付小兵（1960.08.14- ）中國工程院院士，創(chuàng)傷和組織修復(fù)與再生醫(yī)學(xué)專家，四川省資陽市人。1983年畢業(yè)于第三軍醫(yī)大學(xué)，馬德里大學(xué)博士?，F(xiàn)任解放軍總醫(yī)院生命科學(xué)院院長、教授、創(chuàng)傷外科研究員、博士生導(dǎo)師。擔(dān)任國際創(chuàng)傷愈合聯(lián)盟執(zhí)委、亞洲創(chuàng)傷愈合聯(lián)盟主席、國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科評議組成員，國家技術(shù)發(fā)明獎、國家科技進(jìn)步獎評委，中國生物材料學(xué)會候任理事長、中國博士后基金會理事、中華醫(yī)學(xué)會組織修復(fù)與再生分會主任委員、中華醫(yī)學(xué)會創(chuàng)傷學(xué)分會名譽主任委員、國家973“創(chuàng)傷和組織修復(fù)與再生項目”首席科學(xué)家，國家重點研發(fā)計劃項目負(fù)責(zé)人，國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體負(fù)責(zé)人。1995年國家杰出青年基金獲得者。（引自搜狗百科）

基于間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)的治療被認(rèn)為是針對多種難治性疾病的有前途的方法，因為間充質(zhì)干細(xì)胞具有顯著的多種效應(yīng)，例如多向分化、免疫調(diào)節(jié)特性和促再生能力。

然而移植物植入不良，移植間充質(zhì)干細(xì)胞存活率低，以及宿主年齡/疾病下供體-MSC潛能受損導(dǎo)致治療結(jié)果還不夠令人滿意。

增強策略，包括遺傳操作、預(yù)激活和培養(yǎng)方法的改變，已被研究以產(chǎn)生高功能的MSC。

中國工程院、解放軍總醫(yī)院生命科學(xué)院院長付小兵院士帶領(lǐng)團(tuán)隊成員發(fā)文總結(jié)了目前間充質(zhì)干細(xì)胞預(yù)激活的方法并進(jìn)一步分類，分析了這些操作的科學(xué)原理和主要特點，并闡述了各種預(yù)激活策略的優(yōu)缺點。

本文摘錄其中部分內(nèi)容做一分享！

多種不利條件將導(dǎo)致各種問題，例如：

• 移植細(xì)胞的存活率低
• 間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移和歸巢差，并限制了注射細(xì)胞的功能。
• 來自不同個體的間充質(zhì)干細(xì)胞在它們的生物學(xué)效應(yīng)上是不同的，如來自老年供體的MSCs顯示出增殖和分化受損、免疫調(diào)節(jié)抑制和生物活性分子分泌減少。
• 再則由于暴露于惡劣的宿主微環(huán)境，包括缺氧、氧化應(yīng)激以及慢性炎癥，MSCs可能很快發(fā)生凋亡。
• 此外，大多數(shù)輸注的間充質(zhì)干細(xì)胞滯留在肺微血管而不是靶組織中。

嘗試優(yōu)化干細(xì)胞的策略大致分為兩類，即基因修飾和非基因修飾(預(yù)激活)。

在基因修飾方面，間充質(zhì)干細(xì)胞將產(chǎn)生或過量表達(dá)功能基因，使其能夠抵抗不利的微環(huán)境和凋亡，增加遷移和歸巢，并增強旁分泌效應(yīng)。幾項研究表明，基因轉(zhuǎn)染的間充質(zhì)干細(xì)胞比野生型間充質(zhì)干細(xì)胞具有更好的治療潛力。

然而，安全性是轉(zhuǎn)基因間充質(zhì)干細(xì)胞未來臨床治療應(yīng)用的最大障礙。據(jù)報道，病毒表達(dá)系統(tǒng)可以在宿主中引發(fā)免疫和炎癥反應(yīng)，并且病毒在宿主基因組中的整合會造成腫瘤風(fēng)險。此外，基因工程間充質(zhì)干細(xì)胞的治療潛力和長期功能改善需要充分闡明。

開發(fā)高效的非基因修飾方法，在這里統(tǒng)稱為預(yù)激活，是改善間充質(zhì)干細(xì)胞治療結(jié)果的一種替代和可操作的方法。

間充質(zhì)干細(xì)胞可以被預(yù)激活以實現(xiàn)所需的功能并逆轉(zhuǎn)其失活，因為它們可以識別微環(huán)境中的刺激并記住它們。

回顧目前的文獻(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞的預(yù)激活主要是基于間充質(zhì)干細(xì)胞存活的體內(nèi)生理微環(huán)境而在體外模擬的，稱為“生理微環(huán)境模擬預(yù)激活”?；蛘哒f間充質(zhì)干細(xì)胞的體外適應(yīng)性調(diào)節(jié)是基于疾病的病理微環(huán)境，稱為“病理微環(huán)境模擬預(yù)激活”。

生理微環(huán)境模擬預(yù)激活

原代培養(yǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞數(shù)量有限。它需要在體外擴(kuò)增以達(dá)到治療相關(guān)的細(xì)胞數(shù)量，過度的離體操作導(dǎo)致衰老、干細(xì)胞減少和再生能力受損。

在體外保持MSCs的“年輕”是非常重要的。在這方面，在體外重建復(fù)雜的體內(nèi)微環(huán)境將為MSC的生產(chǎn)提供一個強有力的工具，并保持其固有的生物學(xué)特性。低氧和三維(3D)培養(yǎng)是迄今研究得最深入的。

缺氧預(yù)激活

在體外培養(yǎng)條件下，MSCs通常暴露于平均氧分壓約為21%的環(huán)境中。然而，間充質(zhì)干細(xì)胞通常存在于低氧微環(huán)境中，其生理氧濃度在體內(nèi)為1-11 %。

幾項研究表明，高氧濃度在培養(yǎng)的MSCs中引起環(huán)境應(yīng)激，然后誘導(dǎo)DNA損傷和衰老，并減少他們的活動。因此，缺氧是MSCs生理微環(huán)境的重要組成部分。

低氧預(yù)激活對間充質(zhì)干細(xì)胞有多種有益作用。包括有：低氧培養(yǎng)環(huán)境維持MSCs的未分化狀態(tài)。

低氧促進(jìn)了MSCs的增殖和存活，與常氧狀態(tài)(20%?O2)相比，導(dǎo)致了更高的擴(kuò)增和更多的ASCs產(chǎn)量，在體外遷移試驗中，低氧預(yù)充促進(jìn)了MSCs的動員，改善MSCs在體內(nèi)的歸巢。

低氧預(yù)充可以保護(hù)MSCs對抗不利的微環(huán)境，維持基因的穩(wěn)定性。當(dāng)暴露于低氧時，MSCs表現(xiàn)出延長的壽命并避免復(fù)制性衰老，與常氧培養(yǎng)相比，表達(dá)較少的衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶。缺氧條件下的間充質(zhì)干細(xì)胞表現(xiàn)出基因穩(wěn)定性，DNA損傷減少，染色體畸變減少。

低氧培養(yǎng)后，MSCs的分泌模式發(fā)生變化，旁分泌功能增強。例如，在缺氧條件下，MSCs中促血管生成因子如VEGF、HGF和堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)的分泌增加。相反，抗血管生成因子，如血小板反應(yīng)蛋白-1和纖溶酶原激活物抑制劑-1，在間充質(zhì)干細(xì)胞中減少。此外MSCs在低氧情況下的免疫抑制特性得到改善。

大量實驗研究發(fā)現(xiàn)，低氧預(yù)激活的MSCs比未經(jīng)處理的MSCs顯示出更顯著的治療效果。在肺纖維化模型中，與常氧培養(yǎng)的MSCs相比，低氧預(yù)激活的MSCs可以明顯減輕肺水腫，減輕肺纖維化，并改善肺功能。此外，與含氧量正常的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相比，將含氧量低的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植入大鼠心肌梗死模型后，損傷部位的血管生成增加，梗死面積減小。

因此，與常氧的MSCs相比，缺氧預(yù)處理的MSCs表現(xiàn)出更好的特性并具有更好的治療潛力。此外，低氧預(yù)激活具有簡單、成本低、易于推廣、適合大規(guī)模細(xì)胞生產(chǎn)的優(yōu)點。然而，在低氧間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)一步應(yīng)用于臨床之前，有幾個問題需要解決。有必要優(yōu)化低氧預(yù)激活中的氧濃度，因為MSCs生活的生理龕中的氧濃度因組織來源而異(骨髓中1%至7%，脂肪組織中10%至15%，出生相關(guān)組織中1.5%至5%)，此外，還應(yīng)該揭示缺氧的最佳持續(xù)時間。更重要的是，生物安全是基于干細(xì)胞的治療最關(guān)心的問題，在臨床應(yīng)用前應(yīng)仔細(xì)確定。

3D培養(yǎng)預(yù)激活

與二維(2D)培養(yǎng)環(huán)境相比，三維培養(yǎng)系統(tǒng)模擬了體內(nèi)的天然MSC微環(huán)境，并提供了增強的細(xì)胞間相互作用或細(xì)胞-ECM相互作用，這可以顯著改善MSCs的生物學(xué)行為，如增殖、免疫調(diào)節(jié)和定向分化。

MSCs的三維培養(yǎng)體系，包括多細(xì)胞球體、支架和水凝膠，已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)注。

• 球形培養(yǎng)

球體培養(yǎng)是一種相對簡單的增強間充質(zhì)干細(xì)胞生物學(xué)活性的方法。已經(jīng)開發(fā)了各種方法來產(chǎn)生MSC球體，例如懸滴技術(shù)、低附著方法以及強制聚集技術(shù)。隨著生物材料的發(fā)展，基于支架的MSC球體培養(yǎng)平臺得到了發(fā)展。

球形培養(yǎng)系統(tǒng)可以通過增加干細(xì)胞和促進(jìn)分化成不同的細(xì)胞譜系而有益于間充質(zhì)干細(xì)胞的治療潛力。Cheng等人的研究結(jié)果表明，殼聚糖膜球形培養(yǎng)可使MSCs去分化為更原始的狀態(tài)，間充質(zhì)譜系標(biāo)志物CD29、CD90和CD105下調(diào)，多能性相關(guān)標(biāo)志物Sox2、Oct4、Nanog上調(diào)。球狀體來源的MSCs改變了它們的分化偏好，并可以轉(zhuǎn)分化為非間充質(zhì)譜系細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞和肝細(xì)胞。

球形培養(yǎng)系統(tǒng)可以通過提高增殖、遷移和歸巢效率而有益于MSCs的治療潛力。與單層MSC培養(yǎng)相比，球體來源的MSC表現(xiàn)出更高的增殖活性。

球形培養(yǎng)系統(tǒng)可以通過促進(jìn)治療因子的分泌，包括免疫調(diào)節(jié)和促血管生成細(xì)胞因子，來助力MSCs的治療潛力。

球形培養(yǎng)優(yōu)化了間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性，使其在體內(nèi)具有更好的治療效果。

然而，球體培養(yǎng)系統(tǒng)的一些缺點限制了用于體內(nèi)應(yīng)用的MSC球體的大規(guī)模生產(chǎn)。例如，球體培養(yǎng)技術(shù)影響球體大小，球體大小的可變性影響MSCs的治療性能。因此，在臨床實踐中使用球體來源的MSC之前，有必要區(qū)分臨床需求，開發(fā)可重復(fù)的球體培養(yǎng)系統(tǒng)，并利用動物模型和臨床試驗來確認(rèn)其安全性和有效性。

• 基于支架的培養(yǎng)

細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix，ECM)是干細(xì)胞生態(tài)位的重要非細(xì)胞成分之一，被認(rèn)為是干細(xì)胞的“土壤”。

生物材料的最新進(jìn)展促進(jìn)了MSCs人工ECM培養(yǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種天然和合成生物材料。它們應(yīng)該滿足基質(zhì)力學(xué)、可降解性和生物相容性的特性。

現(xiàn)有的工程化細(xì)胞外基質(zhì)可以改善間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性，如增殖、歸巢、譜系分化和旁分泌。

支架、薄膜、水凝膠和海綿形式的工程化ECM已被開發(fā)并用于擴(kuò)增MSCs并增強其生物學(xué)特性，藻酸鹽已廣泛用作組織工程中的生物相容性載體。

接種在工程化ECM支架上的間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌和免疫調(diào)節(jié)作用也顯著改變。接種在生物材料中的MSCs顯示出抗炎調(diào)節(jié)因子如PGE2和TSG-6的上調(diào)，以及抗炎調(diào)節(jié)因子如單核細(xì)胞趨化蛋白-1?(MCP-1)、IL-6和核因子κB受體激活因子(NF-κB)配體(RANKL)的下調(diào)。

因此，基于支架的三維培養(yǎng)賦予MSCs比2D培養(yǎng)更優(yōu)異的生物學(xué)活性和更突出的治療效果。隨著人們對生物材料的認(rèn)識，其生物學(xué)性能也在不斷拓展。僅使用生物材料，就可以制造出具有多種功能的仿生復(fù)合材料。

病理微環(huán)境模擬預(yù)激活

MSC既然進(jìn)入體內(nèi)，就會面臨疾病導(dǎo)致的病理微環(huán)境。在這種情況下，有多種破壞性因素可導(dǎo)致移植細(xì)胞的氧化應(yīng)激和凋亡，并顯著損害MSCs固有的治療特性。

研究人員致力于針對惡劣環(huán)境微調(diào)細(xì)胞的特性，使其適合目標(biāo)疾病。基于MSCs的可塑性和記憶能力，創(chuàng)傷微環(huán)境中的信號，如環(huán)境因素(缺氧)、化學(xué)因素(炎癥因子和細(xì)胞因子)，將是MSCs體外操作的首要考慮因素。

此外，新的途徑也在不斷探索，如藥物、中藥、小分子化合物等也成為MSC啟動的新興途徑。

另一個值得關(guān)注的問題是，患者內(nèi)源性MSCs的生物學(xué)特性會隨著疾病的發(fā)展而改變，表現(xiàn)出功能的喪失和下降。

因此，改善間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)活性，提高其治療效果，特別是開發(fā)患者個性化的治療性間充質(zhì)干細(xì)胞具有重要意義。

缺氧預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞

缺氧也是病理環(huán)境的重要組成部分。

體外低氧培養(yǎng)可以誘導(dǎo)MSC對損傷微環(huán)境的記憶，從而獲得更好的治療效果。

然而，干細(xì)胞龕和受損組織之間的氧濃度是不同的。此外，受損組織中的局部氧濃度在不同的修復(fù)期有所不同。因此，干細(xì)胞預(yù)處理的氧濃度因目的而異。、

炎癥因子預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞

炎癥因子和細(xì)胞因子的預(yù)激活被認(rèn)為是模擬體內(nèi)炎癥微環(huán)境的最常見手段，在調(diào)節(jié)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)功能中發(fā)揮重要作用。

• TNF-α

越來越多的證據(jù)表明，用疾病相關(guān)的刺激對間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可以改善其生物學(xué)功能，起到更好的治療作用。TNF-α在缺血和損傷組織中表達(dá)，通常用于模擬急性炎癥環(huán)境。

• 干擾素γ

促炎細(xì)胞因子IFN-γ也是用于MSC預(yù)激活的代表性因子。間充質(zhì)干細(xì)胞對IFN-γ有明顯的免疫抑制反應(yīng)，一些抗炎因子如HGF、TGF-β1、IDO、前列腺素和環(huán)氧化酶2 (COX-2)的表達(dá)增加。多個證據(jù)表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可以被炎癥信號激活，并足以加強其免疫調(diào)節(jié)特性和治療效果。

• 白細(xì)胞介素-1β

IL-1β也是單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥組織中普遍存在的炎性細(xì)胞因子。已有研究表明，IL-1β預(yù)激活增加了MSCs中許多粘附分子的表達(dá)。

• 其他促炎細(xì)胞因子和TLR配體

此外，一些其他炎癥因子如IL-17A和IL-25最近被報道為替代的預(yù)激活手段，并獲得了有希望的結(jié)果。

• 聯(lián)合促炎細(xì)胞因子

MSCs經(jīng)各種促炎因子預(yù)激活后，其生物學(xué)活性各不相同，因此科學(xué)家們設(shè)想是否可以通過聯(lián)合不同的炎癥細(xì)胞因子對MSCs進(jìn)行預(yù)處理，以彌補較低的效率并使治療效果最大化。

因此，炎癥細(xì)胞因子預(yù)激活不僅可以提高間充質(zhì)干細(xì)胞抵抗氧化應(yīng)激的能力，還可以在很大程度上增強間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫抑制特性，增強其治療效果。

用生長因子或再生細(xì)胞因子預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞

最近出現(xiàn)了用生長因子或再生細(xì)胞因子預(yù)充間充質(zhì)干細(xì)胞，并證明是一種有吸引力的方法。如bFGF、SDF-1、SDF-1α、p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等。

同樣的，用生長因子混合物預(yù)激活MSCs顯示了增強其生物學(xué)功能的協(xié)同效應(yīng)。

然而，選擇最佳的細(xì)胞因子來預(yù)激活MSCs并賦予其所需的生物學(xué)功能是一個重要的步驟。是選擇在各種疾病中共同變化的細(xì)胞因子，還是使用疾病特異性細(xì)胞因子作為預(yù)激活條件，是一個需要深入研究的問題?；蛘撸?xì)胞因子預(yù)激活的方法不夠經(jīng)濟(jì)，因為大規(guī)模生產(chǎn)預(yù)激活的MSCs需要大量的細(xì)胞因子。

用生物活性化合物預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞

生物活性化合物是一種很有前途的預(yù)激活方法，用于增強間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性。

目前，用于刺激間充質(zhì)干細(xì)胞的生物活性化合物根據(jù)其來源可分為天然(如從中藥中提取的)和合成化合物；從生物活性化合物的篩選原理來說，要么對MSCs有生物調(diào)節(jié)作用，要么對靶疾病有治療作用；鑒于其對間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)機(jī)制，生物活性化合物可分類如下：促進(jìn)存活和遷移，增強分泌活性，逆轉(zhuǎn)和修復(fù)受損的間充質(zhì)干細(xì)胞。

• 促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞存活和遷移

實際上，發(fā)揮間充質(zhì)干細(xì)胞固有的治療特性需要移植細(xì)胞在惡劣和受損的環(huán)境中存活和發(fā)揮功能。許多研究集中于通過使用生物活性化合物來修飾MSCs以增強其抗凋亡和遷移能力。譬如曲美他嗪、他達(dá)拉非、阿托伐他汀、維生素E等。近年來，中藥或其提取物對間充質(zhì)干細(xì)胞的有益作用已被研究。譬如丹參、姜黃素、迷迭香酸(RA)和gigantol等等，都可以發(fā)展為細(xì)胞保護(hù)劑，為成功的間充質(zhì)干細(xì)胞移植。

• 增強間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)、旁分泌和治療潛力

事實上，間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)和旁分泌特性與其治療效果密切相關(guān)。最近的數(shù)據(jù)表明，藥物刺激可以促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌和免疫調(diào)節(jié)潛力。譬如鐵螯合劑去鐵胺(DFX)、前列環(huán)素類似物曲前列環(huán)素、白藜蘆醇(Resveratrol，RSV)、補陽還五湯(BHD)等等。

• 逆轉(zhuǎn)和修復(fù)受損間充質(zhì)干細(xì)胞

隨著體外大規(guī)模擴(kuò)增，來自圍產(chǎn)期組織的MSCs將發(fā)生復(fù)制性衰老，來自老年供體的MSCs普遍呈現(xiàn)早衰表型，來自患者的MSCs表現(xiàn)出MSC生物學(xué)功能的下降。這些間充質(zhì)干細(xì)胞通常在增殖、遷移、分化和免疫調(diào)節(jié)方面表現(xiàn)出下調(diào)的細(xì)胞功能，治療能力受損。因此，逆轉(zhuǎn)這些間充質(zhì)干細(xì)胞的功能，即間充質(zhì)干細(xì)胞的再生，對于基于間充質(zhì)干細(xì)胞的治療至關(guān)重要。幸運的是，最近的研究表明，細(xì)胞功能衰退或早衰是可以挽救的。一般來說，拯救MSCs的方法可以廣義地定義為降低細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的水平，可以通過表觀遺傳修飾的調(diào)節(jié)來重編程MSCs，以及使用抗衰老藥物等。

• 抑制過度氧化應(yīng)激

數(shù)據(jù)顯示，ROS作為細(xì)胞代謝產(chǎn)生的天然副產(chǎn)物，在MSCs中維持在低水平，并且對于MSCs的增殖和分化是必需的。在年齡老化或病理條件下誘導(dǎo)的高水平ROS將導(dǎo)致嚴(yán)重的細(xì)胞毒性和細(xì)胞損傷。幾項研究報道，功能異常的MSCs可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ROS聚集和氧化代謝而逆轉(zhuǎn)?？寡趸瘎┮殉蔀樽匀坏倪x擇，幾種抗氧化劑用于MSCs的抗衰老研究。如n-乙酰半胱氨酸(NAC)和依達(dá)拉奉等。總的來說，ROS可以作為細(xì)胞內(nèi)信使，幫助執(zhí)行重要的生物功能，不過通過調(diào)節(jié)抗氧化劑的量來控制ROS的最佳濃度至關(guān)重要。

• 改變表觀遺傳失調(diào)

表觀遺傳調(diào)控是一種重要的編程機(jī)制，它通過改變基因表達(dá)而不是DNA序列來改變細(xì)胞表型。其特點是遺傳性和可逆性，包括DNA甲基化和組蛋白修飾，并對MSC的命運有深遠(yuǎn)的影響。與年輕來源的間充質(zhì)干細(xì)胞相比，老年來源的間充質(zhì)干細(xì)胞的DNA甲基化普遍降低。

利用目前的技術(shù)，對老化干細(xì)胞進(jìn)行重新編程的方法主要有兩種方式，完全重新編程和部分重新編程。前者是指表觀遺傳時鐘的重置，最終獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)。而后者部分重編程涉及不完全去分化，被認(rèn)為是表觀遺傳返老還童，這可以通過使用生物活性化合物調(diào)節(jié)DNA甲基化和組蛋白修飾來實現(xiàn)。

抗衰老藥物的使用

抗衰老療法是指應(yīng)用抗衰老藥物來選擇性地消耗衰老細(xì)胞或延遲衰老的開始，從而使組織再生并減少與年齡相關(guān)的病理的發(fā)生。

據(jù)報道，一些化合物具有潛在的抗衰作用，如navitas (ABT-263)、槲皮素、達(dá)那唑、煙酰胺核苷、達(dá)沙替尼和二甲雙胍。不同藥物的組合可以達(dá)到更顯著的療效。譬如一些發(fā)現(xiàn)表明，達(dá)沙替尼和槲皮素的混合物可以減輕衰老細(xì)胞的負(fù)擔(dān)，并改善重要組織如脂肪、骨、主動脈和腦的功能。

總的來說，這些發(fā)現(xiàn)表明生物活性化合物具有改善受損間充質(zhì)干細(xì)胞和修復(fù)衰老間充質(zhì)干細(xì)胞的特性。幾項研究表明，使用生物活性化合物作為MSC移植的伴隨劑也比單獨干細(xì)胞移植具有更好的治療效果。然而，間充質(zhì)干細(xì)胞的衰老是一個非常復(fù)雜的過程，徹底了解衰老的潛在機(jī)制將有助于我們找到更有效的方法來恢復(fù)衰老的間充質(zhì)干細(xì)胞。

用疾病相關(guān)效應(yīng)細(xì)胞或患者血清預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞

“個體化間充質(zhì)干細(xì)胞治療”是指通過體外預(yù)激活獲得的間充質(zhì)干細(xì)胞具有定制的功能，能夠特異性地針對患者的疾病，從而達(dá)到更好的治療效果。因此，作為基于MSC治療的增強策略，直接使用效應(yīng)細(xì)胞或其釋放的活性物質(zhì)作為預(yù)激活條件，而不是用典型的促炎因子、細(xì)胞因子或生物活性化合物進(jìn)行教育。

肥大細(xì)胞(MCs)在速發(fā)型超敏反應(yīng)和過敏反應(yīng)中起重要作用，也是特應(yīng)性皮炎(AD)發(fā)病機(jī)制中的主要效應(yīng)細(xì)胞?；罨腗Cs釋放含有大量生物活性物質(zhì)的顆粒，如促炎細(xì)胞因子、蛋白質(zhì)介質(zhì)、脂質(zhì)介質(zhì)和生長因子，這些物質(zhì)可引發(fā)過敏反應(yīng)。一些研究表明，在共培養(yǎng)系統(tǒng)中，MSCs抑制MC活化和脫顆粒，并誘導(dǎo)MC凋亡。因此，用效應(yīng)細(xì)胞或其衍生的活性物質(zhì)預(yù)激活的MSCs可以準(zhǔn)確地靶向疾病發(fā)展中的主要致病因素，并在體內(nèi)快速反應(yīng)和應(yīng)答，以實現(xiàn)更高效的治療結(jié)果。

另外已經(jīng)在多種疾病中發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)中的炎癥因子、趨化因子、生長因子、細(xì)胞因子和微泡的改變，包括阿爾茨海默病、腎病和心臟病。它們作為疾病診斷、治療和預(yù)后的指標(biāo)，以及個體間的差異。用患者來源的血清預(yù)激活擴(kuò)增的間充質(zhì)干細(xì)胞可能允許間充質(zhì)干細(xì)胞對宿主微環(huán)境產(chǎn)生積極反應(yīng)。

Tang等人的研究表明，與注射對照血清預(yù)激活MSCs的大鼠相比，注射中風(fēng)血清預(yù)激活MSCs的大鼠在腦缺血再灌注損傷模型中表現(xiàn)出明顯改善的行為，炎癥細(xì)胞因子減少，腦損傷和凋亡細(xì)胞減少，營養(yǎng)生長因子增加。

此外，在葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠模型中也揭示了用疾病來源的血清增強間充質(zhì)干細(xì)胞的治療效果。在用來自結(jié)腸炎大鼠或正常大鼠的血清預(yù)激活MSCs后，收集兩種預(yù)激活細(xì)胞的條件培養(yǎng)基用于治療結(jié)腸炎。與后者相比，前者在結(jié)腸炎大鼠中顯示出更有效地阻止疾病進(jìn)展，更好地改善臨床特征，以及更低的組織學(xué)損傷評分。

因此，疾病特異性預(yù)激活可能是實現(xiàn)“MSC定制臨床治療”的一種有前途的手段，而準(zhǔn)確捕捉疾病特異性是這一策略的必要前提，這就需要對疾病的生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行全面深入的探索和分析。

遠(yuǎn)景展望

除了通過重建生理和病理微環(huán)境來預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞之外，還有其他方法來預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞，包括光刺激、磁電刺激和熱休克(HSP)等。

低水平激光療法(LLLT)有利于調(diào)節(jié)多種細(xì)胞的生物功能。例如，與未受刺激的ASCs相比，受低強度激光刺激的ASCs的生物活性增強，表現(xiàn)為存活率增加、分泌增加和再生愈合加快。此外，最近證明脈沖電磁場通過調(diào)節(jié)Akt/Ras信號通路和上調(diào)Bad和Bcl-xL等存活蛋白對BMSCs起保護(hù)作用。此外，研究表明，熱休克蛋白可以誘導(dǎo)細(xì)胞保護(hù)蛋白，增加抵抗不良外部環(huán)境的能力。

一般來說，現(xiàn)有的預(yù)激活方法的目的是充分利用MSCs的功能可塑性，并預(yù)先賦予MSCs所需的特性，以便當(dāng)MSC再次遇到類似的環(huán)境時，啟動細(xì)胞保護(hù)機(jī)制，快速激活反應(yīng)機(jī)制，并迅速做出相應(yīng)的生物反應(yīng)。

盡管如此，預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞的應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先是選擇合理有效的MSC預(yù)激活方法。

迄今為止，已經(jīng)提出了許多補充方法來提高間充質(zhì)干細(xì)胞的治療效果，尋找最佳的預(yù)激活方法是我們未來研究的重要目標(biāo)。每一個預(yù)處理的目標(biāo)都是改善MSCs的一個特定方面，不同策略的最佳組合可以使MSCs的治療效果最大化。

二是間充質(zhì)干細(xì)胞的異質(zhì)性，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是不同來源間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性在分化、表型譜和分泌譜方面存在差異，這意味著作為一種新型細(xì)胞藥物，來自不同組織的間充質(zhì)干細(xì)胞對同一疾病的治療效果不一致。有必要深入了解每種組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞的獨特生物學(xué)特性，并結(jié)合不同的疾病模型來確定每種間充質(zhì)干細(xì)胞的疾病營養(yǎng)特性。

第三是開發(fā)評估預(yù)激活間充質(zhì)干細(xì)胞安全性和治療特性的標(biāo)準(zhǔn)平臺。大量研究證據(jù)證實，間充質(zhì)干細(xì)胞主要依靠旁分泌發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。MSCs分泌產(chǎn)物的總和可視為分泌組，主要包含可溶性蛋白和細(xì)胞外小泡，其中前者包括細(xì)胞因子、趨化因子、生長因子，后者可分為外泌體和微泡(圖1)。因此，準(zhǔn)確地選擇一種成分既作為預(yù)激活的指標(biāo)又作為受教育MSCs的治療效果的指標(biāo)是一個棘手的問題。然而MSCs的體內(nèi)生物學(xué)機(jī)制遠(yuǎn)比我們想象的復(fù)雜，一些抑制和對抗干細(xì)胞凋亡作為MSC預(yù)激活常用的評價指標(biāo)是值得斟酌的。

初始間充質(zhì)干細(xì)胞向預(yù)處理間充質(zhì)干細(xì)胞向臨床治療轉(zhuǎn)化的周期，預(yù)處理的間充質(zhì)干細(xì)胞獲得了良好的治療效果，增強了損傷修復(fù)和疾病恢復(fù)。

最后，MSC體內(nèi)治療的本質(zhì)是遞送促修復(fù)調(diào)節(jié)因子和細(xì)胞外小泡等。因此，研究人員已經(jīng)開始使用MSC衍生的可溶性蛋白質(zhì)和細(xì)胞外小泡來替代干細(xì)胞進(jìn)行治療，其釋放受到精確的調(diào)節(jié)，并且其組成隨著預(yù)激活條件而變化。這種方法可以避免MSCs在體內(nèi)增殖、分化和分泌不可預(yù)測的旁分泌因子的風(fēng)險。最近的研究結(jié)果表明，通過密度梯度離心將MSCs去核為“無核細(xì)胞Cargocytes‘’，形成了一種生物啟發(fā)的遞送方法。Cargocytes保留旁分泌能力，不增殖，或永久移植在宿主體內(nèi)。cargocytes的應(yīng)用不僅避免了與直接使用MSCs相關(guān)的不良事件，如肺栓塞或腦栓塞，而且改善了生物分布并增強了體內(nèi)靶向靶組織的能力。因此，來源于間充質(zhì)干細(xì)胞的干細(xì)胞可能成為治療載體，以可控和有效的方式傳遞具有治療疾病潛力的治療藥物。

結(jié)論

總之，盡管預(yù)激活的間充質(zhì)干細(xì)胞仍然存在問題，但由于其巨大的再生潛力，它們?nèi)匀粸楦鞣N難治性疾病的治療提供了相當(dāng)大的希望。

迄今為止，越來越多的人一致認(rèn)為，在各種病理條件下，預(yù)激活的間充質(zhì)干細(xì)胞確實比未激活的間充質(zhì)干細(xì)胞表現(xiàn)出更好的治療效果。

今后，我們應(yīng)該有效地利用“預(yù)激活”工具，一方面最大限度地發(fā)揮間充質(zhì)干細(xì)胞的治療潛力，另一方面將其改造為適合靶向疾病，為間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用開啟新的篇章。（本文由公眾號“細(xì)胞PLUS”編譯，轉(zhuǎn)載請注明）

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