江湖論劍:MSC的功能特性和臨床挑戰

發布時間:2019/11/22 15:58:42  作者:


正文

路在腳下延伸,每前進一步都距離真理更近一步。溫故而知新,今天了解一下關于MSCs的功能特性和臨床挑戰!這些都是值得思考的問題。


撰文:東海先生

首發:間充質干細胞

間充質干細胞(MSC)在臨床上的應用越來越受到重視。然而,目前臨床試驗的絕大多數結果都不能滿足醫療需求。與胚胎干細胞以及誘導多能干細胞和造血干細胞不同,MSC具有自己獨特的功能特征。因此,與治療相關的MSC生物學特性的一些問題需要在未來的臨床應用中進行深入探討。

在這一視角下,我們重點研究了MSC的基本和重要的生物學特性,然后分析了MSC的臨床應用。我們試圖為MSC治療策略的優化提供合理的解釋,以改進治療。


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MSC的功能性

基于三個功能特性:體外具有多項分化潛能、免疫調節作用(低免疫原性)、促進組織器官的修復,MSC備受臨床醫生和科學家的關注。

最近的20年涌現出了大量的基礎研究和臨床研究的科研成果,歐盟、日本、加拿大、新西蘭、韓國、我國臺灣等國家地區都批準MSC為干細胞藥品上市。干細胞療法曾被視為萬能藥(cure-all)[1]。理論上, 胚胎干細胞(ESC)和誘導多能干細胞(iPS)可能是萬能藥,但是MSC肯定不是。然而,由于細胞生物學和傳統藥理學之間的差異,MSC作為藥物面臨著巨大的臨床挑戰,必須在臨床上證明自己的療效[2]。最近,一篇綜述討論了培養基、細胞來源、培養環境和存儲方式的選擇對MSC產品的表型和臨床用途的影響,明確提出細胞質量和細胞數量是MSC臨床應用的兩大關鍵因素[3]。

本文結合MSC的功能特性,深入分析MSC療法的機理和可能影響因素,試圖為MSC治療策略的優化提供合理的解釋,以改進治療。


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MSC的異質性

MSC存在于多種組織中,包括骨髓(BM)、脂肪(AD)、臍帶血(UBC)、臍帶(UC)、羊膜(AM)和牙髓(DP)。基本上,來自不同組織來源的MSCs共享相同的細胞表面標記[4]和三項分化能力[5]。雖然它們具有相同的基本功能特征,但它們之間的功能強度仍存在差異,如細胞大小、增殖潛能、分泌的細胞因子和免疫抑制能力

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來自不同組織的MSC群體在其基因表達和分化能力方面存在巨大差異[6]。人脂肪MSC與人骨髓MSC在發育學、生物學、臨床前和臨床應用方面存在著一定的差異[7]。基因表達數據顯示,來自臍帶和羊膜的MSC具有更高的免疫調節能力,而骨髓MSC顯示出更好的支持再生過程的潛力,例如神經元的分化和發育[8]。由于小鼠/大鼠的遺傳背景高度一致,因此小鼠/大鼠來源的MSC的比較數據更有意義和更有說服力。與骨髓MSC相比,脂肪MSC顯示出更高的增殖活性,血管內皮細胞生長因子(VEGF)和肝細胞生長因子(HGF)的產生比骨髓MSC更多,從而可以更好地治療小鼠腦缺血模型[9]。具有高增殖率的脂肪MSC比來自相同大鼠的骨髓MSC表達更高的Nestin和神經營養因子[10]。在相同的培養體系下,馬骨髓MSC的群體倍增時間(PD)在大約27個PD(第10代)后顯著增加,并且骨髓MSC在第11代停止增殖,而馬臍帶MSC和脂肪MSC實現了大約60-80個總的群體倍增(第20-22代)[11]。馬組織來源的MSC實驗還表明,在相同的培養條件下,骨髓MSC比脂肪MSC和臍帶MSC衰老早得多。
除了組織的多樣性,利用健康人骨髓MSC開展細胞治療之時,還需考慮到供體的變異性導致MSC在增殖動力學方面的差異[12]。來自多個捐贈者的人骨髓MSC在集落形成、細胞大小、增殖能力和免疫抑制能力方面有很大差異[13]。因為骨髓細胞的CFU-F隨著年齡的增長而減少[14-16],導致無法補充祖細胞[17-21],因此CFU-F實驗亦用于評估MSC質量[22]。
衰老的MSC有一些變化:質量下降、分化/再生能力降低、遷移能力降低[23]。

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幾個小組已經證明,來自老年捐贈者的MSC在人[24-26]和大鼠[27, 28]中的增殖速度都較慢。在老年供者的樣本中SA-β-Gal陽性(細胞衰老的標記物)的骨髓MSC數量增加[29]。生物活性氧是正常氧代謝的天然副產品,在細胞信號轉導和穩態中具有重要作用[30]。隨著年齡的增長,MSC的強大抗氧化活性逐漸降低[31]。在細胞形態學方面,來自老年供體的MSC在體外培養時,MSC胞體比年輕的MSC大得多[25, 32, 33],而胞體的變大與細胞衰老密切相關[34]。年齡相關衰老的骨髓MSC降低表達細胞表面標記物CD13,CD29,CD44,CD73,CD90,CD105,CD146和CD166[35, 36]。此外,與大鼠的年輕MSC相比,機體的衰老對MSC的增殖、多潛能和代謝特征產生負面影響,老化的MSC在體外擴增過程中明顯丟失了其祖細胞特征和降低了抗氧化能力[28]。有趣的是,MSC分化為脂肪細胞、成骨細胞和軟骨細胞的能力是一個基本的生物學特征,不受年齡的影響[37]。此外,MSC的骨形成能力與體外分化能力無關[37-40]。

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MSC的衰老

MSC的體外培養擴增不可避免地經歷復制性衰老[35, 41-43],伴隨著基因組不穩定性[44-47],這是MSC細胞治療行業一個嚴重的障礙。

MSC在長期培養過程中出現衰老,隨后改變其代謝特征[28, 48],這種代謝特征的改變與線粒體融合和裂變事件相關[28, 49, 50]。復制次數的增多,常常伴隨著衰老過程中的遺傳損傷的積累增多[51],減弱了干細胞的可用性和功能[52]。需要注意的是,因為接種起始MSC細胞濃度不一樣,即使經過相同的擴增代數,細胞的復制周期是不一致的。復制性衰老與復制周期相關,而和代數的關系沒那么大。細胞核型分析顯示,骨髓MSC在第18代時發生染色體異常和端粒酶縮短[53],而臍帶MSC在30代之前保持染色體穩定[54]。然而,也有研究顯示人類MSC似乎是遺傳穩定的,在長期培養后沒有顯示染色體異常,并且不具有致瘤性[53, 55]。有趣的是,由天然修復蛋白質組成的血小板裂解物能支持人骨髓MSC的長期培養擴增,具有穩定染色體的作用[56]。

經過長期的細胞培養,骨髓MSC出現復制性衰老的表現是低增殖率,衰老相關的β-半乳糖苷酶出現高活性,DNA修復和抗氧化能力降低,p53和p16的表達增強[57]。p16INK4a的表達和β-半乳糖苷酶的活性與細胞面積有很強的相關性,第5代的人骨髓MSC的面積是第1代的4.8倍[58]。這些發現可用于開發基于非侵入性成像的新方法,以篩選和定量臨床級細胞培養中的老化[58]。然而,另一項實驗表明,p53和p16基因的表達在第15代中沒有明顯變化[59]。高代數的MSC也表現出p21的表達增加[60],p21是細胞周期蛋白依賴性激酶的抑制劑,并且敲除高代數MSC中的p21會增強MSC增殖能力[60, 61]。

骨髓MSC在培養到第9代時,就出現80%的SA-gal陽性細胞,即80%的MSC已經衰老了[35]。另一個實驗室在培養牙髓MSC在傳代10-11時出現約40%的SA-gal陽性MSC[19]。傳代相關衰老的差異可能歸因于不同的細胞培養系統[62, 63]。此外,高代數的MSC能觸動更多的即時血液介導的炎癥反應[64]并激活補體途徑[64, 65],限制了它們在體內的存活和發揮功能。

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衰老的MSC經歷了明顯的遺傳和表觀遺傳變化[66-69]。大量證據表明miRNAs在調節干細胞功能中起重要作用[70]。干細胞的衰老也與miRNAs表達失調有關,已發現miR-335和miR-195在骨髓MSC衰老中起關鍵作用,改變它們的表達可以逆轉MSCs的治療效果[71, 72]。有兩項研究通過微陣列或定量PCR方法證明了長期培養的骨髓MSC,會出現衰老相關miRNA表達譜的改變[35, 73]。對人臍帶MSC和臍血MSC早期(P4代)和晚期(P11代)傳代的microRNA圖譜分析表明,來自臍帶血和臍帶血的MSC的衰老機制可能不同[74]。高代數(P13-P22)MSC分泌的微囊泡(MVs)(<500 nm)小于低代數(P3-P7)MSC,伴隨CD105+MSC-MVs減少和miR-146a-5p增加[75]。

 如上所述,長期細胞培養可能會降低MSC的治療效果。例如,來自大鼠骨髓的低代數(P4)MSC比高代數(P40)MSC在體外誘導分化為多巴胺能樣細胞的效率更高[76]。與低代數(P2-3)MSC相比,高代數(P7)MSC的條件培養基顯示其神經保護功能降低[77]。使用大鼠疾病模型,發現培養擴增的小鼠MSC的心臟保護作用隨著傳代數量的增加而降低,并在第5代時喪失[78]。最近的研究發現,人骨髓MSC的復制性衰老是由于泛素C(UBC)表達降低所致[79]。多聚(ADP-核糖)聚合酶-1(PARP-1)通過依賴于損傷響應激酶ATM的復雜信號機制來響應DNA損傷而被激活[80]。低代數(P2-3)表達較高水平PARP-1的人骨髓MSC比高代數(P>10)的MSC對輻射或遺傳毒劑誘導的DNA損傷具有更強的抵抗力[81]。PARP-1在低傳代MSCs中的敲除導致對輻射誘導的凋亡的敏感化[81]。因此,在MSC長期培養中刺激UBC和PARP-1的表達是延緩復制性衰老的有效途徑。雖然第3代MSC的大規模培養可以滿足臨床應用的需要[82],但我們也需要注意大規模培養過程中發生的細胞復制衰老[35, 66]。
那么,在實際操作中,應該選取哪一代的MSC開展臨床研究?顯而易見的是,不同的培養工藝,MSC出現復制性衰老的代數會不一樣。有些實驗室培養MSC到第7代就明顯出現復制性衰老,有些實驗室培養到第10代才出現明顯的復制性衰老。

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MSC的免疫調控能力

一些綜述已經闡述了MSC和免疫細胞之間相互作用的可能機制[83-87]。MSC具有強大的免疫抑制潛力,這與劑量呈正相關,然而,工業化的大規模培養的MSC在3期試驗中卻未能有效治療激素難治性急性GVHD[88]。一篇綜述分析了可能原因:供體差異,表觀遺傳重編程,免疫原性和冷凍保存[89]。另一項關于MSC治療激素難治性GVHD的系統綜述和meta分析發現,MSC單次治療后6個月的存活率為63%,并且與患者的年齡、MSCs培養液或提供的MSCs劑量沒有差異[90]。但即使MSC具有強大的免疫調節潛能,MSC在GVHD的3期臨床失敗的原因仍需深入研究和調查。

長期培養是否損害了MSC的免疫調節功能?目前的研究結果并不一致。基于體外實驗,MSC的免疫抑制作用從第2代到第7代沒有明顯區別[91]。也有研究發現人臍帶MSC從第4代到第9代之間的免疫調節功能有下降的趨勢[92]。有爭議的是,第15代人臍帶MSC的抑制活性高于第3代[93]。然而,在抗藥性GVHD患者中,接受健康捐贈者低代數MSC(P1-2)的患者1年生存率為75%,而使用高代數MSC(P3-4)的患者1年生存率為僅21%[94]。長期培養(從P3到P7)對大鼠骨髓MSC的免疫豁免沒有任何明顯的影響[95]。

有研究提示,臍帶和羊膜來源的MSC的免疫調節能力明顯優于骨髓和臍血來源[96]。脂肪MSC的免疫調節能力也明顯優于骨髓MSC[97-99]。然而,最近的一項研究表明,脂肪MSC顯示出比來自相同供體的骨髓MSC略高的免疫抑制能力,但是沒有統計學差異[100]。這一結果與小鼠實驗一致,即來源于同一個小鼠的脂肪MSC和骨髓MSCs在抑制T細胞增殖的免疫抑制能力上沒有差異[101]。有趣的是,MSC的免疫調節能力和自身的增殖潛力之間沒有明顯的關系[13, 102]。

因此,我們需要明確影響MSC免疫抑制能力的因素,然后選擇免疫抑制能力最強的MSC用于免疫性疾病的治療。

5

MSC與炎癥環境

與傳統的化學藥物不同,MSC是一種與環境相互作用的活細胞。
在某些條件下,MSC可能作為促炎細胞,并交叉呈現可溶性外源抗原作為其抗原呈遞細胞特性的一部分[85, 103]。干擾素-γ刺激骨髓MSC上調MHC-II分子的表達,并將外源性抗原呈遞給T細胞[96, 104]。有趣的是,炎癥環境并沒有增加來自臍帶、臍帶血和羊膜的MSC的HLA-DR表達[8, 96, 105-107]。動物實驗表明,干擾素-γ與T細胞和巨噬細胞分泌的TNF-α聯合誘導骨髓MSC凋亡,從而抑制骨髓MSC對骨愈合的影響[108, 109]。炎性因子IL-2激活的NK細胞和CD3/CD28激活的T細胞均可通過Fas/FasL途徑誘導MSC凋亡[110, 111]。炎癥環境也可以增加HLA-DR的表達,從而加速MSC的清除[96]。炎性細胞因子也通過誘導BECN1的表達協同誘導MSC自噬,這削弱了MSC治療實驗性自身免疫性腦脊髓炎的療效[112]。有爭議的是,在用干擾素-γ[113, 114]或白細胞介素-17[115]預處理后,骨髓MSC的治療效果增強。高水平的血清干擾素-γ可以預測活動期類風濕關節炎患者對骨髓MSC治療的良好臨床反應[116]。與正常脊髓組織提取物相比,慢性損傷脊髓組織提取物顯著促進MSC分泌VEGF[117]。從創傷腦組織和缺血腦組織制備的提取物也可以促進MSC中各種神經營養生長因子的表達[118, 119]。
急性肝功能衰竭的豬實驗發現,嚴重的炎癥環境限制了MSC的效果,因為MSC在嚴重炎癥的肝臟環境中存活率低[120]。MSC未能提高伴有全身性炎癥的慢加急性肝功能衰竭患者的存活率,但是減輕炎癥明顯有利于提高MSC的治療效果[121]。在一項MSC治療兒童激素難治性GVHD的多中心臨床研究中,MSC在疾病早期介入治療比晚期治療更有效[122]。這些數據清楚地表明,嚴重的炎癥環境可能會減弱MSC的治療效果。重要的是,同種異體MSC輸入可以誘導CD4+和CD8+T細胞的記憶表型[123],這表明當相同來源的同種異體MSC重新輸注到患者體內時,會發生更快的清除。如上所述,輸注的MSCs最終被宿主T細胞、NK細胞和巨噬細胞清除或殺死。
因此,需要多次輸注骨髓間充質干細胞,以確保預期的顯著治療效果。

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輸注后MSC的體內分布

曾經期待MSC輸注后可以像造血干細胞一樣在體內長期存活,伴隨終身。然而,大量的研究表明輸入的MSC不能在活體中長時間存活[123-126]。
肺臟是靜脈注射MSC需要跨越的首個屏障,因為由于肺血管系統的特性,大多數靜脈輸入的MSC被困在肺內[127-129]。MSC靜脈輸注后1小時,約50-60%的MSC保留在肺內,3小時后比例降至30%并維持96小時[130, 131]。在存在肺損傷的情況下,被困在肺中的MSC數量增加[124, 132]。當MSC滯留在肺臟時,MSC被局部微環境激活,分泌大量的抗炎因子TSG-6,這有利于減少炎癥和減少心肌梗死面積[132]。穿過肺臟后,MSC到達肝臟、腎臟和脾臟[26, 126, 127, 133-135]。狒狒實驗證據表明,經外周靜脈輸入骨髓MSC,自體MSC和同種異體MSC的體內分布沒有明顯差異[125]。與同基因或免疫缺陷小鼠相比,健康免疫完全異基因小鼠的MSC存活時間明顯縮短[123]。動物實驗表明,免疫系統負責清除輸入的MSC。MSC幾乎不表達MHC II類分子(HLA-DR),這個MHC II類分子主要是引起免疫反應,為何MSC離開機體內原來存在位置的微環境后,終究會被機體免疫細胞清除掉?不管是血管內注射還是局部注射,MSC都不能長期存活
已證明MSC表達多種細胞表面粘附分子[136, 137]和參與MSC遷移和粘附的蛋白酶[138, 139]。與骨髓MSC相比,臍血MSC更容易通過肺部,因為臍血MSC胞體更小,并且表達的CD49f和CD49d水平明顯高于骨髓MSC[133]。有趣的是,用硝普鈉預處理后,肺微血管系統中的MSC截留明顯減少[126, 128]。這種現象歸因于硝普鈉產生的一氧化氮(NO)引起的血管擴張,增加了血液流量,隨后導致MSC快速通過肺部。因此,硝普鈉預處理有效增強了MSC修復CCl4誘導的小鼠肝纖維化的治療效果[140]。在一項臨床試驗中,用111In-oxine(放射性示蹤元素)標記的自體骨髓MSC通過外周靜脈注入失代償期肝硬化患者,標記的MSC首先在肺中積累,然后在接下來的幾小時到幾天內逐漸轉移到肝臟和脾臟[141]。

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動物實驗也證明,直接注射到組織中的MSC在體內同樣不能維持長期存活,如腦[142, 143],關節腔[144, 145],心肌[146, 147]。頸動脈注射MSC也存在同樣的現象[148-150]。由于操作簡單,MSC頸動脈注射被用于治療腦部疾病,但是需要注意形成細胞團后導致的微小血管的栓塞。局部微量注射到大鼠腦紋狀體的骨髓MSC可以沿著已知的途徑遷移到胼胝體和大腦皮層,遷移途徑類似神經干細胞遷移到大腦的連續層[142]和腦血管[143]。通過靜脈注射的人MSC也可以跨越血腦屏障遷移到創傷性腦損傷大鼠的受損皮質邊緣[151],可能是因為腦外傷后血腦屏障的通透性增加[152]。出乎意料的是,人骨髓MSC和大鼠骨髓MSC通過大鼠的頸內動脈輸送后,在脾臟、腎臟、肝臟中同時發現了人MSC和大鼠MSC的存在,這說明MSC經過頸內動脈后遷移到內臟組織[149, 150]。

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MSC的治療方案

治療策略應包括足夠劑量的MSC、治療途徑、治療時機,和/或與其他藥物的聯合
MSC的質量與不同的培養體系和來源密切有關,甚至直接影響到MSC的動物實驗和臨床研究結果[63]。MSC的臨床前研究數據并不能很好地指導臨床應用的方案確定。在臨床研究中,每個患者使用的MSC數量從4000個到數億個不等。局部介入治療的最低劑量發生在用4500個MSC治療的股骨頭壞死的臨床病例[153, 154]。糖尿病肢體大皰性疾病的介入治療最高劑量為8.6億個MSC[155]。全身輸液量一般為(1-10)x106/kg。目前臨床靜脈輸入的最高劑量出現在MSC與造血干細胞共同移植時,劑量為10x106/kg[156]。有趣的是,一項meta分析表明,劑量并不影響接受單次輸注MSC治療的急性GVHD患者的存活率[90]。理論上,MSC的最佳劑量取決于不同的疾病和移植途徑,可能存在一個范圍,在這個范圍內,劑量越高,療效越好。
MSC在分布和代謝上與傳統藥物有很大不同,在健康和病體中的分布也是不同的,因為MSC能夠主動趨化到損傷部位。在動物實驗中,傳統藥物需要多次給藥以維持穩定的血藥濃度,而現在尚未意識到MSC也需要多次注射來維持一定的有效細胞濃度。人們期望MSC只用一次移植就能治愈一些疾病,就像造血干細胞一樣。事實上,研究表明,用于治療心臟病的MSC治療,只有不到1%的移植細胞在注射后1周內存活[157, 158],這意味著需要多次輸注來維持治療效果。如果進行一次治療,低劑量和高劑量MSC之間的療效沒有差異[159]。反復輸注MSC導致肝衰竭疾病更好的臨床結果[160, 161],而單一的MSC治療未能產生明顯的長期(48周)療效[162]。值得注意的是,當MSC治療與藥物[159]和其他治療[163, 164]相結合時,將獲得良好的臨床結果。此外,盡管新鮮和冷凍的骨髓MSC都具有相同的生長特征,但來自新鮮骨髓MSC具有更高的活力[165]。
此外,在使用MSC治療不同疾病時,需要更多的證據來確定最佳劑量。我們先前已經討論過MSC治療GVHD的策略優化[166]。即使患者具有相同的體重,在治療免疫性疾病和其他疾病時,MSC的劑量也可能不同。因此,MSC的劑量與疾病的亞型密切相關。例如,IV型GVHD可能需要比II型更高劑量的MSC。這一假設需要在未來的臨床研究中得到證實。

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MSC的治療機制

干細胞生態位(龕,Niche)是指與干細胞相互作用以調節細胞命運的微環境,相當于干細胞的窩。這個干細胞生態位的主要功能是錨定和滋養干細胞,既避免干細胞的快速耗竭,同時避免過度旺盛的干細胞增殖[177]。
例如骨髓中的造血干細胞生態位[167-170],毛囊中的毛囊干細胞生態位[171-173],以及隱窩堿基中的腸道干細胞生態位[174-176]。一般情況下,干細胞在其生態位中保持靜止狀態。當接收到刺激信號時,周圍的微環境促進干細胞自我更新或分化成子細胞以形成新的組織[178]。如果患者的自體造血干細胞被藥物或輻射殺死,騰出空間來接納移植進來的造血干細胞,在這個生態位里面,新移植進來的造血干細胞才能發揮再生整個血液和免疫系統的功能[179]。
MSCs已被證明在體內[180, 181]和體外[182]可分化為成骨細胞。在嚙齒動物成骨發育不全(OI)模型中,在骨髓MSC移植之前對骨進行照射處理,這有助于骨髓MSC歸巢到骨質生態位中,然后向成骨分化[183, 184]。干細胞生態位提供干細胞的穩態微環境,控制干細胞的增殖活動,維持干細胞群體。但身體內的MSC生態位在哪里?有研究提示MSC生態位類位于血管周圍,并與血管密度相關[185-187]。骨髓MSC在體內的動態分布表明,如果受者的骨髓未經藥物或輻射處理,則只有約0.4%的注入MSC能夠遷移到骨髓中[126, 133]。
因此,可能MSC只有遷移到骨髓的血管周圍空間時(MSC生態位)才能避免機體免疫系統對MSC的清除,從而有機會向成骨分化。這也解釋了為何不管是血管內注射還是局部注射,MSC都不能長期存活。

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絕大多數輸入的MSC并不能長期存活,這也是MSC安全性的一個重要原因,而且MSC的治療機制是由于分泌的可溶性因子[13, 188-192]。

例如,改善心力衰竭的VEGF[193],HGF用于多發性硬化癥[194]和肝臟疾病[195, 196],IGF-1和EGF用于傷口修復[197]。這些因子通過減少炎癥和減少組織細胞的凋亡或通過刺激組織內源性干細胞的增殖和分化來增強受損組織的修復[198-201]。此外,MSC通過分泌營養分子來支持造血,包括細胞因子和生長因子[202-204],這已被動物模型實驗所證實[198, 205-207]。基于體內動態分布,MSC更有可能通過“觸摸即走(touch and go)”[83]或“擊中即跑(hit and run)”[191]機制發揮其治療作用,在遷移到受損器官后,MSC分泌應激誘導的治療分子或直接與靶細胞相互作用,然后被機體清除。

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健康人和患者MSC

基本上,所有含有結締組織的器官都含有MSC[208]。MSC具有強大的免疫抑制能力,為什么自身免疫性疾病仍然會發生在人類身上?
不斷有證據表明,從自身免疫性疾病患者分離出來的MSC具有形態和一些功能的異常[209-215]。來自再生障礙性貧血[214],多發性骨髓瘤患者[213],系統性紅斑狼瘡[209],類風濕性關節炎[215]和特發性血小板減少性紫癜(ITP)患者[212]的骨髓MSC的免疫抑制功能有不同程度的受損。與健康人真皮來源的MSC相比,銀屑病患者真皮MSC在P3和P5代表現出異常的與炎癥和基本細胞活性相關的基因表達模式[216]。轉錄組分析揭示了來自多發性骨髓瘤患者的骨髓MSC在細胞周期、免疫調節功能和成骨細胞分化方面有異常改變[217]。此外,自體骨髓MSC輸入治療未能改善系統性紅斑狼瘡的疾病活動進展[210]。
那么自身免疫性疾病的發生和MSC的免疫抑制功能異常有沒有關聯,誰是因,誰是果?可能是MSC免疫抑制能力受損未能抑制自身免疫性疾病的發生和發展。
此外,股骨頭壞死患者骨髓MSC的增殖和成骨分化能力降低[218-220],這可能與自體骨髓中MSC的異常lncRNA表達譜[218]和FZD1基因的異常CpG島甲基化[221]有關。雖然骨髓MSC在臨床相關劑量下對化療藥物的殺傷具有一定的抵抗性[222, 223],但大劑量化療藥物會對骨髓基質造成嚴重損害,從而導致造血支持能力顯著降低[224-228]。

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總結和展望

自1995年首次臨床應用以來[229],MSC已被用于治療多種疾病。然而,MSC的療效并不令人滿意,特別是在大規模的3期臨床試驗中未能達到預期的效果。在查閱大量MSC細胞生物學和臨床研究文獻的基礎上,總結出影響MSC療效的三個重要因素,即MSC的細胞質量、治療策略和疾病適應證的選擇
 如上所述,來自不同組織來源的MSC具有一定的功能差異,主要表現在增殖能力、分泌的細胞因子譜、衰老表型和免疫調節方面,這可能與最佳治療效果密切相關。但是如何定義MSC的質量呢?這是一個非常重要的問題,同時也很難澄清。也許“生物學效力”(Bio-Efficiency)這個術語能很好的描述MSC的細胞質量。生物學效力廣泛應用于醫學藥理學和疫苗等領域。MSC有兩個驚人的功能:對不同免疫細胞的免疫調節和促進組織再生的能力。MSC的免疫調節機制與修復組織的機制明顯不同。因此,生物學效力必須與特定的疾病相聯系。
生產培養工藝上的差異導致了MSC功能特征的變異性,包括其最先被證明的成骨分化和支持造血的能力[230],這表明需要優化標準化制造程序[231]。更重要的是,為了在未來的大規模臨床試驗中獲得令人滿意的結果,研究者需要關注培養MSC的質量和治療策略,而且不同的疾病,其對應的治療策略也應該不同。而MSC供應商則需要關注整個MSC生產制備工藝,在“質量源于設計(QbD)”的指導原則下,提供穩定的高品質的MSC產品。



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