間充質(zhì)干/基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）是一種多能細(xì)胞，正在成為最有前途的異體細(xì)胞療法手段。間充質(zhì)干細(xì)胞具有固有的免疫調(diào)節(jié)特性、營養(yǎng)活性、較高的體外自我更新能力，并可被輕易改造以增強(qiáng)其免疫調(diào)節(jié)功能。間充質(zhì)干細(xì)胞通過與免疫細(xì)胞和局部微環(huán)境因素直接接觸，影響大多數(shù)免疫效應(yīng)細(xì)胞的功能。

以往的研究證實，間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用主要是通過間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子傳遞的；但最近的研究表明，凋亡和代謝失活的間充質(zhì)干細(xì)胞也具有免疫調(diào)節(jié)潛力，其中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和單核細(xì)胞發(fā)揮了關(guān)鍵作用。我們回顧了間充質(zhì)干細(xì)胞和工程間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)功能，并討論了提高臨床成功使用間充質(zhì)干細(xì)胞潛力的策略。

間充質(zhì)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)：機(jī)制和治療潛力

什么是間充質(zhì)干細(xì)胞？

間充質(zhì)干細(xì)胞/基質(zhì)細(xì)胞 (MSC) 是具有自我更新分化能力和免疫調(diào)節(jié)特性的多能性T細(xì)胞。它們最吸引人的兩個特點(diǎn)是可塑性（見術(shù)語表）和趨向性。

它們與其他細(xì)胞類型的區(qū)別在于，它們表達(dá)CD73、CD90和CD105等細(xì)胞表面標(biāo)志，但不表達(dá)CD45、CD34、CD14、CD19、CD11b或人類白細(xì)胞抗原-DR同種型 (HLA-DR) ，除具有抗腫瘤、抗纖維化、抗凋亡、抗炎、促血管生成、神經(jīng)保護(hù)、抗菌和化學(xué)吸引作用外，還在組織修復(fù)中發(fā)揮核心作用。這些獨(dú)特的特性使得MSCs在再生醫(yī)學(xué)、炎癥性疾病以及日益增長的癌癥治療等領(lǐng)域具有廣闊的治療潛力。

最初，MSC主要用于組織修復(fù)和再生。然而，它們越來越多地用于治療移植物抗宿主病 (GVHD) 和狼瘡和克羅恩氏病等自身免疫性疾病。此外，MSC的臨床潛力已擴(kuò)展到治療心肌梗死、中風(fēng)、多發(fā)性硬化癥、肝硬化、糖尿病、肺損傷和癌癥。MSC已從多種成人和圍產(chǎn)期組織中獲得和擴(kuò)增，如骨髓、脂肪組織、外周血、胎兒組織、牙髓、臍帶組織和胎盤組織。

大多數(shù)臨床前研究都是使用骨髓來源的MSCs (BM-MSC) 進(jìn)行的；然而，脂肪組織來源的MSCs (A-MSCs) 和臍帶血來源的 MSCs (UC-MSCs) 近年來也受到了相當(dāng)大的關(guān)注。

間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制

最近的研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)潛力，其中與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）和單核細(xì)胞的相互作用起著關(guān)鍵作用。一些研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞比骨髓-間充質(zhì)干細(xì)胞具有更強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用，這意味著間充質(zhì)干細(xì)胞是免疫調(diào)節(jié)療法的更好選擇。另一方面，臍帶-間充質(zhì)干細(xì)胞被認(rèn)為在體內(nèi)給藥時引發(fā)異體免疫反應(yīng)的風(fēng)險極低。這一點(diǎn)以及其易于采集的特點(diǎn)也使臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞成為合適的候選療法。

下面，我們將重點(diǎn)討論間充質(zhì)干細(xì)胞和工程間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)方面，并總結(jié)目前對間充質(zhì)干細(xì)胞調(diào)節(jié)對免疫細(xì)胞影響的認(rèn)識。

通過細(xì)胞間接觸發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用

MSCs參與先天免疫和適應(yīng)性免疫，其免疫調(diào)節(jié)功能主要通過與免疫細(xì)胞的相互作用發(fā)揮，包括細(xì)胞間接觸和旁分泌活動，涉及T細(xì)胞、B細(xì)胞、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞 (DC)和中性粒細(xì)胞（圖1）。

MSCs主要通過與T細(xì)胞、B細(xì)胞、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞 (DC) 和中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞相互作用發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能，通過細(xì)胞間接觸（藍(lán)色箭頭）和旁分泌活動（分泌組顯示）。MSCs的分泌組攜帶多種細(xì)胞因子、生長因子和趨化因子，免疫調(diào)節(jié)功能因MSCs的來源、靶細(xì)胞和微環(huán)境而異。

適應(yīng)性免疫細(xì)胞與免疫細(xì)胞之間的接觸

體外研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可通過上調(diào)細(xì)胞間粘附分子-1（ICAM-1）和血管細(xì)胞粘附分子-1（VCAM-1）抑制幼稚T細(xì)胞和記憶T細(xì)胞與抗原遞呈細(xì)胞溝通的反應(yīng)，而細(xì)胞間粘附分子-1和血管細(xì)胞粘附分子-1對T細(xì)胞活化和白細(xì)胞（WBC）招募到炎癥部位至關(guān)重要。

與先天免疫的免疫細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞間接觸

除了適應(yīng)性免疫系統(tǒng)之外，MSC還通過細(xì)胞間接觸影響先天免疫系統(tǒng)。追蹤研究顯示，輸注的UC-MSC短暫停留在肺部，并被單核細(xì)胞迅速吞噬，隨后遷移到身體其他部位。UC-MSC吞噬作用會誘導(dǎo)單核細(xì)胞的表型和功能變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，從而在介導(dǎo)、分布和轉(zhuǎn)移MSC的免疫調(diào)節(jié)作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

通過旁分泌活動發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用

重要的是，MSC還通過旁分泌機(jī)制分泌多功能分子，發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)特性 （圖1分泌蛋白組是一類多樣化的細(xì)胞因子、生長因子和趨化因子組，它們共同調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞的功能，其中包括轉(zhuǎn)化生長因子-β1 (TGF-β1)、腫瘤壞死因子-α (TNF-α)、前列腺素E2、干擾素-γ、肝細(xì)胞生長因子 (HGF)、成纖維細(xì)胞生長因子 (FGF)、吲哚胺吡咯2,3-雙加氧酶 (IDO) 和一氧化氮等。

旁分泌活性對適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的影響

已證實MSCs通過旁分泌作用于適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，特別是T細(xì)胞。MSCs通過誘導(dǎo)IL-10和PGE2的產(chǎn)生并抑制 IL-17、IL-22和IFN-γ來抑制輔助性T細(xì)胞17?(?Th17)分化。

旁分泌活性對先天免疫系統(tǒng)的影響

在先天免疫系統(tǒng)中，MSC可通過抑制IL-2誘導(dǎo)的NK細(xì)胞增殖并通過分泌IDO和PGE2誘導(dǎo)細(xì)胞毒活性或細(xì)胞因子產(chǎn)生來與NK細(xì)胞相互作用。MSC還被證實能增強(qiáng)IL-12/IL-18刺激的NK細(xì)胞分泌IFN-γ的能力，IFN-γ有可能改善損傷部位對感染的防御能力，并影響組織再生。此外，MSC衍生的IL-6已被證實能保護(hù)中性粒細(xì)胞免于凋亡，從而將其保存在骨髓微環(huán)境。MSC衍生的外泌體已被證實能增強(qiáng)中性粒細(xì)胞活力，而MSC條件培養(yǎng)基 (CM) 可增強(qiáng)中性粒細(xì)胞功能，表明MSC衍生的外泌體和CM均可通過調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞來增強(qiáng)免疫力。

預(yù)處理MSCs以增強(qiáng)其免疫調(diào)節(jié)功能和治療效果

眾所周知，間充質(zhì)干細(xì)胞的預(yù)處理會影響其療效，因此，人們探索了用不同的因素和各種條件來調(diào)節(jié)間充質(zhì)干細(xì)胞的分泌特征，提高其療效。用缺氧、氧化應(yīng)激、熱休克、饑餓或炎癥生物制劑對間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理已被證明有可能提高其存活率和有效性。預(yù)處理的主要方法是缺氧和使用免疫調(diào)節(jié)因子。下面我們將簡要討論這些方法。

對MSCs進(jìn)行工程改造，以增強(qiáng)其免疫調(diào)節(jié)功能和治療效果

MSC具有暫時逃避免疫反應(yīng)的內(nèi)在能力。在使用 MSC 進(jìn)行靶向治療的背景下，它們主要被視為IFN和IL等免疫調(diào)節(jié)分子的基因遞送載體，或被設(shè)計用于遞送溶瘤病毒 (OV)（圖2A)。通過改造MSC使其表達(dá)特定的免疫調(diào)節(jié)劑有助于提高M(jìn)SC的免疫調(diào)節(jié)能力和多能性，還使它們能夠通過單劑量輸送大劑量的癌癥靶向生物制劑。一些通過改造MSC表達(dá)多種免疫調(diào)節(jié)分子的例子如下表格1并在此討論。

(A) MSC可通過免疫調(diào)節(jié)分子（如干擾素 (IFN)、白細(xì)胞介素 (IL) 和 miRNA）進(jìn)行改造，或改造為溶瘤病毒載體。

(B) MSC也可進(jìn)行引發(fā)，這有助于其有效歸巢和遷移到目標(biāo)組織。

(C) 已對不同的方法進(jìn)行了修改和標(biāo)準(zhǔn)化，以改善MSC的冷凍保存。

間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)在臨床研究和試驗中的作用

MSC輸注已顯示出在治療多種對標(biāo)準(zhǔn)治療有抵抗力的疾病方面的潛在療效。

例如，在涉及自體腫瘤特異性單純皰疹病毒胸苷激酶 (HSV-TK) 的I/II期臨床試驗中，MSC在胃腸道腫瘤患者中表現(xiàn)出良好的安全性和耐受性：中位進(jìn)展時間為1.8個月，中位總生存期為15.6個月（表格2) 。

然而，由于患者數(shù)量不足，該研究提前終止。另一項近期的I/IIa期試驗（臨床試驗編號：NCT02351011）使用BM-MSC治療骨關(guān)節(jié)炎患者，證明自體BM-MSC是安全的，并能顯著改善疼痛和滑膜炎癥。

同樣，一項擴(kuò)展的 II/III 期研究（臨床試驗編號：（UMIN-CTR 編號：UMIN000006719）證明BM-MSC輸注可提高類固醇抗性GVHD患者的總體存活率（表格2) 。

在干細(xì)胞治療繼發(fā)性進(jìn)行性多發(fā)性硬化癥的IIa期研究中，自體BM-MSC可產(chǎn)生安全有效的神經(jīng)保護(hù)作用（臨床試驗編號：NCT00395200）。對于中度至重度特應(yīng)性皮炎患者，皮下注射人類UC-MSC可顯著改善疾病特征，且無嚴(yán)重不良事件，55%的患者濕疹面積和嚴(yán)重程度指數(shù) (EASI)評分降低了50%?（表格2) 。

對于難治性瘺管性克羅恩病，一項試點(diǎn)研究證明自體BM-MSC治療可行、安全且有益，12名患者中7名觀察到持續(xù)完全閉合。

另一項重要的III期研究（臨床試驗編號：NCT01541579）評估了擴(kuò)增的A-MSC（Cx601）治療克羅恩病患者復(fù)雜性肛周瘺的療效和安全性。Cx601治療使患者病情顯著緩解，且治療相關(guān)不良事件減少，表明MSCs 是一種有效的臨床應(yīng)用策略。

然而，需要注意的是，基于MSCs的治療可能會產(chǎn)生一些潛在的意想不到的副作用。例如，最近的臨床前研究表明，急性低溫引起的腦微環(huán)境改變會調(diào)節(jié)MSC的功能，從而產(chǎn)生促炎環(huán)境，并增加新生兒缺氧缺血性腦的長期運(yùn)動認(rèn)知缺陷。

結(jié)論和未來展望

MSCs因其對其他細(xì)胞類型的趨向性以及其免疫調(diào)節(jié)功能而成為一種有前途的治療策略。MSCs的免疫調(diào)節(jié)能力受不同炎癥細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)，免疫細(xì)胞與MSCs之間的相互作用可能有助于再生以及不同炎癥疾病的進(jìn)展。MSC免疫調(diào)節(jié)的主要機(jī)制是細(xì)胞間接觸和旁分泌活動，這些活動由細(xì)胞因子、趨化因子、細(xì)胞外囊泡、炎癥刺激或與其他細(xì)胞共培養(yǎng)引發(fā)。因此，MSCs的引發(fā)或許可使無細(xì)胞療法成為一種可控、可管理且可行的方法。

但是，仍有幾個問題需要解決（參見未解決的問題）。MSCs非常異質(zhì)，會隨著炎癥或抗炎刺激而發(fā)生顯著變化。因此，很難理解MSC的變異性如何影響其誘導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)作用。

由于MSC分泌體完整，存活的MSC可能會引發(fā)更復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制。未來的研究應(yīng)探索其他因素和/或慢性炎癥對MSC介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)的影響。這有可能找到新的預(yù)處理方法，以增強(qiáng)MSC功效并最大限度地減少M(fèi)SC旁分泌效力和治療功效的變化，尤其是在臨床可轉(zhuǎn)化性方面。

未解決的問題

• 哪些外界因素可以影響MSCs介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)？
• 我們?nèi)绾尾拍茏畲笙薅鹊販p少M(fèi)SC旁分泌效力和臨床轉(zhuǎn)化治療效果的變化？
• 哪些新的預(yù)處理技術(shù)可以帶來更好的MSC治療結(jié)果并進(jìn)一步提高治療效果？
• 能否利用多種免疫調(diào)節(jié)劑來介導(dǎo)關(guān)鍵生物信號通路？
• 我們?nèi)绾尾拍苡行У貙⒂星熬暗呐R床前研究轉(zhuǎn)化為臨床研究？

強(qiáng)調(diào)

• 間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs) 是一種多能細(xì)胞，正在成為最有前途的同種異體細(xì)胞治療手段。
• MSCs參與先天免疫和適應(yīng)性免疫，其免疫調(diào)節(jié)功能主要通過細(xì)胞間接觸和旁分泌活動與免疫細(xì)胞相互作用而發(fā)揮。
• 對MSCs進(jìn)行工程改造以表達(dá)特定的免疫調(diào)節(jié)劑有助于提高M(jìn)SCs的容量和多能性，同時還使它們能夠通過單劑量輸送大劑量的靶向癌癥的生物制劑。
• MSC 療法已顯示出對多種標(biāo)準(zhǔn)療法無效的疾病的潛在療效。然而，將MSC療法有效應(yīng)用于臨床仍存在一些挑戰(zhàn)。
• 高效歸巢和遷移MSCs至目標(biāo)組織對于未來開發(fā)基于MSC的療法至關(guān)重要。

參考資料：Song N, Scholtemeijer M, Shah K. Mesenchymal Stem Cell Immunomodulation: Mechanisms and Therapeutic Potential. Trends in Pharmacological Sciences. 2020 Sep;41(9):653-664. DOI: 10.1016/j.tips.2020.06.009. PMID: 32709406; PMCID: PMC7751844.

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