间充质干细胞临床应用研究进展*

孙园园，李敏霞,2，邱 冬，张 慧，孙 韬△

(1.河南医学高等专科学校临检教研室； 2.河南省第二人民医院检验科， 郑州 451191)

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一种成体干细胞，具有高度的自我更新、多向分化潜能、来源丰富等诸多优点，因此得到组织工程和再生医学的高度重视与青睐，是目前再生医学中常用的细胞。本文对MSCs的临床试验进行了综述，并对这些细胞的使用作出评价，从而对MSCs的进一步研究提供指导。

1 什么是MSCs

MSCs是来源于骨髓、外周血、脐带血、胎盘等组织的一类具有高度自我更新和多向分化潜能的成体干细胞。在不同的诱导条件下,可分化为多种组织细胞，并具有造血支持、免疫调节、组织修复等作用。它可分泌多种细胞因子及生长因子，促进造血干细胞的增殖与分化。MSCs还具有免疫调节、抗炎和组织修复作用，可减轻移植物抗宿主病及其他移植相关并发症。

早在1976 年，FRIEDENSTEIN等[1]在骨髓中发现了一种可贴壁并呈克隆性生长的长梭形成纤维细胞样细胞，这些细胞被命名为“成纤维细胞样集落形成单位”。随后，CAPLAN[2]发现其强大的自我更新和多项分化潜能，并将其定义为骨髓间充质干细胞。

在这些里程碑性研究之后，更多的科学家投入到相关研究中。但是，由于实验室分离和培养方法的不同限制了MSCs进一步的研究发展和应用，于是2006年国际细胞治疗学会建立了识别MSCs种群的标准，并对MSCs进行了定义[3]。这是鉴定为MSCs的最低标准，所以它对MSCs并不是特异性的，它不支持同质MSCs群体的纯化。

MSCs除了常见的从骨髓、脐带、脐血、胎盘中获得外，还可以从大量其他组织中提取出来。但不同组织来源的MSCs具有某些差异性，主要体现在MSCs的增殖速度、分化潜能、分泌的细胞因子、生长因子和免疫调节能力[4-5]。现阶段，大多数临床试验发生在早期阶段，说明MSCs治疗效果有待研究。此外，基于MSCs治疗的长期安全性需要进一步确定，这仍然是将MSCs转化为临床实践的主要限制。

2 MSCs的临床应用

2.1 在骨组织工程方面 SONG等[6]发现将异体人脐血来源MSCs和透明质酸混合并植入人为形成的孔或关节缺损部位，可以改善膝关节炎的预后。RONG等[7]将成骨细胞与内皮细胞按3∶1混合入诱导培养基中，人脐血间充质干细胞(human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUC-MSCs)具有更多的矿化结节。SONG等[8]报道2例外翻畸形伴外侧骨关节炎患者使用hUC-MSCs和关节保留手术如股骨远端截骨术治疗效果明显改善。但有研究[9]比较了来自骨髓(bone marrow，BM)和脐带血的马BM-MSCs在未分化状态下的成软骨潜能，用以选择最适合治疗骨关节炎的MSCs,结果显示在不考虑氧条件下BM-MSCs效果更佳。

2.2 在心血管疾病方面 人脐带MSCs外泌体是治疗心肌梗死的一种有前途的新选择。张雨晴等[10]研究表明，MSCs的条件培养基具有修复心肌缺血-再灌注损伤的能力，MSCs释放的外泌体是主要的再生因子。外泌体是细胞来源的囊泡，负责运输蛋白质、脂质、DNA和RNA，参与信号转导、免疫反应、抗原呈递，并在其他细胞过程中愈合，这表明其在生物活性治疗中的潜力。事实上，hUC-MSCs衍生的外泌体已被证明具有保护心脏作用[11]。从干细胞释放的外泌体已被证明可以改善缺血损伤，并防止心肌的不良重构。侯婧瑛等[12]发现hUC-MSCs来源的外泌体可促进血管生成。NI等[13]证实，修饰的hUC-MSCs外泌体通过抑制心肌细胞凋亡,促进血管生成和细胞外基质重构。

2.3 在神经系统疾病方面 在神经退行性疾病和中枢神经系统病变中，干细胞可以替代一些非功能性细胞。最近研究[14-15]表明，在体内和体外多种方法都证实了MSCs可成功、稳定的向神经细胞分化。

MSCs植入受伤区域部位后主要通过发挥以下作用来改善神经系统的损伤:分泌神经营养因子、诱导神经细胞的发生和星形胶质细胞激活，抗凋亡和抗炎作用，免疫调节、减少氧化应激等，同时分泌的外泌体含有广泛的生物活性。虽然MSCs移植后治疗神经系统疾病的长期安全性尚不清楚，但大量的动物模型实验显示神经系统功能得到了改善。

2.4 在肺脏疾病方面 人脐血来源间充质干细胞分泌的去甲肾上腺素通过CD44诱导巨噬细胞极化，修复高氧肺损伤[16]。YAN等[17]发现，胎盘MSCs通过调节Nrf2-Keap1-ARE信号介导的细胞凋亡，在一定程度上保护了H2O2诱导的细胞氧化损伤。MSCs气管内移植通过下调而间接抑制新生小鼠甲酰基肽受体1，减轻高氧诱导的肺损伤[18]。MORONCINI[19]研究了人脐血间充质基质细胞在体内的抗纤维化活性，结果表明hUC-MSCs在小鼠模型中具有很强的体内抗纤维化活性，可用于肺纤维化等多种不同病因导致的肺间质性疾病。

目前，MSCs 治疗肺部疾病治疗的机制尚未完全明确，且由于各种肺部疾病的复杂性与顽固性，MSCs 对不同肺部疾病的作用机制可能存在差异。因此，需要更多、更全面的临床试验评估MSCs的疗效及长期安全性。总之，虽然 MSCs 已经受到了研究者的关注，但有待解决的问题仍很多，其对肺部疾病治疗的研究仍有广阔的前景。

2.5 在肿瘤方面 由于肿瘤的复杂性和异质性，MSCs对肿瘤的作用是不一致的。研究[20]表明,MSCs在肿瘤部位生长扩增,分化成与肿瘤相关的成纤维细胞，进一步增长形成支持肿瘤生长的微环境，并可分泌多种正向调节的生长因子。然而，除了促进肿瘤进展外，MSCs还可以通过不同的条件和因素，如toll样受体启动对肿瘤生长发挥抑制作用[21]。

总之，基于细胞的疗法有望提供新的抗癌疗法。因此，关于MSCs在肿瘤形成和发展中的作用存在着相互矛盾的报道。这可能与不同组间MSCs的抗癌活性差异及其激活状态有关[22]。同时， MSCs对肿瘤具有趋向性，可作为抗肿瘤药物载体治疗肿瘤性疾病，可以成为靶向抗肿瘤治疗的理想载体。有研究[23-24]表明，乳腺癌和肝癌对MSCs都具有定向吸引作用。但MSCs对创伤和肿瘤微环境定向吸引的机制和因素仍不完全清楚。到目前为止，有研究[25-27]均证实了MSCs经治疗基因修饰或加入化疗药物后具有抗癌潜能。因此，利用MSCs将治疗剂输送到肿瘤部位的方法是有前途的，还可以使用MSCs传递溶瘤病毒[28]，或使用MSCs传递药物，因为其可以选择性地迁移到肿瘤部位，并在局部发挥治疗作用，因此能显著增加肿瘤内药物的浓度，降低其全身毒性。

细胞释放的胞外囊泡(微囊泡和外泌体)在细胞间通讯中起重要作用[29]。肿瘤浸润后，MSCs可通过释放外泌体在体内促进肿瘤生长[30]。而MSCs衍生的微囊泡可促进多种类型肿瘤的进展[31],也能增加肿瘤细胞对药物的耐药性[32]。然而，也有相互矛盾的结果，如FATTORE等[33]报道从骨髓和脐带血来源的MSCs中分离出的微囊泡可抑制胶质母细胞瘤细胞的分裂和诱导细胞凋亡。如前所述，这些差异可能是由产生微囊泡的亲代MSCs的激活状态来解释的。

然而，由于已知的天然MSCs不仅具有抗癌作用，而且还具有促癌作用，因此需要进一步的研究来提高这种方法的安全性。利用MSCs作为治疗载体的各种治疗方法的安全性和有效性有待进一步研究。

2.6 在糖尿病方面 脐血来源MSCs可抑制刺激淋巴细胞的功能和传授胰岛素生产细胞分化潜力设定的低免疫原性,从而提供一种很有前途的和安全的1型糖尿病疗法[34]。微囊化人脐带Wharton胶MSCs移植至自发性糖尿病非肥胖糖尿病小鼠体内，只有轻度糖尿病患者在异种移植后216 d内高血糖完全和持续缓解[35]。

SUN等[36]研究发现，hUC-MSCs输注可通过降低炎症活性，改善胰岛素靶组织的胰岛素敏感性减弱胰岛素抵抗，从而显著改善胰岛素抵抗2型糖尿病大鼠高血糖情况。

3 存在的问题与展望

MSCs由于其强大自我更新和多项分化能力一经发现，就成为科学家们的研究热点，其为疾病的治疗提供了一个新的思路与途径，在细胞替代治疗、基因治疗以及组织工程学中均具有重要的研究和应用价值。但现阶段的研究中还存在大量问题，如：培养模式的优化、分离方法的选择、鉴别标准的进一步确定，如何保证其体内与体外的一致性，以及临床应用的安全性都需要进一步研究。

具体来讲，目前对 MSCs 的培养方法主要在体外，但体外培养还不能完全再现体内对干细胞迁移和定位的影响。不同组织来源的MSCs其体外培养特性也有很大不同，是什么决定了这些细胞的培养特异性和分化特异性，同时细胞培养模式对动物血清的依赖是否会对干细胞的成长产生不可避免的影响，诱导MSCs 的条件的普遍标准是什么，如何稳定控制细胞分化，充分纯化细胞，并减少成瘤性的产生，还有许多问题需要去解决。

虽然MSCs应用于临床还有很大的距离，但MSCs依然为再生医学带来巨大的希望。从根本上逐步解答这些问题将是进一步研究MSCs的一个方向和将MSCs分化应用于临床不可避开的关键步骤。与此同时，科学家们发现MSCs外泌体具有类似甚至更强于MSCs的强大修复功能[37]，对它的认识在逐渐加深。