間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 在1960年代后期首次被定義為源自骨髓 (BM)的成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞，具有高度分化和自我更新的多能性。后來，卡普蘭等人等發(fā)現(xiàn)骨髓來源的成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞也具有成骨和軟骨形成能力，并于1991年將這些細(xì)胞命名為“MSCs”。
然后，已發(fā)現(xiàn)MSC可以分化為其他幾種間充質(zhì)組織，例如肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞. 進(jìn)一步的研究表明， MSC可以在體外分化成不同的譜系，包括上皮細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，這取決于共培養(yǎng)細(xì)胞類型的特定條件。
同時，Dazzi等人和Taechangam等人表明多能能力、支持BM中的造血功能及其免疫調(diào)節(jié)作用積極賦予 MSCs治療作為一種有前途的治療策略。
許多研究報道，可以從脂肪組織中分離出MSCs。已經(jīng)表明，具有多能性的脂肪MSCs (AMSCs) 會產(chǎn)生脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌細(xì)胞和成骨細(xì)胞譜系。其他報道發(fā)現(xiàn)，源自AMSCs的外泌體可以減輕炎癥反應(yīng)，促進(jìn)傷口愈合，抑制骨關(guān)節(jié)炎軟骨退化。MSCs恢復(fù)粘膜免疫力并恢復(fù)老年人的粘膜免疫衰老。此外，將AMSCs重編程為低免疫原性的胰島β細(xì)胞在治療犬糖尿病方面取得了理想的治療效果。
間充質(zhì)干細(xì)胞來源
間充質(zhì)干細(xì)胞來源也可以從新生兒組織中分離出來，包括人臍帶血（HUCB-MSCs）、臍帶MSCs（HUC-MSCs）、羊水（HAF-MSCs）、胎盤MSCs（HP-MSCs）和羊膜（HAM -MSCs)?，已用于治療動物模型和腦出血(ICH)患者的神經(jīng)功能缺損。最近，一項(xiàng)臨床試驗(yàn)的報告發(fā)現(xiàn)，對于中度和重度冠狀病毒病2019（COVID-19）患者，靜脈輸注HUC-MSCs是安全且耐受性良好的，這可能被認(rèn)為是針對潛在異常的有前途的治療方法。間充質(zhì)干細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)和抗炎特性的HUC-MSC移植出現(xiàn)在免疫和炎癥性疾病中，被認(rèn)為是未來治療利用的前景。
MSCs通過免疫抑制、抗細(xì)胞凋亡、抗炎、抗纖維化、促血管生成、抗腫瘤生成、神經(jīng)保護(hù)、抗菌和化學(xué)吸引作用等機(jī)制在修復(fù)受損組織中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這些獨(dú)特的特性賦予MSCs作為再生醫(yī)學(xué)中有前途的候選者，并在炎癥性疾病和癌癥中具有吸收治療潛力??。
最初，MSCs主要用作再生醫(yī)學(xué)組織修復(fù)的有前途的細(xì)胞療法。已經(jīng)表明，它們已被批準(zhǔn)用于自身免疫性疾病的臨床研究，包括克羅恩病、狼瘡和移植物抗宿主病 (GVHD) 。同樣，在臨床前和人類轉(zhuǎn)化研究中，MSC已被研究用于治療不同疾病的潛力，包括中風(fēng)、心肌梗塞、肝硬化、多發(fā)性硬化癥、糖尿病、肺損傷和癌癥。
此外，作為潛在治療方法的MSCs除了具有多效性外還具有免疫調(diào)節(jié)功能，已針對各種免疫疾病進(jìn)行了研究。MSCs通過直接的細(xì)胞間接觸及其與先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中免疫細(xì)胞的分泌能力，強(qiáng)有力地發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用。到目前為止，跨組織來源和物種的MSCs的免疫調(diào)節(jié)功能已經(jīng)得到很好的復(fù)制和臨床相關(guān)。在這篇綜述中，我們總結(jié)了最近MSCs在不同疾病中的免疫調(diào)節(jié)特性，并討論了各種疾病的潛在治療靶點(diǎn)。
間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)
最近的研究結(jié)果表明，MSCs通過特殊的細(xì)胞因子非依賴性機(jī)制進(jìn)行與單核細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞 (Treg) 相關(guān)的免疫調(diào)節(jié)活性。AMSCs顯示出比BMSCs更多的潛在免疫調(diào)節(jié)作用，表明AMSCs可以作為免疫調(diào)節(jié)療法的更好替代品。相比之下，HUC-MSCs對體內(nèi)同種異體免疫風(fēng)險的反應(yīng)最小，將HUC-MSCs視為合適的治療候選者。
一些報道還發(fā)現(xiàn)，異種人MSCs有可能在小鼠腫瘤疾病、綿羊脛骨缺損、豬骨軟骨重建和犬科動物軟骨再生中表現(xiàn)出積極的能力。具有較低弱免疫原性的異種人MSCs在臨床前和臨床研究中具有治療潛力。因此，我們總結(jié)了原始和修飾的MSCs的免疫調(diào)節(jié)作用，并回顧了目前對其免疫調(diào)節(jié)方面的理解。
通過細(xì)胞間聯(lián)絡(luò)的免疫調(diào)節(jié)
許多臨床前研究報告稱，MSCs的給藥通過與由T細(xì)胞、B細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞 (DC) 組成的免疫細(xì)胞進(jìn)行交流，參與先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng))，通過細(xì)胞間聯(lián)絡(luò)和旁分泌作用發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用（圖1）。
MSCs主要通過與T細(xì)胞、B細(xì)胞、自然殺傷(NK)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的相互作用發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，細(xì)胞間接觸與蛋白表達(dá)的調(diào)節(jié)有關(guān)。
適應(yīng)性免疫中的細(xì)胞間聯(lián)絡(luò)
如體外實(shí)驗(yàn)所示，BMSCs在物理上阻礙了幼稚和記憶T細(xì)胞反應(yīng)以非同源方式與抗原呈遞細(xì)胞 (APC) 結(jié)合。該功能通過血管細(xì)胞粘附分子-1 (VCAM-1) 和細(xì)胞間粘附分子-1 (ICAM-1) 的分泌增強(qiáng)表現(xiàn)出來，有利于T細(xì)胞活化和白細(xì)胞向炎癥部位募集，發(fā)揮關(guān)鍵作用在免疫抑制能力中的作用。
先天免疫中的細(xì)胞間聯(lián)絡(luò)
除了適應(yīng)性免疫系統(tǒng)外，MSCs還基于細(xì)胞間聯(lián)絡(luò)機(jī)制作用于先天免疫系統(tǒng)。
MSC發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性的各種已知機(jī)制如圖1所示 。然而，它需要大量的臨床前研究才能轉(zhuǎn)化為臨床研究。
通過旁分泌活動進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)
MSC的分泌蛋白組
MSC 還通過釋放分泌蛋白組來發(fā)揮或傳遞顯示其免疫調(diào)節(jié)功能的調(diào)節(jié)信息。這種源自具有免疫調(diào)節(jié)功能的 MSC 的分泌蛋白組由一系列細(xì)胞因子、生長因子、趨化因子和細(xì)胞外囊泡 (MSCs-EV) 組成，它們與先天和適應(yīng)性系統(tǒng)的免疫細(xì)胞相互作用，調(diào)節(jié)免疫和癌細(xì)胞功能。
根據(jù)它們的大小和來源，MSCs-EVs中封裝的旁分泌分子通常分為來自多泡內(nèi)體的外泌體（30-120nm）、來自質(zhì)膜的微泡（MV）（100-1000 nm）和凋亡小體。MSC-EV與免疫細(xì)胞之間的相互作用可被視為炎癥、感染和自身免疫性疾病的理想治療前景。盡管MSC-EV在免疫調(diào)節(jié)功能方面與母體MSC相似，但MSC的旁分泌功能取決于適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件。因此，了解MSC的旁分泌功能以提高其免疫調(diào)節(jié)作用至關(guān)重要（表1）。
表1：MSCs的分泌蛋白組
| cytokines | chemokines | Growth factors | Other factors |
|---|---|---|---|
| IFN-γ, TGF-β, TNF-α, LIF, MIF, OSM, G-CSF, M-CSF, GM-CSF FLT3LG, SCF, Thrombopoietin, TSG-6, IL-1α, IL-1β, IL-2, IL-3, IL-6~8, IL-10-13, IL-16, | CCL1, CCL2, CCL5, CCL8, CCL11, CCL15, CCL16, CCL18, CCL22~24, CCL26, CXCL1-3, CXCL5, CXCL6, CXCL8, CXCL11~13, CX3CL1, XCL1 | BDGF, NGF, GDNF, PIGF, PDGF, VEGF, HGF, EGF, IGF-1, FGF-2, FGF-4, FGF-7, FGF-9, BMP-7 | phospholipids, Adrenomedullin, Adiponectin, Osteoprotegerin, miRNAs, mRNAs, long non-coding RNAs, CXCR3, PGE2, PAI-1, MMP1, MMP3, MMP9, MMP10, MMP13, TIMP-1~4, Leptin, IGFBP-1~4 |
間充質(zhì)干細(xì)胞在適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中的旁分泌功能
MSCs根據(jù)其旁分泌分泌對適應(yīng)性免疫系統(tǒng)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)特性。
間充質(zhì)干細(xì)胞在先天免疫系統(tǒng)中的旁分泌功能
MSCs通過急性抑制IL-2介導(dǎo)的靜息NK細(xì)胞增殖與NK細(xì)胞交流，并改善先天免疫系統(tǒng)的NK功能。
由細(xì)胞因子、生長因子和趨化因子組成的源自MSC的不同分泌蛋白組參與了適應(yīng)性和先天性免疫系統(tǒng)以發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用（圖2)。
MSC通過旁分泌活動與免疫細(xì)胞（如T細(xì)胞、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、PBMC和中性粒細(xì)胞）相互作用，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。MSCs的分泌蛋白組分泌一系列細(xì)胞因子、生長因子和趨化因子來發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)功能。
通過修飾的間充質(zhì)干細(xì)胞提高免疫調(diào)節(jié)能力和治療效果
越來越多的證據(jù)表明，預(yù)處理的MSCs可以提高它們的旁分泌效力和治療能力。已經(jīng)表明，用缺氧、生長因子、熱休克蛋白 (Hsp)、LPS、藥物制劑、化學(xué)制劑、血清剝奪或炎癥刺激預(yù)處理的MSCs具有通過增加細(xì)胞保護(hù)基因和修復(fù)因子的分泌。因此，預(yù)處理?xiàng)l件可以在體外培養(yǎng)中調(diào)節(jié)MSCs的分泌蛋白。分析分泌蛋白組對各種生物過程的影響至關(guān)重要，包括免疫調(diào)節(jié)、血管生成、抗纖維化、神經(jīng)發(fā)生、傷口愈合、組織修復(fù)以及組織修復(fù)和再生的抗腫瘤。
間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制治療疾病的臨床試驗(yàn)
已經(jīng)進(jìn)行了39項(xiàng)研究來調(diào)查臨床試驗(yàn)中MSC的免疫調(diào)節(jié)作用。他們關(guān)注的疾病是感染、糖尿病、膝骨關(guān)節(jié)炎、復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化癥（RRMS）、克羅恩病等，代表了臨床上最常見的免疫系統(tǒng)疾病（表2）。
最近的I/IIa期試驗(yàn)（標(biāo)識符：https ://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02351011) 對12名晚期Kellgren-Lawrence膝骨關(guān)節(jié)炎患者每人使用了5000萬劑量的BMSC。結(jié)果表明，施用源自髂后上棘BM的自體 BMSCs可提高生活質(zhì)量，關(guān)節(jié)內(nèi)注射安全，無嚴(yán)重不良事件，并有助于改善滑膜炎癥和疼痛。
同樣，進(jìn)行的II/III期研究（臨床試驗(yàn)編號：（UMIN-CTR編號iii：UMIN000006719）表明BMSC移植提高了 25名急性GVHD（類固醇難治性III級或IV級）患者的總體存活率，沒有觀察到的不良事件。
在一項(xiàng)開放標(biāo)簽IIa期研究（臨床試驗(yàn)編號：NCT00395200）中，將劑量為1.6×106個細(xì)胞/kg體重的自體 BMSC安全地給予繼發(fā)性進(jìn)行性多發(fā)性硬化癥 (SPMS) 患者，并改善結(jié)構(gòu)、功能和生理學(xué)證明了神經(jīng)保護(hù)作用。
在針對34名患有中度至重度 (AD) 特應(yīng)性皮炎成年患者的I/IIa期研究中，皮下輸注高劑量HUC-MSC（5.0 ×107個細(xì)胞）在治療上改善了疾病特征，表明嚴(yán)重程度評分顯著降低，并且濕疹面積、特應(yīng)性皮炎嚴(yán)重程度指數(shù)、瘙癢評分、血清IgE水平和血嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)。
一項(xiàng)與連續(xù)12名難治性瘺管克羅恩病門診患者進(jìn)行自體BMSCs連續(xù)瘺管內(nèi)給藥相關(guān)的初步研究表明，局部BMSCs治療是可行的、安全的，并且通過調(diào)節(jié)粘膜T細(xì)胞凋亡率和7例持續(xù)完全閉合的患者對這種疾病有益在12名患者中觀察到瘺道。成功的隨機(jī)雙盲對照III期臨床試驗(yàn)（ClinicalTrials.gov，注冊號NCT01541579）利用擴(kuò)增的同種異體AMSC（單次病灶內(nèi)注射1.2×109細(xì)胞）治療212名患有難治性復(fù)雜肛周瘺管的克羅恩病患者表明，解凍后培養(yǎng)至少24小時的恢復(fù)期可提高M(jìn)SC的質(zhì)量。
| 疾病 | MSCs的起源 | 治療途徑 | 確定的免疫調(diào)節(jié)作用 | 參考 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 臨床前研究 | ||||||
| 卵巢癌小鼠模型 | 小鼠致密骨間充質(zhì)干細(xì)胞 | 腹腔注射 | 激活CD4+和CD8+T細(xì)胞并抑制Tregs | [88 , 89] | ||
| 腎同種異體移植 | 小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | 抑制T細(xì)胞和改善Tregs生成 | [114] | ||
| 敗血癥小鼠 | HUC-間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | 提高抗炎作用，增加Treg細(xì)胞，促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞噬，增強(qiáng)修復(fù)性巨噬細(xì)胞，分泌更多VEGF | [171] | ||
| 哮喘小鼠 | 小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 腹腔注射 | 更好的免疫調(diào)節(jié)作用 | [172] | ||
| 患有急性肝功能衰竭的小鼠 | 小鼠AMSC | 靜脈注射 | 去除碎片并改善IL-6肝再生 | [173] | ||
| 小鼠炎癥性腸病 (IBD) | 腸道淋巴集結(jié) MSCs | 靜脈注射 | 改善小鼠IBD模型癥狀 | [174] | ||
| GVHD小鼠 | 人類間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | PD-1 配體的參與、臨床評分的降低和小鼠存活時間的延長 | [175] | ||
| 急性呼吸窘迫綜合征 (ARDS) 小鼠 | HUC-間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | 改善 ARDS 的肺損傷并使 YAP 失活以促進(jìn) II 型肺泡上皮細(xì)胞 (AECII) 分化。 | [176] | ||
| 小鼠堿燒傷模型 | 小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 局部注入 | 增強(qiáng)它們的免疫調(diào)節(jié)和促血管生成能力，減少促炎性 IL-1β | [177 , 178] | ||
| 宿主的免疫系統(tǒng) | HUC-間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | 中性粒細(xì)胞百分比和中性粒細(xì)胞化學(xué)引誘物濃度的升高 | [179] | ||
| 臨床試驗(yàn) | ||||||
| 疾病 | MSCs的起源 | 治療途徑 | 臨床試驗(yàn)編號 | 階段 | 確定的免疫調(diào)節(jié)作用 | 參考 |
| 骨關(guān)節(jié)炎 | 自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 關(guān)節(jié)內(nèi)輸液 | NCT02351011 | I/II臨床試驗(yàn) | 減少滑膜炎癥和疼痛 | [161] |
| 類固醇難治性 III 級或 IV 級急性 GVHD | 自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | UMIN000006719 | II/III期臨床試驗(yàn) | 提高整體存活率 | [162] |
| 多發(fā)性硬化癥 | 自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | NCT00395200 | IIa臨床試驗(yàn) | 改善結(jié)構(gòu)、功能和生理 | [163] |
| 中度至重度特應(yīng)性皮炎 | HUC-間充質(zhì)干細(xì)胞 | 皮下注射 | NCT01927705 | I/II臨床試驗(yàn) | 嚴(yán)重程度評分和濕疹面積、特應(yīng)性皮炎嚴(yán)重程度指數(shù)、瘙癢評分、血清 IgE 水平和血液嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量的減少 | [164] |
| 克羅恩病 | 自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 瘺管內(nèi)注射 | / | / | 一種可行、安全和有益的療法 | [165] |
| 克羅恩病 | 同種異體AMSC | 瘺管內(nèi)注射 | NCT01541579 | 三期臨床試驗(yàn) | 長期療效和安全性 | [166 , 167 , 168 , 169] |
| 胃腸道腺癌 | 自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 | 靜脈注射 | 歐盟臨床試驗(yàn)注冊2012-003741-15 | I/II臨床試驗(yàn) | 良好的安全性和耐受性 | [180] |
然而，很明顯，一些副作用的誘導(dǎo)可能是由MSCs相關(guān)治療介導(dǎo)的。例如，最近的臨床前研究表明，大腦微環(huán)境的急性低溫調(diào)節(jié)了鼻內(nèi)MSCs的功能，增強(qiáng)了持久的運(yùn)動認(rèn)知缺陷和內(nèi)皮激活，導(dǎo)致促炎環(huán)境，增加了外周免疫細(xì)胞浸潤，這加劇了缺氧缺血性大腦的腦損傷。
有希望的策略有可能提高未來試驗(yàn)的間充質(zhì)干細(xì)胞的功效
臨床前報告表明，MSCs的不同給藥方式和修飾因子具有治療不同疾病的潛力。最近的研究表明通過靜脈內(nèi)遞送MSC或取決于內(nèi)源性MSC的遷移和動員來歸巢至損傷部位的MSC。MSCs (FGF21-MSC) 中成纖維細(xì)胞生長因子21 (FGF21) 的過表達(dá)表明，在創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI) 小鼠模型中，MSCs對損傷部位的歸巢能力得到改善。
提高M(jìn)SCs有效性的另一個策略是促進(jìn)其低溫保存的方法。更具體地說，冷凍保存后新鮮解凍的 MSC 會阻礙功能特征，包括代謝活性和細(xì)胞凋亡的上調(diào)以及細(xì)胞增殖、免疫抑制能力、克隆形成能力和關(guān)鍵再生基因的下調(diào)。值得注意的是，24小時的適應(yīng)期重新激活了解凍的細(xì)胞，減少了細(xì)胞凋亡并增強(qiáng)了高遷移率族箱 (HMOX-1) 和腫瘤壞死因子刺激基因6 (TSG-6) 基因的表達(dá)，具有抗炎作用和具有血管生成作用的VEGF基因表達(dá)。因此，MSCs應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的質(zhì)量和可靠性，特別是在大規(guī)模冷凍MSCs產(chǎn)品中。
結(jié)論和未來展望
由于MSCs對其他細(xì)胞類型的趨向性和免疫調(diào)節(jié)特性，MSCs的管理已成為臨床前和臨床研究中的一種新型治療策略。由于MSCs通過與其他免疫細(xì)胞的相互作用和各種炎癥細(xì)胞因子的相互作用而修飾的免疫調(diào)節(jié)能力，MSCs可以介導(dǎo)各種炎癥性疾病的恢復(fù)。與MSCs免疫調(diào)節(jié)能力相關(guān)的主要機(jī)制包括細(xì)胞間聯(lián)絡(luò)和旁分泌活動，在這個過程中，MSCs被炎癥刺激、細(xì)胞外囊泡、細(xì)胞因子、趨化因子或與其他免疫細(xì)胞共培養(yǎng)所修飾。因此，間充質(zhì)干細(xì)胞移植可以成為一種可管理的、有潛力的、可行的無細(xì)胞治療方法。
主要參考資料：Yang, G., Fan, X., Liu, Y.等。間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制和治療潛力。 干細(xì)胞 Rev and Rep (2023)。https://doi.org/10.1007/s12015-023-10539-9。
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