科普：脐带、骨髓、脂肪，不同组织来源的间充质干细胞有哪些差异

间充质干细胞是一类具有多向分化能力的细胞，若论起发现史，可以追溯到1966年。

苏联生物研究员Friedenstein等人偶然发现了一种能滋养造血和分化成骨细胞的细胞，它们在随后的研究中还被证实可体外分化为成骨细胞、脂肪细胞或软骨细胞。

这种强大的分化能力立刻引发了医学界的关注，在得名“间充质干细胞”后，MSC也被逐渐制定了判定标准。

根据国际细胞治疗协会的规定：MSCs表达（阳性≥95%）CD105、CD73和CD90，而不表达（阴性＜2%）CD45、CD34、CD11b或CD14、CD19或CD79a和HLA-DR，同时在标准培养条件下贴壁生长，并具备可体外分化为成骨细胞、脂肪细胞或软骨细胞的能力。

△2006年国际细胞治疗协会提出用表面抗原来定义人类 MSC

然而在符合泛用标准之下，不同来源的MSC也展现了差异化。

我们以临床上作为三种常见的：骨髓间充质干细胞（BM-MSC）、脂肪间充质干细胞（AT-MSC）和新生围产组织MSC（主要来源于脐带（UC-MSC））为例，逐一对比它们的细胞形态、增殖能力，分化潜能、分泌组与免疫调节特性。

细胞形态

在干细胞的世界里，“个头大”并不是一件好事。

我们知道，MSC一般会呈现出特别的纺锤形态，但在经历多次细胞分裂后，这种经典形象便会慢慢瓦解，MSC会逐渐变得大而扁平。换而言之，“个头大”是MSC衰老的体现。

△MSC衰老后胞体会增大，增殖能力减弱

这一点也被体现在不同组织来源的MSC上，有研究发现[1]，取自新生儿围产组织来源的MSC的细胞直径普遍偏小，AT-MSC次之，而伴随人体成长最久的BM-MSC最大。

而“体型差”带来的最直接影响就是MSC的增殖代谢能力。

增殖代谢能力

通常情况下，一场研究中的MSC需求量是按百万级计算的，想要获得大量的MSC，势必要进行足够的体外培养扩增。

但就如同大多数细胞一样，MSC的增殖能力会随着衰老而减弱，直至停止分裂，如果MSC本身就不够“年轻”，那么即便最终数量达标，也会有一堆凋亡细胞在其中“浑水摸鱼”--这些细胞不但缺乏疗效，还有可能让身体产生毒性反应。

所以当前的临床研究更倾向于使用有“零岁细胞”之称的围产组织（如脐带、羊膜、胎盘等）MSC。

△间充质干细胞正在进行分裂增殖

而对比另两种临床试验中的常客：BM-MSC与AT-MSC，则明显是后者优于前者。

当科学家尝试使用细胞倍增时间（DT）来描述细胞老化时[1]，BM-MSC呈现出了较慢的增殖速率，它的DT时间通常需要40-60小时，甚至在传代至第6/7代时就已经出现衰老的迹象。

相比之下，AT-MSC的表现更好，DT时间数据缩短到20-45小时，且在传至第8代时也没有出现衰老迹象。值得注意的是：当研究者剥离其他因素，尝试对比由同一个供体提供的BM-MSC和AT-MSC时，这种差异也仍旧存在。

所以单就增殖能力而言，新生围产组织MSC＞AT-MSC＞BM-MSC。

分化潜能

拥有体外向中胚层谱系分化的能力，可能是生物学上MSC最独特的特性之一，与此同时，科学家们还发现MSC存在一种由表观遗传因素驱动的“组织记忆”效应。

在这种效应的驱使下，BM-MSC更容易分化为成骨细胞和软骨细胞，AT-MSC更容易分化为脂肪。

不过，围产期组织MSC是个例外，实验证明：它们在分化为成骨细胞及软骨细胞上潜力非凡，甚至能力压BM-MSC[2]。

而如果撇开“记忆效应”回看，UC-MSC还具有相对较高的胰腺再生和神经再生潜力，可被应用在肝脏和神经疾病的治疗中[3]。

△ 间充质干细胞具有分化成多种组织细胞的潜能

BM-MSC则有较高的心肌生成潜力，是心脏相关疾病的潜在治疗方法[3]。

总而言之，分化潜能的高低无法一概而论，每一种MSC似乎都能在某个特定领域发挥出其他两种无法比拟的分化能力，需要视情况而定。

分泌组

医学上普遍认为，MSC的治疗作用主要是通过其分泌的可溶性因子和囊泡实现的[1]。这些分泌体由小分子、趋化因子、细胞因子、生长因子以及外泌体等物质组成，微小的体积让它们能在人体内无障碍穿梭，甚至能无视令科学家们头疼的血脑屏障（BBB）发挥功效。

△ 间充质干细胞会分泌囊泡与可溶性因子

01 可溶性因子

MSC分泌的可溶性因子功效多样，能够促进血管生成、促进细胞增殖、抵抗细胞凋亡、抗炎、抗纤维化和基质重塑等。但不同来源的MSC在功能上略有区别。

UC-MSC分泌的可溶性因子富含抗炎细胞因子（如IL1RA和IFNα），促炎细胞因子（如IL6和IL8）;有丝分裂因子（如HGF、TGFβ2、PDGFAA和GCSF(240)）。这种源自新生围产组织的MSC拥有多样化的分泌组，其中的蛋白质更为丰富，促血管生成阵列更为完整，有研究表明：UC-MSC还拥有着比母体来源的MSC更强大的诱导血管样结构能力。

△ 间充质干细胞的旁分泌作用会分泌多种细胞因子发挥作用

而BM-MSC则不同，其分泌的细胞因子（如IL6、IL7、IL8和IL12）水平较低，但据研究，它能分泌浓度较高的PDGFBB、MCP1、SDF1、TGFβ1和VEGF，表现出一种更强的抗炎特性，尤其是在缺氧条件的下。它还能分泌如ANG、HIFα、MMP9等促进血管生成和抗凋亡因子。

最后是AT-MSC，虽然部分研究显示由它分泌的可溶性因子中缺少类似AKT1和FGF2血管生成的核心成分，但AT-MSC在生成血管方面并不逊色，它仍能分泌VEGFA、TGFβ、bFGF和HGF--这些都是内皮细胞能够存活、增殖与迁移的关键。科学家们还在AT-MSC分泌组中发现了大量 IL7 、 IL12 、金属蛋白酶（MMP1、MMP3 和 MMP13）和细胞外基质成分，这是一套完全不同于BM-MSC的血管生成机制。

02 囊泡

囊泡是由细胞释放到外部空间的脂质双层分隔颗粒，携带一系列如线粒体、蛋白质、脂质、微小 RNA (miR)等“货物”，它能像同城闪送般将这些“亚细胞成分”精准送达给另一个细胞，以此完成细胞间的信号传导。而这些货物也被认为是 MSC治疗益处的潜在机制。

我们谈论的三种MSC，虽然来自于不同的组织，但囊泡中的蛋白质却有50%相似，BM-MSC与UC-MSC囊泡之间的相似度甚至直奔60%，但这并不意味着它们没有差异，事实上，它们依旧导向了不同的效果[4]。

△ 不同来源的MSC囊泡的治疗效果（部分）

据研究表明，BM-MSC、AT-MSC与UC-MSC囊泡都具有血管修复的能力，但一定要进行比较，AT-MSC的囊泡中血管生成相关物质的含量更高，能促进伤口愈合。而UC-MSC囊泡可以通过增加毛细血管密度、减少细胞凋亡和恢复线粒体动力，帮助伤口愈合并减少缺血事件后的肾纤维化[1]。

在抑制炎症方面，BM-MSC、AT-MSC与UC-MSC囊泡都能有效抗炎，只是机制略有不同。除此以外，BM-MSC与UC-MSC的囊泡还能增强组织修复功能。

免疫调节特性

在展开这个问题前，我们得先明白：“过强”或“太弱”的免疫力都有可能带来疾病，都有可能击垮我们的身体，而MSC刚好能成为一个维持平衡的“砝码”。

MSCs 能够调节包括T /B 淋巴细胞、自然杀伤细胞 (NK)、树突细胞巨噬细胞等多种免疫细胞的激活、增殖，它会产生细胞因子，创造出一个有利于损伤消退或组织修复的再生环境。

在这个基础之上，一些研究深入比较了UC-MSC、AT-MSC与 BM-MSC的免疫调节特性[1]。

在共培养和跨孔混合淋巴细胞反应 (MLR)体外测定中。研究者发现UC-MSC 对 T 细胞增殖具有最显著的抑制作用，其次是AT-MSC和BM-MSC。UC-MSC的囊泡中还富含PDL1，可以增强MSC的免疫抑制作用，在对抗免疫介导疾病（如系统性红斑狼疮、银屑病、类风湿性关节炎等）中有显著效果。

△ 间充质干细胞抑制T细胞增殖，其中WJ指脐带沃顿氏胶，PL为胎盘间充质干细胞

综上所述，三种来源的MSC确实存在异质性（汇总信息参考下图），它们在一些疾病的治疗中也会显现差异，如胶质母细胞瘤、伤口愈合治疗中。

此外，UC-MSC的 HLA 抗原（HLA-DMA、HLA-DPB1 和 HLA-DR）表达最低，BM-MSC表达最高。这意味着在一般情况下，回输的UC-MSC可以在机体停留更长的时间，最不容易被免疫系统清除。

故从免疫调节潜力来说，UC-MSC＞AT-MSC和BM-MSC，如果把机停留机体的时间同步考量进去，BM-MSC就会是“吊车尾”了。

综上所述，三种来源的MSC确实存在异质性（汇总信息参考下图），它们在一些疾病的治疗中也会显现差异，如伤口愈合治疗等。

△ UC-MSC、AT-MSC及BM-MSC生物差异性对比，图中额外增加表面标志物对比

忽略其他外部因素，UC-MSC是临床中泛用性更强，生物学特性更优异的间充质干细胞。

获取来源也无需担心，我们在之前的文章中提到过，MSC支持异体使用。这些年同种异体MSC的研究数量也在逐年攀登，UC-MSC被视作是可大规模生成“药品”的有力候选者。

△ 2004-2018年间充质干细胞临床试验趋势

当然，我们也必须要意识到：在不同临床条件下选择何种MSC仍要视情况而定，UC-MSC并不是唯一最优解。更何况，基于细胞疗法领域不断发展，这种因来源而造成的功能差异也有被完全抵消的可能性，毕竟科学技术的突破，一直在路上。