間充質干細胞（MSCs）因其獨特的免疫調節(jié)和再生特性，有望成為治療多種炎癥和自身免疫疾病的生物療法。培養(yǎng)后的間充質干細胞會分泌多種小分子、多肽、趨化因子、細胞因子和形態(tài)發(fā)生因子，統稱為分泌物。宿主免疫細胞與分泌物相互作用，調節(jié)組織損傷部位的免疫反應強度。除了具有免疫調節(jié)和再生能力外，其獨特的腫瘤 “歸宿 “特性使其成為攜帶抗癌藥物的理想候選者，可參與各種抗癌藥物的抗藥性（表1）。

MSCs功能	治療結果
免疫調節(jié)	減少克羅恩病期間的組織炎癥解決急性類固醇抵抗性移植物抗宿主病。多發(fā)性硬化癥患者的有效治療方法。
血管生成/血管再生	缺血小鼠皮膚的血管再生。心肌梗死中的血管生成。
抗癌藥物遞送劑	將化療藥物多西他賽 (DTX) 輸送至肺癌、將阿霉素 (DOX) 輸送至結直腸癌、將吉西他濱輸送至胰腺癌
組織愈合	MSCs的多能分化能力有助于環(huán)磷酰胺 (CTX) 引起的卵巢衰竭中卵巢的再生小鼠和人類慢性傷口的皮膚再生

1995年，Hillard Lazarus首次在臨床上探索MSCs作為細胞療法，以加速人類受試者的造血功能恢復。從那時起，多項臨床和臨床前研究一直在努力將MSCs確立為多種疾病的生物制藥。盡管MSCs研究隨著時間的推移不斷取得進展，但大多數基于MSCs的試驗仍處于I期或II期的早期階段，而只有少數（不到50個）處于III期，目前，全球只有12種產品（約1%）獲得上市許可。迄今為止，歐洲藥品管理局僅批準了一種基于MSCs的產品作為治療肛周瘺的活細胞藥物，美國食品藥品管理局尚未批準任何MSCs相關產品。

盡管臨床試驗未能達到主要療效終點，但大量的臨床前動物試驗發(fā)現，間充質干細胞在幾種小鼠疾病模型中的應用效果良好。人體臨床試驗中的細胞藥物變量是阻礙將間充質干細胞直接轉化為臨床結果的主要障礙。

優(yōu)化間充質干細胞移植的常用劑量和給藥途徑：現狀和新前沿

因此，在這篇綜述中，我們打算探索間充質干細胞在組織損傷后的當前應用。我們特別關注間充質干細胞來源、移植途徑、代謝適應性和細胞劑量。我們進一步討論了優(yōu)化體內植入的潛在方法。

間充質干細胞的組織來源

間充質基質細胞MSC可從多種器官和組織來源分離，例如骨髓、臍帶、脂肪組織、胎盤、外周血、牙周膜、羊水。來自不同來源的MSC擁有相似的多潛能分化能力，包括成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞。研究還確定了MSC向神經元細胞的分化能力。然而，它們的分化效率在組織再生的特定譜系分化過程中會有所不同。因此，在成功的臨床試驗中，選擇合適的組織來源對于生產臨床級MSC至關重要（圖1）。

間充質干細胞的免疫原性

與自體間充質干細胞相比，現成的、低溫保存的異體間充質干細胞在臨床應用中具有顯著的物流和成本優(yōu)勢。然而，要達到療效終點，臨床前的主要小鼠數據都支持使用合成間充質干細胞。

由于間充質干細胞表面表達低水平的MHCI類分子，且缺乏MHCII類表達，因此間充質干細胞以前被認為是 “免疫特權”。此外，在早期的研究中，研究人員發(fā)現異體間充質干細胞在體外混合白細胞反應（MLR）中能顯著延緩MHC不匹配淋巴細胞的增殖。因此，在臨床試驗中，來自少數供體的大規(guī)模間充質干細胞被廣泛用于治療一系列疾病，而無需擔心免疫排斥反應。

事實上，在某些情況下，異基因間充質干細胞可保護自身免受免疫檢測，通過短暫的 “打了就跑 “機制發(fā)揮治療活性。這在某些情況下是可能的，因為在這些情況下，持續(xù)性是發(fā)揮治療效果所必需的。

集體證據表明，異體間充質干細胞是用于急性組織損傷綜合征（如中風、敗血癥或心肌梗塞）的唯一合理的策略。然而，在慢性退行性疾病中，由于需要長期反復輸注以維持間充質干細胞的治療效果，因此更傾向于使用合成（自體）間充質干細胞。

盡管異體間充質干細胞具有免疫原性，但由于供體相關問題（患者年齡或疾病狀態(tài)）以及低成本即時護理的需要，臨床研究通常依賴于低溫保存的異體細胞。因此，避免同種異體排斥反應和減輕移植休克的細胞修飾方法將有利于提高間充質干細胞在臨床試驗中的治療效用（圖1）。

間充質干細胞移植常用給藥途徑的優(yōu)缺點

間充質干細胞的給藥途徑是決定治療效果是否有效和安全的關鍵參數之一。盡管大量的臨床前和臨床試驗都在嘗試優(yōu)化特定的給藥途徑（表2），但目前在人體臨床試驗中還沒有就最佳的間充質干細胞給藥方法達成共識。臨床試驗通常選擇成本效益高且方便的靜脈輸注方法，盡管其治療效果參差不齊。根據治療要求，間充質干細胞可通過局部和全身給藥進行植入。

治療領域	給藥 途徑	MSCs來源	劑量	模型系統	獲得的結果  和出現的限制（如果有）
類風濕關節(jié)炎	腹腔內	人類脂肪來源的 MSCs	連續(xù)5天， 每天106個MSC	小鼠臨床前動物模型	減少自身反應性T效應細胞反應并誘導Treg細胞增殖。
自身免疫性 1 型糖尿病	尾靜脈	小鼠骨髓來源的 MSCs	每周一次，每次5×105MSCs， 持續(xù)4周	小鼠臨床前動物模型	降低自身反應性T效應細胞反應并誘導Treg細胞增殖
心肌梗塞	單層 MSCs 移植	大鼠脂肪來源的 MSCs	9.4±0.6×105單層MSCs移植真皮成纖維細胞	大鼠臨床前動物模型	逆轉心肌梗塞大鼠疤痕區(qū)域壁變薄現象并改善心臟功能。
急性肺損傷	尾 靜脈	小鼠骨髓來源的 MSCs	2×106MSCs，持續(xù)一周	小鼠臨床前動物模型	抑制Th2介導的過敏性氣道炎癥
移植物抗宿主病 (GVHD)	全身輸注	同種異體骨髓間充質干細胞	2×106；8×106hMSC/千克	II期臨床試驗	MSCs治療組表現出較小的GVHD反應，且無輸注毒性或異位組織形成
心肌梗塞	全身輸注	同種異體骨髓間充質干細胞	0.5×106；1.6×106；5.0×106hMSC/千克	I期臨床試驗	MSCs移植患者組肺功能增強。
肝硬化	全身輸注	自體骨髓來源的 MSCs	4.0×107（每次注射的總hMSC數）	I-II期臨床試驗	MELD評分、凝血酶原 復合物和血清肌酐水平降低；血清白蛋白水平改善。 研究的局限性：移植后無法追蹤MSCs。
肌萎縮側索硬化癥 (ALS)	肌肉注射和鞘內注射聯合給藥	自體骨髓來源的 MSCs	1×106細胞/kg鞘內注射，24×106細胞肌肉注射；1.5×106細胞/kg鞘內注射，36×106細胞肌肉注射；2×106細胞/kg鞘內注射，48×106細胞肌肉注射	II期臨床試驗	減緩病情進展速度。研究的局限性：研究組規(guī)模較小。

01靜脈注射

優(yōu)點：此途徑是全身MSC輸送的主要方法。靜脈輸注被認為是人體臨床試驗中常規(guī)且安全的方法。根據最近對人體MSC臨床試驗的調查，超過40%的研究為各種臨床疾病植入了中位數為1億個MSC。

缺點：盡管如此，許多報告發(fā)現靜脈輸注的MSC被困在肺部，隨后不久就會被清除。由于旁分泌功能支持MSC的治療活性，因此移植細胞壽命的縮短會削弱其治療活性。最近的一項小鼠臨床前研究發(fā)現，反復靜脈輸注最大耐受劑量（5000萬個細胞/公斤體重）的健康MSC未能影響結腸炎臨床結果。

02動脈注射

優(yōu)點：與靜脈注射相比，動脈內（IA）注射方法更有效，因為它減少了肺中的細胞捕獲，并誘導目標組織損傷部位的移植細胞遷移。

缺點：有趣的是，很少有研究發(fā)現IA輸送MSCs存在不良影響。盡管IA注射是有效將細胞靶向大腦的首選途徑，但最近的調查發(fā)現，IA輸送MSCs治療中風可能存在腦梗塞風險。因此，為了最佳地使用IA方法，必須仔細考慮細胞大小、細胞劑量和輸注速度。

03腹膜內 (IP) 或皮下 (SC)

盡管腹膜內 (IP) 或皮下 (SC) 給藥在臨床試驗中并不像靜脈注射那樣常用，但臨床前研究已證實它們在各種疾病康復中的治療作用。腹膜內 (IP) 或皮下 (SC) 給藥在陰道擴張損傷大鼠模型中通過增加漏尿點壓力恢復尿道括約肌功能。

04局部注射

優(yōu)點：局部施用MSCs旨在增加治療細胞在目標部位的植入，從而立即產生局部作用或分化為功能性細胞。MSCs的局部給藥方法已被確定為侵入性最小的方法，并且對于傷口愈合、燒傷或糖尿病相關傷口的皮膚移植存活以及修復實體器官及其相關組織（如心臟、大腦、脊髓組織、肝臟等）的損傷非常有效。

肌肉內輸注 (IM) 與靜脈注射途徑一樣，也被認為是MSCs輸送的微創(chuàng)和簡單途徑。此外，與其他傳統途徑相比，肌肉內輸注途徑可延長植入MSCs的存活時間，這有助于改善治療效果。

缺點：MSCs局部注射雖然可以促進治療效果的提高，但有時會造成創(chuàng)傷，其侵襲可能造成大出血和繼發(fā)性損傷。

綜合證據表明，每種遞送方法都有各自的優(yōu)點和局限性。因此，應根據研究目的、靶器官的大小和所用的動物模型來選擇細胞遞送途徑。

間充質干細胞的最佳時機/劑量/適應性

時間：最佳細胞輸送時機對于最大限度地發(fā)揮MSCs的臨床效果至關重要，因為它可以調節(jié)移植細胞的存活時間。

在任何成功的臨床試驗之前，需要進行比較研究以優(yōu)化組織或器官愈合過程的三個階段的MSCs輸送時間：即損傷期（幾小時）、修復期（幾天）和重塑期（幾周）。

心肌梗死急性損傷期的細胞毒性環(huán)境會降低移植MSCs的功能特性。而在修復期，即急性心肌梗死后4至7天輸送干細胞可顯示出最大的治療效果。

同樣，新生兒缺氧缺血性損傷后3天或10天進行MSCs移植，運動行為得到最大改善，但17天移植的治療效果明顯降低。

劑量：輸送的MSC數量是可以調整以實現最佳治療效果的重要因素。移植的間充質干細胞的適當數量取決于器官、組織和動物種類。例如，單次治療中大量細胞可能并不總是偏向積極的治療結果。靜脈內移植的細胞劑量過高可能會導致肺部毛細血管堵塞，導致治療效果不佳。相反，根據http://clinicaltrials.gov/的報告，靜脈注射途徑具有最高的平均MSC劑量，將移植的細胞困在肺部可能是這種最高劑量的原因。

臨床試驗確定的治療脊髓損傷患者的最佳劑量范圍是0.5×10⁶-5×10⁶MSCs/kg接受者體重。此外，在某些情況下，以一定間隔重復長期輸注似乎可以刺激產生積極的結果。盡管靜脈輸注MSCs是最安全的方式，但其主要缺點是輸送細胞的最大量受到限制，這與嚙齒動物模型不同。在嚙齒動物中，靜脈移植的最佳細胞濃度為50M/Kg，而在人類中，最佳劑量為1-2M/Kg體重。如果不同物種的功能生物機制相似且具有劑量依賴性，那么MSCs劑量的這種物種特異性差異將預示人類的結果會出現負面偏差。

適應性：各種臨床前機制研究證實，MSC通過釋放多種旁分泌可溶性因子發(fā)揮局部和全身免疫抑制作用。由于代謝適應性對旁分泌功能至關重要，因此主要的動物研究利用具有最佳代謝適應性和高復制能力的培養(yǎng)挽救的對數期MSC。然而，人體臨床試驗通常使用預先儲存的冷凍保存的同種異體MSC，立即解凍并在護理時注入。重要的是，在從冷凍保存中恢復后的前24小時內，MSC表達不同的細胞損傷標志物。

因此，集體證據表明，代謝適應性是造成物種間結果差異的主要因素之一。制定減少細胞衰老或拯救MSC免受冷凍損傷的策略將改善MSC的臨床應用。Chinnadurai等人證明IFNγ預許可刺激了衰老MSC中的多個免疫調節(jié)基因，并顯著改善了衰老MSC的免疫抑制作用。四大策略優(yōu)化間充質干細胞在臨床中發(fā)揮最大效用

MSCs分泌大量細胞因子、趨化因子，這些因子通過增強抗炎T調節(jié)細胞 (Treg) 功能、激活M2巨噬細胞極化和降低效應淋巴細胞功能來減輕炎癥。MSCs還分泌促進組織再生的形態(tài)發(fā)生素和外泌體。

MSCs因其具有自我再生、免疫調節(jié)和多能性、易于獲取、易于分離和培養(yǎng)擴增等強大的內在特性而受到廣泛歡迎。

人們已經廣泛研究了基因改造或預處理方法，以提高MSCs在體內的持久性和治療效用。

01、免疫抑制特性

已經發(fā)現不同的方法（如細胞因子預先許可或基因改造）可增強MSCs的免疫抑制作用。

用IL-1b預處理的MSC可產生更高水平的免疫調節(jié)細胞因子，例如 TNF-a、IL-6、IL-8和IL-23A以及趨化因子，例如CCL5、CCL20、CXCL1、CXCL3、CXCL5、CXCL6、CXCL10和CXCL11。此外，IL1b預處理可提高MSC在體外募集中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞和嗜酸性粒細胞的能力。

02、細胞衰老和移植物存活

體內移植后，宿主組織惡劣的微環(huán)境通常會導致MSC過早死亡或細胞衰老，進而導致MSC功能下降。

據報道，過表達肝細胞生長因子 (HGF) 或缺氧誘導因子1α (HIF1A) 的 MSC也具有抗凋亡作用，因此對多種疾病的恢復具有很高的治療效果。

預防衰老是另一種MSC改造方法，可以阻止不可逆的細胞增殖并提高 MSC的治療功能。

IFN-γ刺激也被認為是一種細胞凋亡預防方法，可在體外保護MSCs免受NK細胞介導的細胞毒性。

03、延長異基因間充質干細胞存活時間的策略

由于臨床前研究發(fā)現間充質干細胞的存續(xù)與治療效果之間存在直接關聯，因此預防同種異體排斥和延長MSC存續(xù)的方法將成為臨床研究中必不可少的工具。修改宿主或移植的MSC是避免同種異體MSC排斥的可能方法。將特定劑量的免疫抑制藥物與同種異體MSC一起使用是研究最充分的預防移植排斥的方法。

04、體外效力測定的重要性

高級臨床試驗要求進行MSC身份和效力測定，以衡量其治療效用。此功能測試可確保每個MSC制造批次的質量或有效性，這些批次在細胞來源和制造工藝層面上各不相同。MSC會響應體內環(huán)境線索分泌多種免疫調節(jié)和再生分子。因此，開發(fā)測定矩陣方法的主要是確定對MSC在人體中再生功能至關重要的因素組合。

未來研究方向

成功的間充質干細胞臨床試驗依賴于間充質干細胞的內在功能，例如間充質干細胞的歸巢特性、有效分化、增殖以及旁分泌或內分泌影響的應用。組織來源、代謝適應性、劑量和輸送途徑是維持間充質干細胞內在功能的關鍵調節(jié)因素。

對于有效且安全的間充質干細胞臨床試驗，了解宿主免疫細胞與間充質干細胞衍生分泌體之間的串擾分子機制至關重要。

需要深入了解間充質干細胞的作用機制和生物學特性，這些間充質干細胞通過不同的制造工藝收集，以提高其治療效力。正確選擇最佳細胞輸送途徑、時間和劑量的知識對于提高間充質干細胞的存活率和整體功能至關重要。

此外，為了取得進一步進展，應在目前缺乏有效治療的各種炎癥疾病模型中探索結合最佳輸送、劑量、預處理和追蹤的方法。應重點開發(fā)不同的基因修飾策略，通過針對與年齡相關的信號通路、活性氧和自噬因子來增強老年間充質干細胞的效果。

參考資料：Jayeeta Giri (2024) Optimizing Mesenchymal Stromal Cells Delivery: Present Status and New Frontiers in Regenerative Medicine. J Stem Cell Rep 6: 1-16

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