間充質(zhì)干細(xì)胞為臨床應(yīng)用提供了多種優(yōu)勢，例如可用性和易于采集；多系分化潛能；有效的免疫抑制作用；安全，輸注同種異體細(xì)胞后不存在惡性轉(zhuǎn)化的可能性，這在ESC和iPSC中很常見…

人類間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSC）在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示出前景，因?yàn)樗鼈兛梢哉{(diào)節(jié)許多不治之癥。間充質(zhì)干細(xì)胞也稱為間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞，是成體干細(xì)胞的一種，在維持和修復(fù)成體各種組織和器官中發(fā)揮作用。hMSC已成為多種疾病細(xì)胞治療的有前途的候選者，例如心血管疾病、糖尿病腎病以及各種腦損傷，包括中風(fēng)、神經(jīng)創(chuàng)傷和中暑。

MSC是存在于成人骨髓中的非造血、多能細(xì)胞。它們能夠自我更新和多系分化為中胚層來源的各種組織，例如骨、軟骨、肌腱、脂肪、心臟、肌肉和骨髓基質(zhì)。與其他類型的干細(xì)胞相比，hMSC顯示出多種優(yōu)越的治療用途特性。為了成功地利用hMSC進(jìn)行基于細(xì)胞的治療，需要大量的細(xì)胞，需要大量的離體細(xì)胞擴(kuò)增。由于臨床上需要長時(shí)間的離體擴(kuò)增以獲得足夠數(shù)量的細(xì)胞用于治療，長期培養(yǎng)可能會(huì)引起hMSC的持續(xù)變化，包括細(xì)胞衰老。考慮離體培養(yǎng)中hMSC的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)將為我們提供一些新方法來克服其治療功效的局限性并最大限度地發(fā)揮其臨床價(jià)值。

間充質(zhì)干細(xì)胞在臨床應(yīng)用中相對于其他干細(xì)胞類型的優(yōu)勢

在各種干細(xì)胞類型中，hMSC在細(xì)胞療法的臨床應(yīng)用中表現(xiàn)出多種優(yōu)越的特性。每種干細(xì)胞類型的優(yōu)點(diǎn)和局限性在以下文章中進(jìn)行了討論和總結(jié)：表格1。

胚胎干細(xì)胞 (ESC) 在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中（受精后第一周晚些時(shí)候）在囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中產(chǎn)生。它們被認(rèn)為是多能的，可以產(chǎn)生三個(gè)胚胎生殖細(xì)胞層，以及生物體中發(fā)現(xiàn)的幾乎所有類型的細(xì)胞。由于它們的多能性，它們引起了廣泛的關(guān)注。

ESC系是通過使用從早期人類胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)獲得的細(xì)胞建立的。已經(jīng)建立了許多用于將人類ESC分化為多種成熟和功能性細(xì)胞類型的方案。然而，由于對畸胎瘤形成的擔(dān)憂以及組織胚胎來源引起的倫理問題，ESC的廣泛臨床應(yīng)用仍然存在爭議。

關(guān)于ESC的倫理爭議導(dǎo)致了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）的發(fā)展，這一發(fā)展在2012年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，距其首次發(fā)表僅六年后。iPSC首先通過轉(zhuǎn)導(dǎo)四種確定的轉(zhuǎn)錄因子（例如Oct3/4、Sox2、c-Myc 和 Klf4 或 Nanog 或 Lin28）從終末分化的成纖維細(xì)胞重編程。與ESC一樣，iPSC也顯示出出色的多能性。最近，已經(jīng)開發(fā)了幾種有前途的方案用于將人類iPSC分化為各種類型的細(xì)胞。盡管iPSC是基于細(xì)胞的治療的有吸引力的候選者，但其使用受到移植后畸胎瘤形成相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的限制，這也是ESC應(yīng)用中的一個(gè)問題。

MSC為臨床應(yīng)用提供了多種優(yōu)勢，例如可用性和易于采集；多系分化潛能；有效的免疫抑制作用；安全，輸注同種異體細(xì)胞后不存在惡性轉(zhuǎn)化的可能性，這在ESC和iPSC中很常見；以及人類胚胎干細(xì)胞應(yīng)用中不存在倫理問題。

間充質(zhì)干細(xì)胞對于細(xì)胞治療最有前途的好處之一是它們的可用性和易于采集。間充質(zhì)干細(xì)胞幾乎可以從所有器官的基質(zhì)中分離和擴(kuò)增，例如骨髓、脂肪組織、臍帶血、外周血、羊水和胎盤。

最優(yōu)選和最豐富的來源是骨髓和皮下脂肪組織。分離后，hMSC的特征在于其粘附于塑料板表面的能力和成纖維細(xì)胞樣形態(tài)。與其他類型的干細(xì)胞相比，它們的整體分離過程相對簡單。分離和擴(kuò)增的離體?細(xì)胞可以分化為骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞和骨髓基質(zhì)。hMSCs有助于其治療效果的另一個(gè)特征是它們分泌各種可溶性生長因子和細(xì)胞因子，以內(nèi)分泌和旁分泌方式發(fā)揮作用，進(jìn)而影響其治療效果。

間充質(zhì)干細(xì)胞獨(dú)特的免疫耐受表型是由于其表面標(biāo)記的特殊分布，使它們能夠逃避免疫細(xì)胞的檢測。它們具有低水平的MHCI類、CD40、CD80和CD86，沒有MHCII類分子。間充質(zhì)干細(xì)胞的這種免疫調(diào)節(jié)表型使得有可能為患者使用同種異體細(xì)胞。

間充質(zhì)干細(xì)胞在培養(yǎng)物中增殖的能力有限。在不同來源（例如骨髓）的hMSC中觀察到衰老激活；牙髓、臍帶血和子宮內(nèi)膜。間充質(zhì)干細(xì)胞有限的復(fù)制壽命保證了移植后免受惡性轉(zhuǎn)化威脅的安全。然而，這種有限的細(xì)胞壽命對于hMSC的臨床應(yīng)用來說可能是一把雙刃劍，如下文所述。

hMSCs在臨床應(yīng)用中具有多種優(yōu)勢，例如獲取和易于采集、多系分化潛力、強(qiáng)大的免疫抑制作用、安全性，輸注同種異體細(xì)胞后不存在惡性轉(zhuǎn)化的可能性（這在ESCs和iPSCs中很常見），以及不存在應(yīng)用人類胚胎干細(xì)胞時(shí)出現(xiàn)的倫理問題。間充質(zhì)干細(xì)胞有限的壽命可以保證其免受惡性腫瘤的侵害，但會(huì)改變各種細(xì)胞功能，包括增殖、分化和遷移能力，從而限制了臨床使用。為了延長hMSC的壽命并通過提高其性能來最大限度地發(fā)揮其臨床用途，各種試驗(yàn)正在進(jìn)行中。

間充質(zhì)干細(xì)胞成功細(xì)胞治療的先決條件

對于成功的細(xì)胞療法，干細(xì)胞必須能夠分化為特定的靶向細(xì)胞，或者必須通過旁分泌機(jī)制發(fā)揮作用。它們的提取和分離必須可行，并且移植到人體必須安全有效。此外，為了最大限度地發(fā)揮細(xì)胞療法的治療效果，大量的細(xì)胞是必不可少的，大多數(shù)細(xì)胞類型需要大量的離體細(xì)胞擴(kuò)增。

hMSC在基于細(xì)胞療法的再生醫(yī)學(xué)策略中的使用依賴于MSC易于增殖并產(chǎn)生可替代目標(biāo)受影響組織的分化細(xì)胞的能力。因此，應(yīng)該考慮在治療使用和移植之前進(jìn)行必要的離體擴(kuò)增后，這些細(xì)胞是否仍然具有干細(xì)胞的特性，即自我更新和多系分化。

限制間充質(zhì)干細(xì)胞干性的因素：細(xì)胞衰老

盡管間充質(zhì)干細(xì)胞已廣泛應(yīng)用于細(xì)胞治療，但其臨床用途仍然有限。來自不同供體的間充質(zhì)干細(xì)胞是異質(zhì)的。體外細(xì)胞傳代和培養(yǎng)條件影響細(xì)胞表型。此外，MSC的細(xì)胞衰老顯著損害其增殖和分化潛力。衰老會(huì)影響細(xì)胞亞群動(dòng)態(tài)并削弱間充質(zhì)干細(xì)胞的功能。hMSCs的使用預(yù)計(jì)將有助于治療老年人群的退行性疾病；然而，老年患者的間充質(zhì)干細(xì)胞的潛力有限，可能會(huì)限制基于自體細(xì)胞的治療方法的療效。

細(xì)胞衰老加劇hMSC的各種功能。隨著衰老，hMSC表現(xiàn)出分化潛力降低以及成骨和脂肪形成譜系測定之間的承諾改變，盡管這種轉(zhuǎn)變的方向仍然存在爭議。一些研究報(bào)道，hMSCs的成骨活性根據(jù)其離體培養(yǎng)而降低。另一方面，在一些研究中，衰老的hMSC的成骨潛力保持不變甚至增加。一些研究報(bào)告稱，衰老的 hMSC揭示了成骨分化與成骨譜系與成脂譜系之間的平衡受損。

hMSC在細(xì)胞衰老過程中免疫調(diào)節(jié)活性的改變也會(huì)影響細(xì)胞的治療潛力。與衰老hMSC免疫調(diào)節(jié)功能改變相關(guān)的研究強(qiáng)烈支持這樣的觀點(diǎn)，即體內(nèi) 施用衰老hMSC可能會(huì)引起全身炎癥反應(yīng)并導(dǎo)致敗血癥。

克服間充質(zhì)干細(xì)胞衰老的試驗(yàn)

已經(jīng)測試了多種方法來延長hMSC的壽命，并通過提高其性能來最大限度地發(fā)揮其臨床用途。

hMSC中端粒酶的異位表達(dá)是對抗細(xì)胞復(fù)制衰老的一種方法。然而，由于細(xì)胞可能發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化，這種方法可能很危險(xiǎn)。因此，在臨床應(yīng)用中應(yīng)避免對hMSCs進(jìn)行端粒酶基因工程。

也可以采用對抗療法來解決hMSC的衰老表型。組蛋白脫乙酰酶表達(dá)降低是MSCs衰老的表型之一；因此，使用組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑可以防止MSC的復(fù)制衰老。此外，雷帕霉素已被證明可以逆轉(zhuǎn)衰老表型并改善免疫調(diào)節(jié)。

可以通過調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激水平來減少細(xì)胞衰老，因?yàn)檠趸瘧?yīng)激是衰老的主要原因之一。為了減少hMSC體外培養(yǎng)過程中的氧化應(yīng)激，人們進(jìn)行了各種嘗試。一些研究表明，在 體外培養(yǎng)過程中，在缺氧條件下培養(yǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞可以避免衰老并表現(xiàn)出延長的壽命?？寡趸瘎┛赡苁强朔?hMSC 衰老的另一種有效且安全的替代方案。

總結(jié)

目前許多試驗(yàn)旨在克服hMSC的有限壽命。這種限制對于臨床應(yīng)用來說是一把雙刃劍。一方面解決了惡性腫瘤的問題；另一方面，它限制了各種減輕治療效果的功能，包括自我更新、多效、遷移和免疫調(diào)節(jié)功能。盡管需要更多的研究來改善細(xì)胞離體擴(kuò)增的條件，但hMSC仍然被認(rèn)為是多種疾病的細(xì)胞療法的安全有效來源。

參考資料：Kim HJ, Park JS. Usage of Human Mesenchymal Stem Cells in Cell-based Therapy: Advantages and Disadvantages. Dev Reprod. 2017 Mar;21(1):1-10. doi: 10.12717/DR.2017.21.1.001. Epub 2017 Mar 31. PMID: 28484739; PMCID: PMC5409204.

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