胞。在這個生態(tài)位中，新移植的造血干細胞可以起到再生整個血液和免疫系統(tǒng)的作用[179]。

MSC 已被證明可以在體內(nèi)[180, 181] 和體外[182] 分化為成骨細胞。在嚙齒類成骨不全癥(OI) 模型中，在骨髓MSC 移植之前對骨骼進行照射，這有利于骨髓MSC 歸巢到骨微環(huán)境以及隨后的成骨分化[183, 184]。干細胞生態(tài)位為干細胞提供穩(wěn)態(tài)微環(huán)境，控制干細胞增殖活動并維持干細胞群體。但是MSC 在體內(nèi)的位置在哪里呢？一些研究表明MSC生態(tài)位位于血管周圍，與血管密度有關(guān)[185-187]。骨髓間充質(zhì)干細胞在體內(nèi)的動態(tài)分布表明，如果受體的骨髓未經(jīng)藥物或放射治療，只有約0.4%的注射間充質(zhì)干細胞能夠遷移到骨髓中[126, 133]。

因此，有可能只有當MSC遷移到骨髓的血管周圍空間（MSC生態(tài)位）時，它們才能避免MSC被機體免疫系統(tǒng)清除，并有機會分化成骨。這也解釋了為什么間充質(zhì)干細胞無論是血管內(nèi)注射還是局部注射都無法長期存活。

絕大多數(shù)輸注的MSCs不能長期存活，這也是MSCs安全性的重要原因，而MSCs的治療機制是由于其分泌的可溶性因子[13, 188-192]。

例如，VEGF 可改善心力衰竭[193]，HGF 用于治療多發(fā)性硬化癥[194] 和肝臟疾病[195, 196]，IGF-1 和EGF 用于傷口修復(fù)[197]。這些因子通過減少炎癥和減少組織細胞凋亡或刺激組織內(nèi)源性干細胞的增殖和分化來增強受損組織的修復(fù)[198-201]。此外，MSC通過分泌細胞因子和生長因子等營養(yǎng)分子來支持造血功能[202-204]，這已被動物模型實驗證實[198, 205-207]?；隗w內(nèi)的動態(tài)分布，間充質(zhì)干細胞在遷移到受損器官之前更有可能通過“一觸即走”[83]或“打了就跑”[191]機制發(fā)揮治療作用。隨后，間充質(zhì)干細胞分泌應(yīng)激誘導(dǎo)的治療分子或直接與靶細胞相互作用，然后被身體清除。

9 健康和患者MSC

基本上，所有含有結(jié)締組織的器官都含有間充質(zhì)干細胞[208]。間充質(zhì)干細胞具有強大的免疫抑制能力。為什么人類仍然會發(fā)生自身免疫性疾病？

不斷有證據(jù)表明，從自身免疫性疾病患者中分離出的間充質(zhì)干細胞存在形態(tài)和某些功能異常[209-215]。來自再生障礙性貧血[214]、多發(fā)性骨髓瘤[213]、系統(tǒng)性紅斑狼瘡[209]、類風濕性關(guān)節(jié)炎[215]和特發(fā)性血小板減少性紫癜（ITP）[212]患者的骨髓間充質(zhì)干細胞的免疫抑制功能不同程度受損。與健康人真皮來源的MSC 相比，銀屑病患者真皮MSC 在P3 和P5 代表現(xiàn)出與炎癥和基本細胞活性相關(guān)的異?；虮磉_模式[216]。轉(zhuǎn)錄組分析揭示了多發(fā)性骨髓瘤患者骨髓間充質(zhì)干細胞的細胞周期、免疫調(diào)節(jié)功能和成骨細胞分化的異常變化[217]。此外，自體骨髓間充質(zhì)干細胞輸注治療未能改善系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病活動的進展[210]。

那么自身免疫性疾病的發(fā)生與間充質(zhì)干細胞免疫抑制功能異常是否有聯(lián)系呢？誰是因，誰是果？可能是MSCs免疫抑制能力受損，無法抑制自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展。

此外，股骨頭壞死患者骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖和成骨分化能力降低[218-220]，這可能與自體骨髓中間充質(zhì)干細胞lncRNA表達譜異常[218]以及CpG異常有關(guān)。 FZD1 基因的島甲基化[221]相關(guān)。盡管骨髓間充質(zhì)干細胞對臨床相關(guān)劑量的化療藥物的殺傷有一定的抵抗力[222, 223]，但大劑量的化療藥物會對骨髓基質(zhì)造成嚴重損害，導(dǎo)致造血支持能力顯著降低[224-228] ]。

10 總結(jié)與展望

自1995年首次臨床應(yīng)用以來[229]，間充質(zhì)干細胞已被用于治療多種疾病。然而，MSC的療效并不理想，尤其是在大規(guī)模3期臨床試驗中，未能達到預(yù)期效果。基于對大量MSC細胞生物學(xué)和臨床研究文獻的回顧，我們總結(jié)了影響MSC療效的三個重要因素，即MSC細胞質(zhì)量、治療策略和疾病適應(yīng)癥的選擇。

如上所述，不同組織來源的MSC具有一定的功能差異。

異，主要表現(xiàn)在增殖能力、分泌的細胞因子譜、衰老表型和免疫調(diào)節(jié)方面，這可能與最佳治療效果密切相關(guān)。但是如何定義MSC的質(zhì)量呢？這是一個非常重要的問題，同時也很難澄清。也許“生物學(xué)效力”（Bio-Efficiency）這個術(shù)語能很好的描述MSC的細胞質(zhì)量。生物學(xué)效力廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)藥理學(xué)和疫苗等領(lǐng)域。MSC有兩個驚人的功能：對不同免疫細胞的免疫調(diào)節(jié)和促進組織再生的能力。MSC的免疫調(diào)節(jié)機制與修復(fù)組織的機制明顯不同。因此，生物學(xué)效力必須與特定的疾病相聯(lián)系。 生產(chǎn)培養(yǎng)工藝上的差異導(dǎo)致了MSC功能特征的變異性，包括其最先被證明的成骨分化和支持造血的能力[230]，這表明需要優(yōu)化標準化制造程序[231]。更重要的是，為了在未來的大規(guī)模臨床試驗中獲得令人滿意的結(jié)果，研究者需要關(guān)注培養(yǎng)MSC的質(zhì)量和治療策略，而且不同的疾病，其對應(yīng)的治療策略也應(yīng)該不同。而MSC供應(yīng)商則需要關(guān)注整個MSC生產(chǎn)制備工藝，在“質(zhì)量源于設(shè)計（QbD）”的指導(dǎo)原則下，提供穩(wěn)定的高品質(zhì)的MSC產(chǎn)品。 參考文獻 太多，略 干細胞三期臨床試驗成功的關(guān)鍵要素是什么？ 相關(guān)科普： 如何理解干細胞的歸巢性才不會出錯 如何尋找你心中的“干細胞” 聊一聊干細胞治療眼疾 國內(nèi)細胞治療產(chǎn)品受理情況淺析 如何看待“干細胞治療卵巢早衰”？ 如何看待“PRP與干細胞的聯(lián)合使用” 如何看待“脂肪干細胞在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用”？ 到底輸注后的干細胞在體內(nèi)存活了多久？ 歐洲第一款干細胞藥物成功商業(yè)化的背后故事 — END — 干細胞者說 - 科普 情懷 責任 -s