間充質(zhì)干細(xì)胞為臨床應(yīng)用提供了多種優(yōu)勢(shì)，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(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(duì)于其他干細(xì)胞類型的優(yōu)勢(shì)

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(guò)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(guò)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(duì)畸胎瘤形成的擔(dān)憂以及組織胚胎來(lái)源引起的倫理問(wèn)題，ESC的廣泛臨床應(yīng)用仍然存在爭(zhēng)議。

關(guān)于ESC的倫理爭(zhēng)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(guò)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(wèn)題。

MSC為臨床應(yīng)用提供了多種優(yōu)勢(shì)，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(wèn)題。

間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)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(lái)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(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)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(zhǎng)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(cè)。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(lái)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(duì)于hMSC的臨床應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(shì)，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(wèn)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(zhǎng)hMSC的壽命并通過(guò)提高其性能來(lái)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(duì)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(guò)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(lái)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?。蝗欢?，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(cè)定之間的承諾改變，盡管這種轉(zhuǎn)變的方向仍然存在爭(zhēng)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(guò)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(cè)試了多種方法來(lái)延長(zhǎng)hMSC的壽命，并通過(guò)提高其性能來(lái)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(duì)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(duì)hMSCs進(jìn)行端粒酶基因工程。

也可以采用對(duì)抗療法來(lái)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(guò)調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激水平來(lái)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(duì)于臨床應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一把雙刃劍。一方面解決了惡性腫瘤的問(wèn)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(lái)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(lái)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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