近日，中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院內(nèi)分泌科對(duì)最近發(fā)表在《世界干細(xì)胞雜志》上的題為“缺氧和炎癥因子預(yù)處理增強(qiáng)人類(lèi)臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫抑制特性”的突破性研究提出了的觀點(diǎn)。

盡管對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 的臨床應(yīng)用進(jìn)行了三十多年的研究，但由于尚待解決的多個(gè)臨床前和臨床挑戰(zhàn)，只有少數(shù)治療產(chǎn)品進(jìn)入臨床使用。該研究證明，低氧和炎癥因子預(yù)處理可以在不損害其生物學(xué)特性的情況下使間充質(zhì)干細(xì)胞具有更高的免疫抑制作用，這表明炎癥因子和低氧預(yù)處理的結(jié)合為增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞的功能提供了一種有前景的方法。隨著我們深入研究預(yù)處理方法的復(fù)雜性，我們預(yù)計(jì)基于間充質(zhì)干細(xì)胞的治療領(lǐng)域?qū)l(fā)生變革，最終有助于改善患者的治療結(jié)果并推動(dòng)整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。

介紹

干細(xì)胞（ SC）具有多能性、不對(duì)稱(chēng)分裂和自我更新的能力。SCs可以直接或間接刺激常駐細(xì)胞、調(diào)節(jié)炎癥、釋放生物分子和重塑細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）以有益于多種疾病。根據(jù)分化潛能的不同，干細(xì)胞可分為全能、多能和單能干細(xì)胞?，F(xiàn)在人們一致認(rèn)為，干細(xì)胞的臨床應(yīng)用對(duì)于治療多種疑難雜癥具有廣闊的前景。因此，有各種臨床試驗(yàn)來(lái)探索干細(xì)胞在許多疾病中的臨床應(yīng)用。

間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）是多能基質(zhì)細(xì)胞，具有良好的自我更新和多能分化潛能。間充質(zhì)干細(xì)胞作為一種基于細(xì)胞的療法治療中度免疫性疾病和再生的潛力已得到充分闡明，間充質(zhì)干細(xì)胞是臨床治療中最常選擇的干細(xì)胞。間充質(zhì)干細(xì)胞可以來(lái)源于多種組織，包括骨髓、脂肪組織、沃頓膠、牙髓、經(jīng)血和有效采集的臍帶血。

盡管來(lái)自不同組織的間充質(zhì)干細(xì)胞具有相同的基本功能特征，但其功能強(qiáng)度仍存在差異，例如細(xì)胞大小、增殖潛力、分泌的細(xì)胞因子和免疫抑制等。間充質(zhì)干細(xì)胞可以改變組織內(nèi)的微環(huán)境，提高細(xì)胞分化和再生能力，間充質(zhì)干細(xì)胞治療免疫性疾病的功能已被證實(shí)。因此，MSC在臨床上嘗試治療多種疾病，包括血管疾病、免疫疾病和傷口。

間充質(zhì)干細(xì)胞臨床應(yīng)用的范圍和優(yōu)勢(shì)

由于其可再生性、免疫調(diào)節(jié)特性、腫瘤發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)極小且缺乏倫理限制，間充質(zhì)干細(xì)胞已成為干細(xì)胞治療的重要細(xì)胞來(lái)源。

MSC的許多亞型，例如脂肪源性MSC、人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（HUMSC）和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞都適合臨床使用，沒(méi)有明顯的功能異?；蚋弊饔谩?/p>

間充質(zhì)干細(xì)胞是原代塑料貼壁細(xì)胞，具有巨大的增殖潛力以及自我更新和分化的能力。這些細(xì)胞可以很容易地在體外培養(yǎng)，并且MSC不表達(dá)CD45、CD34、CD14、CD11b、CD79a、CD19或主要組織相容性復(fù)合體(MHC)II類(lèi)，這可以減少免疫排斥并促進(jìn)MSC的臨床移植。

間充質(zhì)干細(xì)胞廣泛應(yīng)用于創(chuàng)傷組織修復(fù)、免疫疾病和癌癥治療。不同人群的MSCs增殖能力和免疫原性差異很大，糖尿病患者來(lái)源的MSCs成骨潛力較健康志愿者降低，而自身免疫性疾病患者分離的MSCs存在形態(tài)和部分功能異常，這意味著正常的MSCs移植可以恢復(fù)MSCs的功能并緩解疾病。

間充質(zhì)干細(xì)胞臨床應(yīng)用的不足及改進(jìn)途徑

間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用已有三十多年的歷史，目前正在進(jìn)行數(shù)千項(xiàng)臨床試驗(yàn)（http://clinicaltrials.gov）。然而，只有少數(shù)基于間充質(zhì)干細(xì)胞的治療產(chǎn)品已被批準(zhǔn)用于臨床。

仍有許多關(guān)鍵的臨床前和臨床挑戰(zhàn)有待解決，主要集中在間充質(zhì)干細(xì)胞的細(xì)胞制備方法、一致性、效率、重現(xiàn)性、處理時(shí)間、可擴(kuò)展性和純度等領(lǐng)域。因此，未來(lái)對(duì)MSC預(yù)處理的研究有可能改善結(jié)果并促進(jìn)臨床MSC的實(shí)施。

MSC釋放一系列復(fù)雜的活性成分，這些成分受到宿主微環(huán)境（炎癥狀態(tài)、缺氧和ECM）的影響，從而形成高度可變的因素，從而塑造其獨(dú)特的功能。為了在臨床應(yīng)用中獲得優(yōu)異的治療效果，研究人員在使用各種方法治療間充質(zhì)干細(xì)胞方面取得了進(jìn)展，包括基因工程、干細(xì)胞接合、藥物或細(xì)胞因子干預(yù)等。

例如，3-甲基腺嘌呤的預(yù)處理可以抑制MSCs的自噬；血小板源性生長(zhǎng)因子BB (PDGF-BB) 預(yù)處理可通過(guò)PI3K/Akt通路促進(jìn)MSC遷移并抑制過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的MSC凋亡。從nlrp3-KO小鼠中提取的MSC促進(jìn)成骨分化而不影響MSC的表型。

在糖尿病視網(wǎng)膜病變大鼠模型中，移植經(jīng)他克莫司預(yù)處理的間充質(zhì)干細(xì)胞后，視網(wǎng)膜血管形成、視網(wǎng)膜功能和葡萄膜炎均得到改善。這些創(chuàng)新為間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用提供了新的、令人興奮的選擇（圖1）。

為了增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的增殖、免疫調(diào)節(jié)、生長(zhǎng)因子分泌等功能，人們采用了多種方法，如微小RNA和特殊基因轉(zhuǎn)染、與其他干細(xì)胞的組合以及缺氧/炎癥因子的治療等。miRNA：微小RNA；TNF：腫瘤壞死因子；IFN-γ：干擾素-γ；MSC：間充質(zhì)干細(xì)胞；VEGF：血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子；VEGFR：血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體；PDGF：血小板衍生生長(zhǎng)因子；PDGFR：血小板衍生生長(zhǎng)因子受體；IGF：胰島素樣生長(zhǎng)因子；IGFR：胰島素樣生長(zhǎng)因子受體；DC：樹(shù)突狀細(xì)胞；NK：自然殺手。

此前，我們實(shí)驗(yàn)室嘗試了多種方法來(lái)增強(qiáng)MSCs的功能。

一種可能的方法是在HUMSC中過(guò)度表達(dá)c-jun質(zhì)粒，通過(guò)放大糖尿病大鼠傷口組織中的PDGFA和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子水平來(lái)加速傷口愈合，從而促進(jìn)傷口處的血管生成和上皮再形成。

另一種可能的解決方案是用ECM包裹MSC，我們證明，它可以通過(guò)刺激血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-α、PDGF和表皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)來(lái)促進(jìn)糖尿病大鼠的傷口愈合。

此外，我們還比較了注射間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮集落形成細(xì)胞 (ECFC) 和透明質(zhì)酸的糖尿病足患者多個(gè)獨(dú)立傷口的愈合率。自控傷口僅采用常規(guī)療法并用水膠體敷料覆蓋，我們的研究結(jié)果表明，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞、ECFC和透明質(zhì)酸聯(lián)合使用可以安全地加速難治性糖尿病足潰瘍的愈合。

現(xiàn)在已經(jīng)證明激光預(yù)處理也可以增強(qiáng)MSCs的功能。

• Chen等證明低水平可控藍(lán)光發(fā)光二極管照射可以增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)鈣活性水平，從而增強(qiáng)人牙髓來(lái)源的MSCs的成骨分化。
• Wen等人將MSCs封裝在普魯士藍(lán)納米顆粒和甲基丙烯酸明膠水凝膠中，并將MSCs復(fù)合物暴露于1.0W/cm2的808nm激光10min進(jìn)行植入。激光預(yù)處理可以提高M(jìn)SCs的活力并加速肌肉的再生。

所有這些結(jié)果表明激光預(yù)處理可能是進(jìn)一步增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞臨床應(yīng)用的新策略。

一般來(lái)說(shuō)，學(xué)術(shù)界對(duì)于間充質(zhì)干細(xì)胞缺氧干預(yù)的結(jié)果尚無(wú)共識(shí)。大量研究表明，在低氧（1%-5%）條件下連續(xù)培養(yǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞通常表現(xiàn)出增強(qiáng)的增殖潛力和良好的干性維持。缺氧顯著誘導(dǎo)MSCs大量分泌血管生成和抗炎細(xì)胞因子并增強(qiáng)MSCs的遷移能力。但多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也證明缺氧環(huán)境下MSCs的凋亡率增加，提示缺氧對(duì)MSCs的影響還需進(jìn)一步研究。

干擾素-γ（IFN-γ）增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞的抗炎和治療纖維化特性并促進(jìn)其存活；理論上，IFN-γ與低氧培養(yǎng)相結(jié)合可以增強(qiáng)MSCs的治療功能。

供體和受體之間的免疫相容性是降低免疫排斥風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，但它受到環(huán)境炎癥分子的影響，可誘導(dǎo)MSCs中MHC-II的顯著表達(dá)。進(jìn)一步降低MSCs的免疫原性是提高M(jìn)SCs功效的另一個(gè)重要途徑。很明顯，IFN-γ和IFN-γ/轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1許可增強(qiáng)了MSC對(duì)T細(xì)胞增殖的免疫調(diào)節(jié)作用。

腫瘤壞死因子-α預(yù)處理可以提高M(jìn)SCs治療動(dòng)脈粥樣硬化的療效。在“缺氧和炎癥因子預(yù)處理增強(qiáng)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫抑制特性”的研究中，研究人員用缺氧（2%O2）暴露和炎癥因子（白細(xì)胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ）。暴露24小時(shí)后，他們發(fā)現(xiàn)預(yù)處理導(dǎo)致UC-MSC伸長(zhǎng)，但不影響活力、增殖或大小。

此外，他們證明這種預(yù)處理增強(qiáng)了與免疫調(diào)節(jié)相關(guān)的基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)，增加了外周血單核細(xì)胞和自然殺傷（NK）細(xì)胞的增殖率，同時(shí)不同程度地抑制了NK細(xì)胞誘導(dǎo)的毒性。本文通過(guò)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步揭示了缺氧聯(lián)合炎癥因子預(yù)處理可以增強(qiáng)MSCs的功能，為MSCs的臨床應(yīng)用提供了新的方案。

結(jié)論

炎癥因子與低氧預(yù)處理相結(jié)合是增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞功能的有效途徑。缺氧濃度、炎癥因子類(lèi)型和濃度以及預(yù)處理時(shí)間對(duì)MSC的功能有顯著影響。該領(lǐng)域的深入研究將產(chǎn)生更好的結(jié)果并促進(jìn)臨床間充質(zhì)干細(xì)胞的利用。

參考資料：We offer our perspective on the groundbreaking study titled “Hypoxia and inflammatory factor preconditioning enhances the immunosuppressive properties of human umbilical cord mesenchymal stem cells”, and recently published in the World Journal of Stem Cells.
Wan XX, Hu XM, Xiong K. Multiple pretreatments can effectively improve the functionality of mesenchymal stem cells. World J Stem Cells 2024; 16(2): 58-63 [PMID: 38455107 DOI: 10.4252/wjsc.v16.i2.58]

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