一、簡介

干細(xì)胞是一類結(jié)構(gòu)和功能未充分分化、具有再生各種組織器官的潛在功能的原始細(xì)胞，存在于所有多細(xì)胞組織里。按干細(xì)胞的分化潛能，可將其分為專能干細(xì)胞（Unipotent stem cell）、多能干細(xì)胞(Pluripotential stem cell)和全能干細(xì)胞(Totipotent stem cell)。其中，以間充質(zhì)干細(xì)胞為首的多能干細(xì)胞因其具有多向分化潛能的特點成為了當(dāng)今臨床研究的熱門領(lǐng)域。

圖1干細(xì)胞按分化潛能分類

間充質(zhì)干細(xì)胞（MesenchymalStem Cells）具有自我更新和多向分化能力，來源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層，主要存在于結(jié)締組織和器官間質(zhì)中。在成人組織中，間充質(zhì)干細(xì)胞存在于骨髓、脂肪組織、外周血、牙髓和真皮中；在新生兒組織里還存在于臍帶血、胎盤、羊水和臍帶華通氏膠（Wharton’s jelly）中。和其它干細(xì)胞相比，間充質(zhì)干細(xì)胞來源廣泛，可取自于臍帶、牙髓、脂肪和骨髓等組織，更易體外培養(yǎng)、長期傳代穩(wěn)定性更高，且具有更低的免疫原性和更強(qiáng)的組織修復(fù)能力。

圖2間充質(zhì)干細(xì)胞的不同來源

二、作用機(jī)制與功能

間充質(zhì)干細(xì)胞通過分泌PGE2、PDL1等免疫抑制分子，釋放細(xì)胞因子、生長因子，以及刺激低氧誘導(dǎo)因子（HIF）、VEGF和HGF等促血管新生因子的表達(dá)，通過調(diào)節(jié)局部和全身的炎癥和免疫反應(yīng)來達(dá)到修復(fù)組織、免疫調(diào)節(jié)和促血管新生的生物功能，降低了壓力和受損細(xì)胞凋亡的反應(yīng)。其治療機(jī)制較為復(fù)雜，多向分化、歸巢、旁分泌等機(jī)制交叉作用，實現(xiàn)組織修復(fù)和再生、免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗凋亡、促進(jìn)血管生成等功能。

（1）歸巢效應(yīng)。間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢是指干細(xì)胞在目標(biāo)組織的脈管系統(tǒng)里被捕獲，隨后跨越血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移至目標(biāo)組織的過程。微環(huán)境改變是間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢的始動因素，組織損傷局部表達(dá)多種趨化因子、黏附因子、生長因子等各種信號分子，特定信號分子再與間充質(zhì)干細(xì)胞膜上相應(yīng)受體結(jié)合，驅(qū)動其歸巢行為。大量研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)體缺血、缺氧、損傷時，機(jī)體內(nèi)或者外源性間充質(zhì)干細(xì)胞具有向損傷部位優(yōu)勢分布的特質(zhì)。歸巢是間充質(zhì)干細(xì)胞安全有效地應(yīng)用于臨床的關(guān)鍵。

（2）旁分泌。間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌效應(yīng)，能夠表達(dá)、合成、分泌各類生長因子、細(xì)胞因子、調(diào)節(jié)因子、信號肽等多種生物活性分子，調(diào)節(jié)代謝、免疫、細(xì)胞分化、增殖、遷移、凋亡等活性因子，并通過這些因子平衡機(jī)體的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，為干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)、抗凋亡等提供了適宜的環(huán)境。如VEGF(vascular endothelial growth factor,血管內(nèi)皮生長因子)、FGF(fibroblast growth factor,成纖維細(xì)胞生長因子)、Ang1/2(angiopoietin-1/2,促血管生成素1/2)、HGF(hepatocyte?growth factor, 肝細(xì)胞生長因子)、PGF(placental growth factor,胎盤生長因子)、PDGF(platelet derived growth factor,血小板生長因子)和TGF-b(transforming?growth factor-b,轉(zhuǎn)化生長因子)等參與血管生成，促進(jìn)血管內(nèi)皮和平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，并促進(jìn)缺血性血流恢復(fù)和血管重塑。

圖3間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌作用

（3）抗炎作用。間充質(zhì)干細(xì)胞具有低免疫原性和免疫調(diào)節(jié)特性, 在炎癥環(huán)境中能抑制免疫系統(tǒng), 發(fā)揮抗炎作用。目前的研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用主要是通過細(xì)胞間的接觸和分泌細(xì)胞因子兩種途徑，通過固有免疫細(xì)胞和適應(yīng)性免疫細(xì)胞發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。MSCs可影響固有免疫細(xì)胞（包括樹突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞，巨噬細(xì)胞、γδ T細(xì)胞等）的增殖、凋亡、免疫功能和遷移能力進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)。也可通過調(diào)節(jié)T細(xì)胞、B細(xì)胞進(jìn)行適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)。具體機(jī)制表現(xiàn)為抑制T淋巴細(xì)胞的增殖和活化，通過抑制細(xì)胞分裂使T淋巴細(xì)胞阻滯于GO／Gl期；抑制B淋巴細(xì)胞的增殖和分化，降低其表面趨化因子受體CXCR4、CXCR5、和CXCR7及其相應(yīng)配體CXCL12、CXCL13的表達(dá)，使IgM、IgG和IgA的生成減少。

圖4間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制

三、已上市藥物和國內(nèi)在研藥物

間充質(zhì)干細(xì)胞可用于修復(fù)受傷或病變的多種組織器官，已經(jīng)證明其在免疫性疾病、缺血性疾病及各種組織損傷等多種疾病治療中具有很好的療效。單獨使用可改善細(xì)胞或器官移植后免疫排斥反應(yīng)，提高移植成功率。

自1995年第一例間充質(zhì)干細(xì)胞臨床應(yīng)用起——由惡性血液患者骨髓分離培養(yǎng)出貼壁的基質(zhì)細(xì)胞再輸注回患者體內(nèi)，間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床效果和安全性得到了驗證。骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞是最早應(yīng)用于臨床試驗的一類間充質(zhì)干細(xì)胞。近年來，自體脂肪及新生兒臍帶等組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞亦被廣泛應(yīng)用到臨床試驗。截至2021年11月，全球共有11種間充質(zhì)干細(xì)胞藥物上市（表1），其適應(yīng)癥選擇主要是根據(jù)其免疫調(diào)控和促進(jìn)血管生成這兩個生物學(xué)特性。

表1 全球已上市的主要MSC藥物

四、我國間充質(zhì)干細(xì)胞在研項目

截至2020年3月，在 ClinicalTrial.gov 上注冊的干細(xì)胞相關(guān)臨床研究已達(dá)5432項，其中中國有469項。我國間充質(zhì)干細(xì)胞藥物研發(fā)尚處于早期階段，還未有上市藥品。截至2021年11月，獲得CDE臨床試驗批準(zhǔn)的間充質(zhì)干細(xì)胞項目共有18項，CDE登記開展的臨床試驗共有12項（表2），其中進(jìn)展最快的處于臨床II期階段。

表2 我國間充質(zhì)干細(xì)胞獲批在研項目情況

在研項目中以骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展最快。骨關(guān)節(jié)炎是一種退行性關(guān)節(jié)病，由關(guān)節(jié)軟骨受損引起。干細(xì)胞治療是最有前景的有效關(guān)節(jié)軟骨再生方法。西比曼生物于今年9月完成私有化后的1.2億美元A輪融資，將加速已進(jìn)入Ⅱ期臨床后期的AlloJoin?異體脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞治療膝骨關(guān)節(jié)炎的臨床及商業(yè)化進(jìn)程。根據(jù)其于2018年3月公布的I 期臨床試驗 48 周臨床數(shù)據(jù)顯示，AlloJoin具有良好的安全耐受性和預(yù)防軟骨惡化的早期療效跡象。同樣是治療膝骨關(guān)節(jié)炎，上海愛薩爾生物科技有限公司的人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞注射液IxCell hUC-MSC-O目前正在進(jìn)行臨床Ⅱ期試驗，目前已入組15例患者。

五、技術(shù)進(jìn)展

以干細(xì)胞治療為代表的“再生醫(yī)學(xué)”技術(shù)引領(lǐng)著繼藥物治療、手術(shù)治療之后的新一輪醫(yī)學(xué)革命，作為前沿的醫(yī)療技術(shù)，為一些難治性疾病帶來了希望。如2021年10月18日，一名嚴(yán)重的1型糖尿病患者在接受Vertex制藥公司干細(xì)胞來源的完全分化的胰島細(xì)胞替代療法后，胰島細(xì)胞功能顯著恢復(fù)，可以讓患者調(diào)節(jié)胰島素甚至自己產(chǎn)生胰島素。這一例患者的成功案例為開發(fā)取代胰島素注射治療的細(xì)胞療法奠定了基礎(chǔ)。除了糖尿病的應(yīng)用領(lǐng)域，全球干細(xì)胞治療的熱門市場還有地中海貧血、腦癱、白血病、自閉癥等。

與CAR-T、CAR-NK細(xì)胞療法的結(jié)合也是間充質(zhì)干細(xì)胞技術(shù)未來臨床應(yīng)用的一大熱門。除了從組織中分離原代的間充質(zhì)干細(xì)胞之外，利用細(xì)胞工程從誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞iPSC（InducedPluripotent Stem Cells）中獲得組織細(xì)胞成為了間充質(zhì)干細(xì)胞來源的重要策略，可以解決獲得細(xì)胞數(shù)量和擴(kuò)增代數(shù)受限的問題。2018年，澳大利亞公司Cynata Therapeutics基于iPSC分化的間充質(zhì)細(xì)胞療法iMSC-CYP-001成為全球首個同種異體iPSC衍生的細(xì)胞產(chǎn)品。其針對移植物抗宿主病的I 期臨床試驗已于2018年8月完成，公司將繼續(xù)探索iPSC衍生的間充質(zhì)干細(xì)胞在多種炎癥和免疫介導(dǎo)疾病中的治療應(yīng)用。2019年2月，美國Fate Therapeutics公司的iNK細(xì)胞療法FT516成為全球首個獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)行臨床試驗的iPSC衍生細(xì)胞療法，于2020年3月開始用于治療復(fù)發(fā)/難治性B細(xì)胞淋巴瘤和慢性淋巴細(xì)胞白血病的I期臨床試驗。

此外，干細(xì)胞在修復(fù)受損的成年腦神經(jīng)環(huán)路、促進(jìn)急性腸型放射病救治、治療阿爾茨海默病、改善炎癥性腸病等領(lǐng)域也有技術(shù)性進(jìn)展。干細(xì)胞技術(shù)的研究突破也為臨床治療的研究提供了更多思路。

2021年2月，Science發(fā)表的一項研究成果顯示，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）周斌研究組首次開發(fā)了能夠長時程示蹤體內(nèi)細(xì)胞增殖的新技術(shù)，利用該技術(shù)研究人員發(fā)現(xiàn)了成體肝細(xì)胞的來源，展現(xiàn)了所有肝細(xì)胞類群的增殖情況，首次發(fā)現(xiàn)肝小葉中間區(qū)域（Zone 2）的肝細(xì)胞是成體肝臟在生理穩(wěn)態(tài)中新生肝細(xì)胞的主要細(xì)胞來源，同時揭示了不同損傷再生模型中新生肝細(xì)胞的來源，為肝臟再生及疾病臨床治療研究提供了新思路。

2021年3月，來自Nature的兩篇背靠背論文，從培養(yǎng)皿中的人類囊胚的人類胚胎干細(xì)胞和人類皮膚成纖維細(xì)胞（HDFs）成功構(gòu)建了人類胚泡樣結(jié)構(gòu)，是人類胚胎的第一個完整模型，為推進(jìn)人類胚胎學(xué)提供了有價值的模型。

間充質(zhì)干細(xì)胞在臨床應(yīng)用方面展現(xiàn)了強(qiáng)大的潛力，但同時需要對間充質(zhì)干細(xì)胞治療中更多的細(xì)節(jié)進(jìn)行研究，就準(zhǔn)備間充質(zhì)干細(xì)胞的流程、給藥方式、給藥劑量等等進(jìn)行優(yōu)化，尋求更加規(guī)范的移植方法，為患者提供更加高效的治療方案。

參考文獻(xiàn)

Bloor, A., Patel, A., Griffin, J. E., Gilleece, M. H., Radia, R., Yeung, D. T., Drier, D., Larson, L. S., Uenishi, G. I., Hei, D., Kelly, K., Slukvin, I., & Rasko, J. (2020). Production, safety and efficacy of iPSC-derived mesenchymal stromal cells in acute steroid-resistant graft versus host disease: a phase I, multicenter, open-label, dose-escalation study.Nature medicine,26(11), 1720–1725.

Clarisse, G（2018）. Therapeutic potential of mesenchymal stem cells in dystrophic recessive epidermolysis bullosa. Génétique humaine. Université Sorbonne Paris Cité. Fran?ais.

Darmayanti, S., Triana, R., Chouw, A. and Dewi, N.M., 2017. Is stem cell a curer or an obstruction?.Molecular and Cellular Biomedical Sciences,1(1), pp.17-27

He, L., Pu, W., Liu, X., Zhang, Z., Han, M., Li, Y., Huang, X., Han, X., Li, Y., Liu, K. and Shi, M., 2021.Proliferation tracing reveals regional hepatocyte generation in liver homeostasis and repair.Science,371(6532).

Kabat, M.,Bobkov, I., Kumar, S.,Grumet, M (2019).Trends in mesenchymal stem cell clinical trials 2004‐2018: Is efficacy optimal in a narrow dose range?STEM CELLS Transl Med.1–11.

Liu, X., Tan, J.P., Schr?der, J.et al.Modelling human blastocysts by reprogramming fibroblasts into iBlastoids.Nature591,627–632 (2021).

Martinez, A. M., Goulart, C. O., Ramalho, B., Oliveira, J. T., & Almeida, F. M. (2014). Neurotrauma and mesenchymal stem cells treatment: From experimental studies to clinical trials.World journal of stem cells,6(2), 179–194.

Mesenchymal Stem Cells (MSCs). 2021. CELLPEDIA. Available from:https://cellpedia.org/en/mesenchymal-stem-cells/ (Accessed 2021.10)

Yu, L., Wei, Y., Duan, J.et al.Blastocyst-like structures generated from human pluripotent stem cells.Nature591,620–626 (2021).

呂云.，王立生(2019). 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性[J]中國實驗血液學(xué)雜志. 2019,27(04). 1253-1258.

醫(yī)藥魔方（2021）.2021H1全球細(xì)胞療法投資報告.Ava:https://mp.weixin.qq.com/s/ICG_C1qVF1fPEsk8-11kPA

間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)品的幾個開發(fā)方向(2021).干細(xì)胞者說. Ava: https://mp.weixin.qq.com/s/sutaWmAPAwJGsx7EpYh8tw

薛鑫淼,蔣軍,陳學(xué)敏,徐瑾,鄧森林,李鑫,王小成.間充質(zhì)干細(xì)胞在抗炎治療中的應(yīng)用進(jìn)展[J].解放軍醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2018,39(11):1008-1012.