科普丨什么是间充质干细胞？

干细胞治疗领域的发展已不可抑制，为了让大众群体对于治疗疾病有更多的选择，之前带大家了解了胚胎干细胞的一系列知识。而今天，华夏源会带来间充质干细胞的科普，同大家一起共同学习，更多了解。

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）属于一种成体干细胞（Adult stem cells），是干细胞家族的重要成员，主要来源于发育早期的中胚层和一小部分外胚层。间充质干细胞具有多能性（Multipotent），在体外或体内适当诱导条件下，可分化为骨、软骨、脂肪、肌肉、肌腱、韧带、内皮、神经、肝、心肌等多种组织细胞。

MSCs最早在骨髓中发现，随后在脐带、脂肪、肌肉、胎盘等组织中相应也找到（一根脐带提取间充质干细胞的数量是一般成年人骨髓3000毫升提取间充质干细胞的提取数量，而一个正常人骨髓总量5000毫升），从骨髓提易发生关联性问题。因其具有自我复制增殖、多向分化潜能、造血支持和促进干细胞植入和免疫调控等特点而日益受到人们的关注。

一、MSCs的发展历程

1968年，Friedenstein教授最早证实了间充质干细胞在骨髓中的存在，同时创建了贴壁法体外分离培养间充质干细胞。

1995年，Caplan教授从恶性血液病患者骨髓抽取并分离培养间充质干细胞，然后回输到患者体内，观察临床效果并证明这些基质的安全性。这是一个足以载入史册的研究，使得间充质干细胞的研究从实验室跨入到实际的临床应用。

1999年，Pittenger等在Science发表文章，首次证明间充质干细胞具有多向分化能力，能分化为脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞。这个研究成果激发了众多研究者对间充质干细胞的分化潜能的研究，比如分化为肝细胞、神经细胞、血管内皮细胞等。

2002年，科学家们发现了间充质干细胞有强大的免疫抑制能力。随后发现间充质干细胞本身具有低免疫原性，即使异体或跨种属使用，均难引起免疫排斥反应。间充质干细胞的这些免疫特性，非常有利于用于治疗免疫性疾病，包括移植排斥反应和自身免疫性疾病。

2006年，国际细胞治疗协会（ISCT）规范了间充质干细胞的定义。只有同时符合以下三个标准的细胞，才能称之为间充质干细胞：①贴壁生长；②细胞表面表达一些特异性抗原（标记物）；③具有向脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞分化的能力。

2012年，Osiris公司申报间充质干细胞作为药品上市，得到加拿大FDA的批准，适应症为儿童急性激素抵抗的移植物抗宿主病（GVHD），随后适应症扩大为成年人GVHD，并在新西兰、瑞士等国上市。间充质干细胞的临床应用达到一个历史性高度！

二、MSCs的特性

2.1 多向分化和再生潜能

MSCs在特定微环境中可定向分化为中胚层源性细胞，如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌腱细胞和肌细胞等。有报道称，MSCs也可分化为肝细胞、上皮细胞和神经细胞等内、外胚层源性细胞。Doan 等发现MSCs能分化为内皮样细胞，新生血管试验显示该内皮细胞能生成毛细血管样结构并能摄取低密度脂蛋白，这将为心脑血管再生工程带来曙光。Liu 等经qRT-PCR及免疫组化法证实MSCs能分化为神经干细胞( 特异性表达Nestin) 、未成熟神经元( 特异性表达β－TubulinⅢ) 等神经元样细胞，为细胞移植治疗神经系统疾病提供可靠依据。

2.2 免疫抑制功能

早在2000 年，Liechty等将人MSCs移植入羊体内，发现其在羊的多个组织中可存活长达13个月之久，因而认为MSCs能在异种体内长时间存活可能与其独特的免疫调节功能有关。尽管随后的诸多研究发现MSCs具免疫抑制效应，但目前具体机制尚未明确。有学者认为，可能与MSCs抑制T 细胞和NK 细胞增殖，调控B 细胞和树突状细胞活性有关。据相关研究，MSCs免疫抑制效应与细胞接触后分泌的生物活性分子所形成的局部免疫抑制微环境密切相关，这些生物活性分子主要包括生长因子类分子和抑制因子类分子。Abumaree 等认为MSCs免疫抑制效应与局部炎症微环境也密不可分，炎症反应时，MSCs与炎细胞接触后可分泌IL-10、M－CSF、TGF－β1、VEGF、LIF 等活性分子，从而促进单核细胞分化为抗炎性巨噬细胞( M2) ，同时抑制其分化为促炎性巨噬细胞( M1) ，以进一步发挥MSC 免疫抑制效应。由此可见，MSCs可直接抑制活化的免疫细胞，并可分泌多种生物活性分子间接抑制免疫细胞，从而在免疫调节中起重要作用。

2.3 迁移能力

MSCs能受肿瘤和炎症区信号源刺激，定向迁移至病变部位，尽管这种趋化机制仍不清楚，但目前研究认为MSCs这种趋化性可能是多种趋化因子及其受体( 如SDF－1 / CXCＲ4、SCF－c－Kit、HGF /c－Met 等) 相互作用的结果，其中SDF－ 1 / CXCＲ4对肿瘤信号的趋化作用最为显著。此外，肿瘤细胞可分泌多种炎症因子，如TNF－α、IFN－γ、IL－6、IL－8、IL－1、TGF－β 等，肿瘤周围的这种炎性微环境也可刺激MSCs趋化并定向迁移。

三、MSCs的来源

间充质干细胞相对于其他干细胞，其来源广泛，目前已经从骨髓、脂肪、肌肉、心脏、脐带血、脐带、胎盘、脐带基质等组织中相应也找到。

3.1 骨髓间充质干细胞

骨髓间充质干细胞是最早发现提取的，也是目前应用最多的。但随着其它组织来源的间充质干细胞的发现与对比，骨髓来源间充质干细胞发现存在一些不足：如细胞数目增殖分化能力随着年龄的老化显著降低，细胞提取量有限，对供者有损伤并疼痛，提取及制备过程不容易质控，移植给异体可能引起免疫反应等。这些都限制了骨髓间充质干细胞的临床应用。

3.2 脐带和胎盘间充质干细胞

脐带和胎盘组织中分离出间充质干细胞的优势在于（1）脐带和胎盘属于新生组织，提取的细胞更原始，有研究表明其具有更强的增殖分化能力；（2）细胞较为幼稚，表面抗原功能活性低，不易触发免疫反应及引起移植物抗宿主病；（3）易于分离，纯度高，无肿瘤细胞污染；（4）属于废物利用，且采集时对产妇及新生儿无任何危害及损伤；（5）潜伏性病毒和病原微生物的感染及传播几率较低。

3.3 脂肪间充质干细胞

脂肪组织来源的间充质干细胞的优势在于：（1）有研究表明脂肪间充质干细胞的增值分化能力不随病人年龄的增加而下降；（2）易于分离，纯度高；（3）容易培养，扩增速度快；（4）采集对供者的损伤及疼痛小。

3.4 牙源间充质干细胞

牙源间充质干细胞的优势在于：（1）有研究表明牙源间充质干细胞具有很强的向成骨细胞分化的能力，而向脂肪等其它组织细胞分化能力较弱，因此较容易控制其向成骨分化，便于用于骨损伤修复；（2）儿童患牙时当作废物进行重新利用（3）容易培养，扩增速度快。

四、MSCs适用人群

4.1 高压力、工作紧张和亚健康的人群；

4.2 预防衰老，要求维持机体的年轻靓丽，保持面部美容年轻化的人群；

4.3 内脏器官功能出现退化的人群：比如心、肝、肺、肾、肠胃等器官出现功能衰退和下降的人群；

4.4 内分泌失调的人群：比如女性出现月经失调、内分泌紊乱、卵巢早衰、更年期提前，睡眠和情绪都不是很好的情况；

4.5 免疫系统出现退化或紊乱的人群：比如免疫力比较弱，经常爱感冒的人。

4.6 骨骼等运动系统退变的人群：比如骨关节退变、关节炎、骨质疏松、骨关节增生疼痛、肌肉、韧带、肌腱功能退化，运动及活动能力下降等。

4.7 心血管系统发生退变的人群：比如冠状动脉硬化、动脉硬化、老化、狭窄，血压增高等。

五、MSCs临床应用进展

5.1 MSCs在造血干细胞移植中的应用

造血干细胞移植的同时输注MSCs可减少移植失败的风险，降低移植物抗宿主病(GVHD)的发生率。不仅骨髓来源的MSCs，其他来源的MSCs，如脂肪来源的MSCs均可有效地控制患者发生GVHD。研究发现，只有在移植早期多次输注MSCs才有效。Ringden等报道，接受MSCs治疗的8 例肾上腺皮质激素（激素） 难治性急性GVHD 患者中，6 例在输注MSCs后急性GVHD 症状完全消失，治疗有效者最长存活3 年。该研究认为，MSCs治疗GVHD 可采用的剂量范围为（0.7～9.0）×106/kg，可进行单次或两次输注，未出现相关不良反应。相关研究认为，术前、术中、术后MSCs输注效果优于单纯术后输注效果，多次输注效果亦优于单次输注效果，门静脉输注和外周静脉输注效果无明显差异。

5.2 MSCs在胰岛移植中的应用

研究发现，MSCs可分化为具有胰岛细胞表型的细胞，MSC 有望通过分化为胰岛β 细胞，增加胰岛素分泌，改善糖尿病患者的病情。Itakura 等将MSC、骨髓细胞（bone marrow cell，BMC）和胰岛细胞混合后从门静脉输入机体，可形成稳定的嵌合体，并诱导供体特异性免疫耐受，嵌合体状态与移植物存活时间呈正相关。非MSCs输注组，高血糖均未得到缓解，且有36%（4/11）的患者发生GVHD，而MSCs输注组无1 例发生GVHD（0/15）。李明等研究表明，单纯MSCs输注不能延长胰岛移植物存活时间；MSCs联合BMC 输注能延长胰岛移植物存活时间，且供体来源的MSCs输注比非供体来源的MSCs输注更有效。

5.3 MSCs在心脏移植中的应用

Zhou 等研究发现，在大鼠心脏移植模型中，尾静脉输注供体来源的MSCs可显著延长移植物存活时间，通过聚合酶链反应方法检测T 辅助细胞（Thelper cell，Th）1 与Th2 细胞亚群发现，与非MSCs输注组比较，MSCs输注组的Th2 占优势。有学者发现，通过门静脉或联合尾静脉输注供体来源的MSCs能显著延长小鼠心脏移植物存活时间，这与供体调节性T 细胞增加有关。然而，同时输注供体来源的肝星状细胞却使MSCs的免疫调节作用消失。该研究还发现外周静脉和门静脉输注效果相当，移植前输注较移植后输注效果显著。但也有研究认为，输注MSCs不能使移植物受益，反而可能增加排斥反应发生率。因此，MSCs对心脏移植的影响尚待进一步研究。

5.4 MSCs在肝移植中的应用

在同种异体肝移植动物模型中，无论供体或受体来源的MSCs均可改善受体肝功能，减轻移植肝的病理损伤，延长移植物及受体存活时间。Wang 等研究发现，在豚鼠- 大鼠的异种肝移植模型中，MSCs亦可阻止超急性排斥反应的发生，显著延长受体存活时间。谭浩翔等发现MSCs可较大量、长时间地聚集在移植肝中，而其他脏器（脾、肺）中分布极少。

假手术后行MSCs输注未发现MSCs在上述脏器中出现，提示MSCs可在组织损伤时释放的细胞黏附因子和趋化因子引导下向病灶趋化、迁移；但随着MSCs 注射后的时间延长，其在肝脏的数量逐渐减少。因此，临床应用时，患者需多次输注，以维持足够数量的MSCs，保证MSCs发挥持久的免疫调节作用。目前认为，MSCs可减轻肝移植排斥反应，有效地延长移植物和受体存活时间，并参与移植肝组织修复，其机制可能涉及MSCs分泌的肝细胞生长因子及其分化、转分化作用。研究认为，尾静脉或门静脉输注MSCs，其在肝脏定居数量无明显差异，均能取得较好的效果。

5.5 MSCs在组织修复中的应用

许多关于肾脏疾病病理模型的研究提示，定居在骨髓的MSCs能够归巢到损伤的肾脏，并发挥修复作用。研究指出MSCs通过向上皮细胞转化，融入肾小管上皮细胞发挥组织修复作用。在动物模型中，经静脉输注同基因或同种异体的MSCs，能够定位在肾脏并且改善组织学表现及肾功能。但是，在这些研究中MSCs发挥作用的机制仍存有争议。最初关于中毒诱发的肾脏损伤模型的研究显示，MSCs能够定居损伤的肾脏，并转化成肾小管上皮细胞，发挥修复肾脏结构与功能的作用。相反，在一项缺血—再灌注损伤诱导的急性肾衰竭研究中发现，MSCs明显改善肾功能是因为旁分泌作用，而不是MSCs向肾小管上皮细胞的转化作用。另一项应用MSCs治疗动物肾小球性肾炎的研究也说明，正是MSCs旁分泌的生长因子促进肾小球修复。

六、问题与展望

尽管MSCs移植治疗多种疾病的有效性及相对安全性已在动物实验和前期临床试验中所证实，但至今前期临床试验随访时间尚短，远期可能出现的不良作用( 包括致瘤性) 仍无法预测，MSCs正式应用于临床仍面临着巨大挑战：

首先，MSCs的生物学特性及其治疗各种疾病的机制仍需进一步阐明；其次，MSCs的植入部位、途径、数量和时间会直接影响细胞治疗的有效性；再者，由于目前细胞替代治疗多选用异体MSCs，故MSCs的来源、培养、传代扩增和储存等一系列流程的标准化就显得极为重要。

但可以相信，随着人们对MSCs 的生物学特性和临床应用认识的逐步提高，MSCs 必将在今后的再生医学，尤其是细胞替代治疗、基因治疗和器官移植等方面有更广泛的应用前景。

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