盡管間充質干細胞（MSC）移植為終末期肝病（ESLD）提供了一種替代策略，但由于細胞植入效率低，MSC治療的進一步廣泛應用受到限制。提高細胞植入效率對于增強MSC對肝臟疾病的治療起著至關重要的作用。

近日，福建醫(yī)科大學孟超肝膽醫(yī)院在《Stem Cell Research& Therapy》發(fā)表了一篇關于干細胞移植治療終末期肝病的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)的綜述，該綜述還概述了復雜的細胞歸巢過程，并強調低細胞植入效率與MSC歸巢旅程所涉及的細胞外條件的巨大差異密切相關，這些條件包括體外恒定的受控條件到體內可變的挑戰(zhàn)性條件。改善細胞存活和歸巢能力可增強間充質干細胞植入功效。

增強干細胞的存活和歸巢能力，提高干細胞移植治療肝病的功效

因此，我們總結當前的策略，包括低氧啟動、藥物預處理、基因修飾和細胞因子預處理，以及脾切除和局部照射，用于提高MSC的存活和歸巢能力，增強MSC治療的細胞植入和治療效率。我們希望這篇綜述能夠為提高間充質干細胞移植治療肝臟疾病的效率提供新的見解。
介紹

終末期肝病（ESLD），包括失代償性肝硬化、肝功能衰竭和肝細胞癌，死亡率很高，近年來發(fā)病率也有所上升。ESLD以肝功能嚴重異常為特征，包括肝功能失代償、門靜脈高壓、凝血功能障礙、黃疸、肝腎綜合征、肝性腦病和腹水。雖然肝移植能有效治療這些疾病，但由于供體器官短缺，大多數(shù)患者在等待移植手術時死亡。間充質干細胞（MSCs）是一種成人多能細胞，具有自我更新、多向分化、免疫調節(jié)和旁分泌功能。

最近的研究結果表明，間充質干細胞移植可改善急性或慢性肝病患者的肝功能，為ESLD患者提供了延長生命的另一種策略。間充質干細胞移植的治療功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

• 首先，間充質干細胞可通過轉分化或細胞融合替代肝細胞，促進肝組織修復和再生。
• 第二，間充質干細胞釋放生長因子和細胞因子，抑制肝細胞凋亡，刺激肝臟再生，從而發(fā)揮旁分泌功能。
• 第三，間充質干細胞具有與適應性和先天性免疫反應相關的免疫調節(jié)特性。

根據(jù)MSC治療的潛在治療機制，MSC的旁分泌或免疫調節(jié)作用取決于其在體內的存活率，而MSC的肝分化或融合功能取決于到達受損肝組織的存活MSC的數(shù)量。因此，MSC植入效率與細胞存活或活力以及細胞向肝臟的充分遞送密切相關。事實上，郭等人發(fā)現(xiàn)移植后4周肝組織中MSC的存活率低于5%。我們前期的工作表明，小鼠纖維化肝臟移植后1天內大量MSCs死亡，移植后11天存活的MSCs幾乎完全消失，表明MSC體內存活率極低，導致肝病細胞移植效率不足。因此，細胞損耗已成為MSC治療肝病的主要瓶頸。需要提高細胞存活率和MSC歸巢能力以提高細胞植入效率，以最大限度地發(fā)揮間充質干細胞移植在肝臟疾病中的治療潛力。

各種生物、生化和生物物理因素通過細胞、細胞外基質和體外和體內生物活性因子之間的相互作用緊密影響MSC的存活和歸巢能力。體外和體內條件的顯著不同嚴重影響移植后MSC的存活或活力。在MSC的體外擴增過程中，包括氧分壓在內的條件得到最佳控制，而MSC在體內會遇到各種條件，包括缺氧和氧化應激，這些條件會影響它們在移植過程中歸巢和有效重新填充肝組織的能力（圖1）。自導引過程的各個部分包括滾動、激活、粘附、爬行和遷移（圖2)影響MSCs歸巢至肝實質組織的數(shù)量。

MSC植入過程曲折，移植的MSC會經(jīng)歷從體外舒適生長條件到體內惡劣環(huán)境（如缺氧、氧化應激和炎癥）的劇烈變化，導致MSC治療肝臟的細胞存活率較低疾病。

間充質干細胞移植治療終末期肝病的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

MSC移植已廣泛用于臨床前研究，用于治療ESLD，包括肝衰竭和肝硬化，表明其在人類中治療ESLD的潛力。越來越多的臨床試驗證實了MSC移植對ESLD的治療潛力，特別是失代償性肝硬化（DLC）和慢加急性肝衰竭（ACLF）（表1）。

ACLF，慢性肝衰竭急性發(fā)作；ADSC，脂肪來源的MSC；ALB，白蛋白；ALT，丙氨酸轉氨酶；α-SMA、α-平滑肌肌動蛋白；AST，天冬氨酸轉氨酶；BM-MSC，骨髓來源的MSC；CHE，膽堿酯酶；CI，中央靜脈注射；DLC，失代償性肝硬化；HBV，乙肝病毒；HCC，肝細胞癌；HCV，丙型肝炎病毒；IAI，肝動脈注射；IL，白細胞介素；INR，國際標準化比率；ISI，脾內注射；LC，肝硬化；LF，肝功能衰竭；LT，肝移植；MELD，終末期肝病模型；PBC，原發(fā)性膽汁性肝硬化；PC，凝血酶原濃度；PCNA，增殖細胞核抗原；PI，門靜脈注射；PVI，外周靜脈注射；PT，凝血酶原時間；Tbil，總膽紅素；TGF-β1、轉化生長因子-β1；腫瘤壞死因子-α, 腫瘤壞死因子α；UC-MSC，臍帶來源的 MSC

李等人發(fā)現(xiàn)在13至75個月的隨訪期間，人臍帶血來源的MSC治療顯著改善了3年（83.3%vs61.8%）和5年（63.9%vs43.6%）的總生存率對于DLC患者 (n=36)。

在一項隨機對照臨床試驗中，間充質干細胞移植在DLC患者的13-75個月隨訪期間改善了總體生存率和肝功能生物標志物（48周隨訪期間的白蛋白、凝血酶原活性、膽堿酯酶和總膽紅素）n=108) 。DLC患者接受MSC治療后，未觀察到明顯的副作用或細胞相關并發(fā)癥。

Lin等人進行的一項隨機對照試驗。發(fā)現(xiàn)MSC治療可以通過改善ACLF患者的肝功能（總膽紅素和MELD評分）并降低嚴重感染的發(fā)生率（16.1%vs33.3%）來提高24周生存率（73.2%vs55.6%）（n=56）。

然而，穆罕默德內賈德等人。發(fā)現(xiàn)在一項涉及肝硬化患者的隨機對照試驗（n=27，隨訪12個月）中，MSC移植并沒有改善兒童評分、MELD評分、血清白蛋白、INR、血清轉氨酶或肝臟體積。鑒于世界范圍內肝病的背景和指南并不完全統(tǒng)一，MSC治療肝病亞類的臨床獲益還需要開展一些大型、多中心、長期隨訪的臨床試驗，以進一步證實MSC治療的臨床獲益。

更重要的是，在解釋間充質干細胞移植治療肝病的療效時，應考慮細胞植入效率，包括間充質干細胞靶向遞送至肝實質組織的存活率和數(shù)量。?值得注意的是， Kantarc?o?lu等人在接受MSC治療6個月后對肝硬化患者 ( n=25)進行了一系列肝臟活檢。發(fā)現(xiàn)間充質干細胞無法以足夠的量輸送到肝組織中。因此，細胞植入效率低嚴重影響MSC治療肝病的長期治療效果。接下來，我們將描述細胞歸巢過程以及如何提高細胞植入效率，以增強間充質干細胞對肝病的治療功效。

間充質干細胞移植及體內歸巢過程

根據(jù)之前的綜述，MSC歸巢可分為系統(tǒng)性和非系統(tǒng)性。對于非系統(tǒng)性歸巢，將間充質干細胞局部注射到目標部位。在全身歸巢中，間充質干細胞被注入血流，穿過循環(huán)系統(tǒng)，最后遷移到目標部位。在肝臟疾病中，MSC歸巢是全身性的，因為MSC移植通常是通過不同途徑（包括外周靜脈和肝門靜脈）進行靜脈 (IV) 注射來實現(xiàn)。靜脈移植后，間充質干細胞最初保留在肺部，然后輸送到肝臟、脾臟和腎臟。很少有間充質干細胞位于其他器官。盡管輸送途徑影響間充質干細胞到達損傷部位的行進，但門靜脈和外周靜脈給藥之間能夠遷移到實質肝組織的細胞數(shù)量沒有顯著差異。

此外，在急性肝衰竭或肝硬化模型中，外周靜脈和門靜脈給藥間充質干細胞的治療效果沒有差異?？紤]到MSC的存活和歸巢能力與MSC治療的療效密切相關，靜脈注射的MSC，無論注射部位如何，都會經(jīng)歷相似的體內微環(huán)境和相同的全身歸巢過程。相關的，已經(jīng)證實靜脈注射后全身歸巢是不可避免的，并且涉及主動或被動的MSC外滲，然后是趨化因子引導的間質向損傷部位遷移。與內源性白細胞向炎癥部位遷移類似，全身施用的間充質干細胞經(jīng)歷滾動、激活、粘附、爬行和遷移（圖2）。

增強肝臟疾病中MSC存活和歸巢能力的策略

進入血液后，間充質干細胞將遇到一系列可能影響其生存的條件。支持體外生長的最佳恒定條件讓位于更多體內惡劣、復雜的條件，包括低氧張力、流體壓力以及與全血成分的相互作用。

結果，許多間充質干細胞在靜脈移植后在血液循環(huán)中死亡。此外，在曲折的歸巢過程之后，現(xiàn)有的存活MSCs繼續(xù)受到靶向部位的缺氧、氧化應激和炎癥等挑戰(zhàn)性條件的影響，導致細胞持續(xù)死亡，使得只有少量存活的MSCs在細胞內生長。肝實質組織。細胞損耗極大地降低了MSC移植在肝臟疾病中的理論功能。考慮到細胞存活和細胞歸巢能力與MSC植入效率密切相關，有必要進一步提高MSC的存活和歸巢能力，最大限度地發(fā)揮MSC治療肝病的治療效果。接下來，我們總結了當前增強MSC移植的細胞存活和歸巢能力的策略（圖3)。

目前的策略包括低氧啟動、藥物預處理、基因修飾、細胞表面工程、細胞因子預處理、脾切除、納米顆粒標記和局部照射，已被用于提高MSC的存活和細胞歸巢能力。

提高間充質干細胞體內存活率的策略

缺氧啟動：一般來說，人體動脈血含12.3%O2，靜脈血含5.3%O2，肝組織含約4.04%O2（30.7mmHgO2）。與常氧培養(yǎng)的MSCs（NC-MSCs，約19.95%O2 ）的體外擴增相比，體內的氧溶解以及肝組織和循環(huán)系統(tǒng)中的氧含量極低。短期缺氧后，NC-MSCs由于Sug1上調和26S蛋白酶體失活而容易死亡，導致免疫原性增加，誘導細胞凋亡。此外，NC-MSC干性在體外廣泛擴增過程中很容易丟失。

因此，NC-MSC的體內擴增很難適應氧壓的劇烈變化。為了提高間充質干細胞適應氧氣變化的能力，低氧啟動（一種體外預處理方法）已被用來提高其體內存活率。缺氧啟動可以增加MSCs分泌的自分泌或旁分泌因子，包括IL-6、TNFα、HGF、VEGF和前列腺素E合酶，從而促進肝再生并減少肝細胞凋亡。此外，它還通過促進自噬來預防MSC衰老，并下調p16、p53和p21。因此，低氧啟動已被用來增強MSC治療肝病的效果（表2）。

藥物預處理：越來越多的證據(jù)表明，以活性氧過度產(chǎn)生為特征的氧化應激是移植間充質干細胞細胞存活率低的關鍵因素?？寡趸幬镆驯挥脕砜朔趸瘧げ⑻岣進SC 的體外存活率（表3）。

事實上，我們的小組發(fā)現(xiàn)低劑量的還原型谷胱甘肽（GSH）和褪黑激素可用于保護間充質干細胞功能（包括細胞增殖和干細胞性）并減少長期體外傳代過程中的細胞衰老。重要的是，抗氧化劑預處理通過減少H2O2損傷模型中的細胞凋亡來增加MSC存活率并增強MSC治療肝纖維化的治療效果。使用其他抗氧化劑進行預處理，包括依達拉奉、玉米黃質二棕櫚酸酯和維生素E，也可用于增強間充質干細胞的存活率和肝衰竭的治療效果。

基因修飾：鑒于miR-210與缺氧或氧化應激下的細胞存活密切相關，其過表達已被用來增強MSC在缺氧條件下的存活或H2O2誘導的氧化應激，從而改善修復功能MSC移植。抗凋亡、抗氧化或促生存基因的過度表達，包括BCL-2、Akt1、HGF、GATA-4和促紅細胞生成素 (EPO)，顯著增強MSC的體外和體內存活率。此外，miR-34a的下調，而miR-16通過減少細胞凋亡來增強MSC的存活。因此，改變基因表達以減少細胞凋亡和/或提高對缺氧和氧化應激的適應性是增強MSC體內存活的另一種方法。

增強間充質干細胞體內歸巢能力的策略

MSC體外修飾

基因修飾：MSC歸巢的整個過程是由配體和受體之間的串擾控制的。增加MSC上配體或受體的表達可提高其歸巢能力。過表達遷移相關基因，包括CXCR-4、CCR-2、CXCL-9和c-Met，已被用來增加MSC歸巢。基因修飾還顯著增強MSC對急性或慢性肝病的治療功效（表4）。

細胞表面工程：在細胞表面修飾目標分子的細胞表面工程已被用來增強 MSC 向目標位點的遞送。此前，人類脂肪組織來源的間充質干細胞表面采用脂質偶聯(lián)肝素進行改造，以增加間充質干細胞的肝臟歸巢并改善間充質干細胞對急性肝衰竭的治療。

細胞因子預處理：用細胞因子（包括IL-17和HGF）進行預處理，可以改善MSC體內的遷移和歸巢能力。

納米顆粒標記：基于納米顆粒的成像已廣泛用于MSC生物分布的體內評估。黃等人開發(fā)了一種用于MSC標記的鐵基納米簇，發(fā)現(xiàn)它通過促進CXCR-4表達來增強MSC遷移。

宿主環(huán)境調節(jié)

脾切除術：門脈高壓是肝硬化加重的典型身體狀況。此前，有人認為流動剪切應力有利于間充質干細胞的成骨、心血管、軟骨、脂肪和神經(jīng)分化。然而，高剪切應力和門靜脈高壓阻礙了MSC的粘附和遷移。脾切除術是門脈高壓和肝硬化患者增加血小板計數(shù)和促進肝再生的一種治療選擇。

瞬時局部照射：考慮到瞬時局部照射（TLR）會擾亂LSEC屏障并抑制Kupffer細胞的吞噬功能，因此TLR已被用于增強肝切除小鼠的肝細胞植入。

結論和未來方向

在此，我們回顧了間充質干細胞移植的整個細胞歸巢過程以及間充質干細胞治療肝臟疾病的臨床現(xiàn)狀，強調細胞移植效率低是間充質干細胞治療的使用和長期療效面臨的主要挑戰(zhàn)。

我們還強調，細胞存活和間充質干細胞向肝實質組織的遷移與間充質干細胞的移植效率密切相關。因此，我們總結了目前提高間充質干細胞移植治療肝病的細胞存活率和歸巢能力的策略。

目前的策略得到了體外和動物研究的支持，但其在肝臟疾病中改善細胞存活和間充質干細胞治療歸巢能力的臨床轉化潛力仍有待測試。或化學方法是提高間充質干細胞植入效率的替代方法；然而，生物安全問題以及如何實現(xiàn)GMP級細胞生產(chǎn)還需要進一步探索。

除了細胞存活率和歸巢能力，還有大量變量，包括來自不同組織的間充質干細胞的異質性和患者的個體差異，這些都會影響細胞移植效率和間充質干細胞治療肝病的個性化。顯然，有必要開發(fā)個性化模型來解決間充質干細胞移植治療肝病的療效問題。

參考資料：Yu, S., Yu, S., Liu, H. et al. Enhancing mesenchymal stem cell survival and homing capability to improve cell engraftment efficacy for liver diseases. Stem Cell Res Ther 14, 235 (2023). https://doi.org/10.1186/s13287-023-03476-4

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