這些特點綜合了MSCs靜脈注射的優(yōu)勢和局限性，為臨床應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。

間充質(zhì)干細胞動脈給藥

間充質(zhì)干細胞（MSCs）動脈給藥的特點主要包括：

在某些治療適應(yīng)癥中，動脈內(nèi) (IA) 輸送可能被證明是最有效的方法。

• 提高療效：相較于其他給藥方式，動脈注射方式可見更為明顯的療效。研究表明，動脈注射組改善最迅速且最明顯，并明顯增強梗死側(cè)胼胝體區(qū)髓鞘的重建。

• 更多的細胞聚集：動脈移植組在注射后早期有更多聚集于梗死灶周圍，這可能有助于提高治療效果。

• 繞過肺系統(tǒng)：動脈注射可以繞過肺系統(tǒng)，更有效地將細胞導(dǎo)向大腦的缺血部位，這對于治療腦卒中等疾病尤為重要。

• 安全性：有研究指出動脈注射安全且具有更好的治療效果。

• 減少腦損傷風(fēng)險：盡管有研究表明動脈注射與靜脈注射相比有可能增加腦損傷的風(fēng)險，但也有研究未能明顯改善神經(jīng)功能，這表明動脈給藥的安全性需要根據(jù)具體情況評估。

• 提高趨化效率：經(jīng)動脈注射可以相對提高MSCs向損傷組織的趨化效率。

• 微血栓產(chǎn)生風(fēng)險：體積較大的MSCs經(jīng)動脈注射后易在微動脈聚集，可能產(chǎn)生微血栓，提示經(jīng)動脈注射MSCs存在較高的治療風(fēng)險。

• 靶向性：動脈給藥可以更精確地將MSCs輸送到特定的組織或器官，如心臟或大腦，這對于治療局部缺血性疾病特別有用。

• 技術(shù)挑戰(zhàn)：盡管動脈給藥具有上述優(yōu)勢，但也存在技術(shù)挑戰(zhàn)，如需要精確的注射技術(shù)和對血管的精確定位。

綜上所述，動脈給藥在提高MSCs治療效果、靶向性和趨化效率方面具有明顯優(yōu)勢，但同時也伴隨著一定的風(fēng)險和技術(shù)挑戰(zhàn)。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)患者的具體情況和疾病特點來選擇最合適的給藥途徑。

間充質(zhì)干細胞腹腔給藥

腹腔注射間充質(zhì)干細胞（IP）有一定的益處，但這種方法的命運、益處和局限性尚未得到很好的研究。IP注射可降低細胞從腹腔移出的速度，從而避免可能致命的肺血管快速栓塞，并允許注射更多細胞。

與靜脈注射相比，IP注射間充質(zhì)干細胞在多種疾病的臨床前模型中具有相似甚至更深遠的效果。

與靜脈注射相比，IP注射的MSC在多種疾病的臨床前模型中具有相當(dāng)甚至更深遠的效果。MSC在這些和其他疾病模型中的有益作用與其改變先天和獲得性免疫系統(tǒng)的能力有關(guān)。

間充質(zhì)干細胞局部給藥

局部給藥包括：包括鞘內(nèi)注射、病灶內(nèi)注射和心內(nèi)膜注射等，適用于特定區(qū)域或器官的治療。

將MSCs局部注射到靶組織或損傷部位附近具有重要優(yōu)勢，包括反應(yīng)快速、局部化。細胞可以被注射到精確的目標位置，從而增加植入機會（與組織再生相關(guān)）并延長其治療潛力（直接旁分泌支持）。

與生物材料/支架一起局部注射到損傷部位可以降低肺梗塞或心肌梗塞的風(fēng)險。從支架上遷移的細胞傾向于單獨遷移，因此不太可能在肺中聚集。

然而，局部給藥也存在風(fēng)險，例如高密度給藥時細胞會誘導(dǎo)細胞凋亡。許多局部細胞遞送途徑都存在“沖刷”效應(yīng)，尤其是心肌內(nèi)注射。在侵入性手術(shù)中，針頭或?qū)Ч軙π呐K組織造成機械損傷，打開血管并在心肌中留下針孔，從而形成一個空間，懸浮細胞可以通過該空間。

下文將詳細討論局部給藥的其他特性。

02間充質(zhì)干細胞局部給藥后的作用機制

由于MSC在治療組織損傷方面具有重要的臨床意義，因此迫切需要更好地描述MSC局部注射后的作用機制。人們提出了MSC發(fā)揮其有益作用的幾種可能機制。

盡管早期有證據(jù)表明MSC直接分化和細胞替換，但最近的研究強烈表明，它們最重要的作用機制可歸因于它們能夠分泌旁分泌因子，包括細胞外囊泡 (EV) 和細胞因子，將線粒體轉(zhuǎn)移到附近的細胞 (圖2）、遷移并改變免疫反應(yīng)（免疫調(diào)節(jié)）。

間充質(zhì)干細胞的旁分泌因素

間充質(zhì)干細胞會釋放大量生物活性因子（如細胞因子、趨化因子、激素、生長因子和miRNA），對局部細胞動態(tài)產(chǎn)生深遠影響。這些旁分泌因子構(gòu)成了一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一部分，可保護損傷組織，促進內(nèi)源性修復(fù)/再生機制和免疫介導(dǎo)的吞噬作用 ，從而產(chǎn)生長期的有益影響。

間充質(zhì)干細胞的細胞間接觸

間充質(zhì)干細胞（MSCs）的細胞間接觸在它們的免疫調(diào)節(jié)作用和組織修復(fù)中扮演著重要角色。以下是一些關(guān)鍵點，概述了MSCs細胞間接觸的機制和作用：

• 免疫調(diào)節(jié)：MSCs能夠通過細胞間接觸抑制自然殺傷細胞（NK細胞）的增殖、細胞毒性和細胞因子產(chǎn)生。研究表明，MSCs可以抑制IL-2誘導(dǎo)的NK細胞增殖。此外，MSCs與NK細胞之間的相互作用能夠?qū)е翹K細胞激活受體表面表達的下調(diào)，從而抑制NK細胞的細胞毒性。

• 促進腫瘤發(fā)展：MSCs與腫瘤細胞之間的復(fù)雜相互作用促進腫瘤進展，通過創(chuàng)造有利于腫瘤細胞增殖、血管生成、運動、侵襲和轉(zhuǎn)移的環(huán)境。MSCs可以通過細胞接觸、釋放旁分泌因子和通過細胞外囊泡（EVs）轉(zhuǎn)移生物物質(zhì)來調(diào)節(jié)腫瘤生長。

• 與內(nèi)皮細胞的相互作用：MSCs與血管內(nèi)皮細胞之間的直接細胞接觸可以誘導(dǎo)MSCs表現(xiàn)出類似周細胞的表型，這在血管新生和組織再生中可能起到關(guān)鍵作用。此外，MSCs通過細胞間接觸能夠調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞的增殖和血管生成，部分是通過VE-Cadherin/β-catenin信號通路的調(diào)節(jié)。

• 旁分泌因子的增強：研究表明，促進細胞間接觸的生物材料可以增強MSCs的旁分泌功能。在三維培養(yǎng)中，與水凝膠中包埋的MSCs相比，種植在支架上的MSCs顯示出增強的分泌譜，并對外胚層細胞如肌細胞前體產(chǎn)生有益的旁分泌效應(yīng)，這部分可以歸因于N-cadherin介導(dǎo)的細胞間相互作用。

• 抗衰老作用：MSCs的抗衰老作用部分是通過旁分泌方式和直接的細胞間接觸實現(xiàn)的。它們分泌的可溶性旁分泌因子包括IL-10（一種抗炎和免疫調(diào)節(jié)細胞因子）、與組織修復(fù)潛力相關(guān)的IL-6和IL-8，以及能夠促進CD8+T細胞和Treg細胞發(fā)育同時抑制Th1的TGF-β。此外，MSCs還表達FasL和PD-L1以進行接觸依賴性抑制以誘導(dǎo)T細胞凋亡。

綜上所述，MSCs的細胞間接觸在它們的免疫調(diào)節(jié)、促進腫瘤發(fā)展、與內(nèi)皮細胞相互作用、旁分泌功能增強以及抗衰老作用中起著至關(guān)重要的作用。通過這些機制，MSCs能夠在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，包括組織修復(fù)、免疫調(diào)節(jié)和腫瘤微環(huán)境的塑造。

間充質(zhì)干細胞的免疫調(diào)節(jié)

MSC具有廣泛的免疫調(diào)節(jié)能力，能夠影響適應(yīng)性和先天性免疫反應(yīng)。目前的證據(jù)表明，MSC對同一類型的免疫細胞發(fā)揮不同的免疫調(diào)節(jié)作用，具體取決于局部微環(huán)境或疾病狀態(tài)。

以下是間充質(zhì)干細胞在免疫調(diào)節(jié)方面的幾個關(guān)鍵點：

• 對單核細胞/巨噬細胞的影響：MSCs能夠削弱單核細胞/巨噬細胞的吞噬和抗原呈遞能力，并促進這些細胞表達免疫抑制分子，如白介素（IL）-10和程序性細胞死亡蛋白1配體1（PD-L1）。

• 對樹突狀細胞的影響：MSCs能有效抑制樹突狀細胞的成熟，降低它們產(chǎn)生促炎細胞因子的能力，并減少對T細胞的激活。

• 對T細胞的影響：MSCs抑制CD4+T輔助細胞（Th1和Th17）的生成和促炎特性，同時促進調(diào)節(jié)性T細胞（Tregs）的增殖和抑制能力。此外，MSCs還能削弱促炎CD8+ T細胞的擴增、細胞因子分泌和細胞毒性活動。

• 對B細胞的影響：MSCs抑制B細胞的分化、增殖和抗體分泌，并促進產(chǎn)生IL-10的調(diào)節(jié)性B細胞（Bregs）。

• 旁分泌機制：MSCs通過旁分泌機制，涉及TGF-β、HGF、PGE2、HLAG-5、IL-6、CCL-2、CCL-5等因子，加強其在局部淋巴細胞中的作用。

• 免疫逃逸機制：MSCs通過產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)分子（如IFN-γ、COX2、PGE2和IDO）的細胞-細胞相互作用從免疫系統(tǒng)中逸出。

• 臨床應(yīng)用：由于MSCs的免疫抑制特性，它們已成為治療炎癥性疾病（如急性移植物抗宿主病、器官/細胞移植中的移植物排斥反應(yīng)和自身免疫疾病）的有前景的工具。

• 雙向免疫調(diào)節(jié)作用：MSCs是免疫環(huán)境的“調(diào)和劑”，具有雙向免疫調(diào)節(jié)作用，根據(jù)局部微環(huán)境的不同，可以表現(xiàn)出截然相反的免疫調(diào)節(jié)能力。

• 免疫調(diào)節(jié)特性的差異性：MSCs的免疫調(diào)節(jié)特性隨細胞來源和細胞質(zhì)量等因素的不同而不同。

• 與B細胞的聯(lián)系：人源性MSCs通過接觸依賴機制改善靜止B細胞的存活，并抑制依賴T細胞的B細胞分化。

這些特性顯示了MSCs在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和治療免疫相關(guān)疾病方面的潛力。

間充質(zhì)干細胞的遷移（歸巢）的機制

間充質(zhì)干細胞（MSCs）的歸巢是指這些細胞能夠定向遷移到特定的組織部位，特別是在機體受到損傷、缺血或缺氧時，MSCs能夠被吸引到這些損傷部位進行修復(fù)和再生。以下是關(guān)于MSCs歸巢機制的一些關(guān)鍵點：

• 歸巢的定義：2009年，Karp等建議將“MSCs歸巢”定義為MSCs在目標組織的脈管系統(tǒng)里被捕獲，隨后跨越血管內(nèi)皮細胞遷移至目標組織的過程。

• 歸巢的發(fā)現(xiàn)過程：1983年，Gallatin首次提出“歸巢”概念，原本指淋巴細胞的歸巢。后來這一概念被引申到干細胞，包括MSCs。

• 歸巢機制：MSCs的歸巢效應(yīng)涉及多種因素，包括趨化因子及其受體。MSCs表面廣泛表達不同趨化因子、生長因子等受體，這些受體與相應(yīng)配體結(jié)合，驅(qū)動MSCs歸巢。損傷部位的信號分子和MSCs表面受體相一致，使得機體內(nèi)或外源移植的干細胞順利歸巢至微環(huán)境。

• 趨化因子的作用：一些趨化因子如CXCL12（SDF-1α）、CXCL16、CCL19、TGF-β1、表皮細胞生長因子、血小板源生長因子BB等與MSCs上的相應(yīng)受體相互作用，是引起MSC靶向遷移的重要因素。特別是CXCL12及其受體CXCR4被認為是吸引MSC遷移的一對非常重要的細胞因子及其受體。

• 歸巢的步驟：MSC歸巢可以分為非系統(tǒng)歸巢和系統(tǒng)歸巢。系統(tǒng)歸巢由受損或發(fā)炎組織釋放的歸巢促進因子引導(dǎo)，分為五個連續(xù)步驟：滾動、激活、牢固的粘附、爬行和跨內(nèi)皮遷移。

• 歸巢的重要性：歸巢能力是MSCs安全有效應(yīng)用于臨床的關(guān)鍵。微環(huán)境的改變是MSCs歸巢的始動因素，組織損傷局部表達多種趨化因子、黏附因子、生長因子等各種信號分子，吸引MSCs定向到達該組織。

• 歸巢的靶向性：MSCs能夠選擇性歸巢于多種組織的損傷部位。不同的微環(huán)境分泌不同的信號分子，吸引MSCs定向到達該組織。干細胞歸巢可以歸到各個臟器、炎癥及創(chuàng)傷部位，甚至腫瘤部位。

這些機制共同作用，使得MSCs能夠像內(nèi)置了一部“智能GPS”導(dǎo)航系統(tǒng)一樣，尋找并定居于損傷部位，發(fā)揮其治療作用。

03局部注射間充質(zhì)干細胞治療特定疾病的有效性和安全性

截至2024年，已注冊的臨床試驗中，間充質(zhì)干細胞的給藥幾乎在全身給藥和局部給藥之間平分秋色，大多數(shù)晚期臨床試驗采用局部給藥，例如通過鞘內(nèi)注射、鞘內(nèi)注射和心內(nèi)膜途徑，分別用于治療背痛、肛周瘺和慢性心力衰竭。

間充質(zhì)干細胞的直接原位給藥是一種可控性更強的給藥方法，可直接作用于局部損傷，通常能產(chǎn)生更好的治療效果。例如，對缺血性中風(fēng)模型中臨床前間充質(zhì)干細胞研究的薈萃分析表明，與動脈內(nèi)或血管內(nèi)注射間充質(zhì)干細胞相比，在受損部位注射間充質(zhì)干細胞能更有效地改善神經(jīng)系統(tǒng)嚴重程度評分，盡管動脈內(nèi)和靜脈內(nèi)直接注射間充質(zhì)干細胞也能顯著改善預(yù)后。

局部注射間充質(zhì)干細胞在心血管中的作用

將MSCs局部注射到心血管系統(tǒng)會產(chǎn)生積極的結(jié)果。通常，冠狀動脈內(nèi)和心肌內(nèi)（心外膜和經(jīng)心內(nèi)膜）注射是心血管疾病中兩種最廣泛使用的細胞療法。

冠狀動脈內(nèi)注射將細胞輸送到一條主要冠狀動脈（左前降支、左回旋支或右冠狀動脈）。這種給藥途徑比心肌內(nèi)注射侵入性更小，心肌內(nèi)注射通常需要手術(shù)干預(yù)或心內(nèi)膜通路，一些研究報告稱冠狀動脈內(nèi)和心肌內(nèi)注射同樣有效。

2016年，循環(huán)雜志一項研究對急性心肌梗死的MSC治療臨床前和臨床研究的薈萃分析得出結(jié)論，經(jīng)心內(nèi)膜干細胞注射 (TESI) 表現(xiàn)出最大的梗死面積減少和左心室射血分數(shù) (LVEF) 增加。相比之下，冠狀動脈內(nèi)輸送沒有顯示任何改善。

在心臟中，TESI似乎是局部施用MSCs的首選方法，它是一種微創(chuàng)、基于導(dǎo)管的輸送途徑，將細胞通過心內(nèi)膜直接注射到心肌中。使用TESI 作為輸送途徑的豬研究表明，梗塞疤痕減少，LVEF改善。TESI還在急性心肌梗死 (AMI) 臨床試驗中改善了LVEF。

局部注射間充質(zhì)干細胞在神經(jīng)系統(tǒng)中療效的作用

MSCs因其治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛力而備受關(guān)注。在神經(jīng)元損傷的情況下，在大鼠中風(fēng)模型中，向病變部位局部注射MSCs可改善協(xié)調(diào)功能，抑制疤痕組織形成和細胞凋亡，并刺激血管生成。

神經(jīng)修復(fù)和神經(jīng)保護作用是MSCs的一種組織修復(fù)特性，主要表現(xiàn)為兩種作用機制：

(1) 神經(jīng)源性分化和細胞替換，

(2) 神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌。

MSCs可顯著緩解缺血性損傷，而這種挽救作用源于移植細胞分化為神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞。相反，MSCs對神經(jīng)再生的旁分泌作用是通過神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌發(fā)生的。

用 (外源性) MSC衍生的外泌體接種皮質(zhì)神經(jīng)元可增強其生長促進和靶標激活作用，而MSC條件培養(yǎng)基通過增加神經(jīng)生長因子 (NGF) 和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 (BDNF) 表達來增強施萬細胞活力和增殖。

局部注射間充質(zhì)干細胞在骨科中的作用

近年來，關(guān)節(jié)腔局部注射MSCs可促進軟骨組織再生修復(fù)，減輕骨關(guān)節(jié)炎（OA）引起的退變。

一項I/II期臨床試驗表明，向OA患者膝關(guān)節(jié)注射BM-MSCs與軟骨生物標志物的表達有關(guān)，可減少滑膜炎癥，減輕疼痛和癥狀，且未發(fā)生任何嚴重不良事件。

2017年，美國運動雜志的一項概念驗證I/II期臨床試驗表明，向OA膝關(guān)節(jié)內(nèi)注射1.0×108AD-MSCs可改善膝關(guān)節(jié)功能、減輕膝關(guān)節(jié)疼痛，并通過再生透明樣關(guān)節(jié)軟骨減少軟骨缺損，且不會引起不良事件。

局部注射BM-或AD-MSC可顯著改善骨愈合。盡管BM-和AD-MSC之間的分子線索存在差異，但兩種細胞類型誘導(dǎo)的骨形成量和特性相當(dāng)。直接注射到骨折部位的骨髓抽吸物成功修復(fù)了60處未愈合骨折中的53處，局部注射成骨細胞也加速了長骨骨折的骨修復(fù)。

MSC還可能通過與滑膜巨噬細胞相互作用刺激軟骨再生，從而減少促炎細胞因子（如IL1β）。事實上，注射到OA膝關(guān)節(jié)中的MSC會接觸滑膜巨噬細胞，并能夠誘導(dǎo)向M2細胞的極化，從而促進組織修復(fù)。

MSCs不僅可以分化為肌腱細胞（腱細胞），還可以調(diào)節(jié)炎癥和組織愈合。

目前正在進行多項研究MSCs在肌腱愈合中的應(yīng)用的臨床試驗(NCT03688308、NCT01788683、NCT02484950、NCT03449082、NCT03279796、NCT03752827、NCT03454737）。

局部注射間充質(zhì)干細胞在皮膚病學(xué)中的作用

在皮膚病學(xué)中，局部應(yīng)用MSCs可改善燒傷、糖尿病和其他慢性疾病的治療效果、傷口愈合和皮膚移植成活率。臨床前數(shù)據(jù)表明，將BM-MSCs局部注射到切口全層傷口中可顯著縮短愈合時間，同時刺激血管生成、上皮再生和肉芽形成。

局部注射間充質(zhì)干細胞在胃腸病學(xué)中的作用

MSC療法最近已獲得歐洲藥品管理局 (EMA) 的批準，用于治療肛周瘺管性克羅恩病。Darvadstrocel由MSC組成，當(dāng)細胞被注射到內(nèi)口和外口以及瘺管內(nèi)時，可安全有效地誘導(dǎo)瘺管愈合。

04總結(jié)

隨著MSC臨床試驗的發(fā)展，至關(guān)重要的是要記住歷史安全問題，認識到現(xiàn)代臨床風(fēng)險，并使用與預(yù)期作用機制一致的方法和給藥方式，以產(chǎn)生最有效、最安全、最經(jīng)濟可行和最符合道德的治療方法。

在理解MSC療效的潛在機制方面仍然存在知識空白，這些機制可能在不同的組織中是獨一無二的。我們必須確定來自不同組織的MSC是否對不同的疾病更有治療作用，或者同種異體MSC是否在所有或僅特定疾病中比自體MSC更有治療作用。鑒于MSC的可塑性和旁分泌介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)活性，它們在各種臨床環(huán)境中的有效性研究越來越多，并呈現(xiàn)出令人鼓舞的結(jié)果。

綜上所述，干細胞的給藥途徑直接影響細胞的分布、歸巢、存活、治療效果以及安全性，是影響細胞改善疾病的關(guān)鍵因素。

因此，根據(jù)具體的疾病和治療目標選擇合適的給藥途徑對于提高干細胞治療的療效至關(guān)重要。隨著研究的深入，我們有望進一步優(yōu)化MSCs的臨床應(yīng)用，為患者提供更有效、更安全的治療方法。

參考資料：[1]:Bagno LL, Salerno AG, Balkan W, Hare JM. Mechanism of Action of Mesenchymal Stem Cells (MSCs): impact of delivery method. Expert Opinion on Biological Therapy. 2022 Apr;22(4):449-463. DOI: 10.1080/14712598.2022.2016695. PMID: 34882517; PMCID: PMC8934282.

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