東海先生
間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）在臨床上的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。然而，目前臨床試驗(yàn)的絕大多數(shù)結(jié)果都不能滿足醫(yī)療需求僚饭。與胚胎干細(xì)胞以及誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞和造血干細(xì)胞不同徒溪，MSC具有自己獨(dú)特的功能特征。因此寇壳，與治療相關(guān)的MSC生物學(xué)特性的一些問(wèn)題需要在未來(lái)的臨床應(yīng)用中進(jìn)行深入探討瓷耙。在這一視角下朱躺，我們重點(diǎn)研究了MSCs的基本和重要的生物學(xué)特性，然后分析了MSC的臨床應(yīng)用搁痛。我們?cè)噲D為MSC治療策略的優(yōu)化提供合理的解釋长搀，以改進(jìn)治療。
1鸡典，MSC的功能特性
基于三個(gè)功能特性：體外具有多項(xiàng)分化潛能盈滴、免疫調(diào)節(jié)作用（低免疫原性）、促進(jìn)組織器官的修復(fù)，MSC備受臨床醫(yī)生和科學(xué)家的關(guān)注巢钓。最近的20年涌現(xiàn)出了大量的基礎(chǔ)研究和臨床研究的科研成果，歐盟疗垛、日本症汹、加拿大、新西蘭贷腕、韓國(guó)背镇、我國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家地區(qū)都批準(zhǔn)MSC為干細(xì)胞藥品上市。干細(xì)胞療法曾被視為萬(wàn)能藥（cure-all）[1]泽裳。理論上, 胚胎干細(xì)胞和iPS可能是萬(wàn)能藥瞒斩，但是MSC肯定不是。然而涮总，由于細(xì)胞生物學(xué)和傳統(tǒng)藥理學(xué)之間的差異胸囱，MSC作為藥物面臨著巨大的臨床挑戰(zhàn)，必須在臨床上證明自己的療效[2]瀑梗。最近烹笔，一篇綜述討論了培養(yǎng)基、細(xì)胞來(lái)源抛丽、培養(yǎng)環(huán)境和存儲(chǔ)方式的選擇對(duì)MSC產(chǎn)品的表型和臨床用途的影響谤职，明確提出細(xì)胞質(zhì)量和細(xì)胞數(shù)量是MSC臨床應(yīng)用的兩大關(guān)鍵因素[3]。 本文結(jié)合MSC的功能特性亿鲜，深入分析MSC療法的機(jī)理和可能影響因素允蜈，試圖為MSC治療策略的優(yōu)化提供合理的解釋，以改進(jìn)治療蒿柳。
2饶套，不同供體和組織來(lái)源的MSC存在變異性（異質(zhì)性）
MSC存在于多種組織中，包括骨髓（BM）其馏、脂肪（AD）凤跑、臍帶血（UBC）、臍帶（UC）叛复、羊膜（AM）和牙髓（DP）仔引。基本上褐奥，來(lái)自不同組織來(lái)源的MSCs共享相同的細(xì)胞表面標(biāo)記[4]和三項(xiàng)分化能力[5]咖耘。雖然它們具有相同的基本功能特征，但它們之間的功能強(qiáng)度仍存在差異撬码，如細(xì)胞大小儿倒、增殖潛能、分泌的細(xì)胞因子和免疫抑制。
來(lái)自不同組織的MSC群體在其基因表達(dá)和分化能力方面存在巨大差異[6]夫否。人脂肪MSC與人骨髓MSC在發(fā)育學(xué)彻犁、生物學(xué)、臨床前和臨床應(yīng)用方面存在著一定的差異[7]凰慈」保基因表達(dá)數(shù)據(jù)顯示，來(lái)自臍帶和羊膜的MSC具有更高的免疫調(diào)節(jié)能力微谓，而骨髓MSC顯示出更好的支持再生過(guò)程的潛力森篷，例如神經(jīng)元的分化和發(fā)育[8]。由于小鼠/大鼠的遺傳背景高度一致豺型，因此小鼠/大鼠來(lái)源的MSC的比較數(shù)據(jù)更有意義和更有說(shuō)服力仲智。與骨髓MSC相比，脂肪MSC顯示出更高的增殖活性姻氨，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF）和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）的產(chǎn)生比骨髓MSC更多钓辆，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(lái)自相同大鼠的骨髓MSC表達(dá)更高的Nestin和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子[10]哼绑。在相同的培養(yǎng)體系下岩馍，馬骨髓MSC的群體倍增時(shí)間（PD）在大約27個(gè)PD（第10代）后顯著增加，并且骨髓MSC在第11代停止增殖抖韩，而馬臍帶MSC和脂肪MSC實(shí)現(xiàn)了大約60-80個(gè)總的群體倍增（第20-22代）[11]蛀恩。馬組織來(lái)源的MSC實(shí)驗(yàn)還表明宛畦，在相同的培養(yǎng)條件下拓萌，骨髓MSC比脂肪MSC和臍帶MSC衰老早得多。
除了組織的多樣性兴枯，利用健康人骨髓MSC開(kāi)展細(xì)胞治療之時(shí)席揽，還需考慮到供體的變異性導(dǎo)致MSC在增殖動(dòng)力學(xué)方面的差異[12]顽馋。來(lái)自多個(gè)捐贈(zèng)者的人骨髓MSC在集落形成、細(xì)胞大小幌羞、增殖能力和免疫抑制能力方面有很大差異[13]寸谜。因?yàn)楣撬杓?xì)胞的CFU-F隨著年齡的增長(zhǎng)而減少[14-16]，導(dǎo)致無(wú)法補(bǔ)充祖細(xì)胞[17-21]属桦，因此CFU-F實(shí)驗(yàn)亦用于評(píng)估MSC質(zhì)量[22]熊痴。衰老的MSC有三種變化：質(zhì)量下降、分化/再生能力降低聂宾、遷移能力降低[23]果善。
幾個(gè)小組已經(jīng)證明，來(lái)自老年捐贈(zèng)者的MSC在人[24-26]和大鼠[27, 28]中的增殖速度都較慢系谐。在老年供者的樣本中SA-β-Gal陽(yáng)性（細(xì)胞衰老的標(biāo)記物）的骨髓MSC數(shù)量增加[29]巾陕。生物活性氧是正常氧代謝的天然副產(chǎn)品，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和穩(wěn)態(tài)中具有重要作用[30]。隨著年齡的增長(zhǎng)鄙煤，MSC的強(qiáng)大抗氧化活性逐漸降低[31]晾匠。在細(xì)胞形態(tài)學(xué)方面，來(lái)自老年供體的MSC在體外培養(yǎng)時(shí)梯刚，MSC胞體比年輕的MSC大得多[25, 32, 33]混聊，而胞體的變大與細(xì)胞衰老密切相關(guān)[34]。年齡相關(guān)衰老的骨髓MSC降低表達(dá)細(xì)胞表面標(biāo)記物CD13乾巧，CD29，CD44预愤，CD73沟于，CD90，CD105植康，CD146和CD166[35, 36]旷太。此外，與大鼠的年輕MSC相比销睁，機(jī)體的衰老對(duì)MSC的增殖供璧、多潛能和代謝特征產(chǎn)生負(fù)面影響，老化的MSC在體外擴(kuò)增過(guò)程中明顯丟失了其祖細(xì)胞特征和降低了抗氧化能力[28]冻记。有趣的是睡毒，間充質(zhì)干細(xì)胞分化為脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的能力是一個(gè)基本的生物學(xué)特征冗栗，不受年齡的影響[37]演顾。此外，MSC的骨形成能力與體外分化能力無(wú)關(guān)[37-40]隅居。
3钠至，復(fù)制性衰老導(dǎo)致了大規(guī)模培養(yǎng)擴(kuò)增的MSC的細(xì)胞質(zhì)量下降。
MSC的體外培養(yǎng)擴(kuò)增不可避免地經(jīng)歷復(fù)制性衰老[35, 41-43]胎源，伴隨著基因組不穩(wěn)定性[44-47]棉钧，這是MSC細(xì)胞治療行業(yè)一個(gè)嚴(yán)重的障礙。MSC在長(zhǎng)期培養(yǎng)過(guò)程中出現(xiàn)衰老涕蚤，隨后改變其代謝特征[28, 48]宪卿，這種代謝特征的改變與線粒體融合和裂變事件相關(guān)[28, 49, 50]。復(fù)制次數(shù)的增多赞季，常常伴隨著衰老過(guò)程中的遺傳損傷的積累增多[51]愧捕，減弱了干細(xì)胞的可用性和功能[52]。?需要注意的是申钩，因?yàn)榻臃N起始MSC細(xì)胞濃度不一樣次绘，即使經(jīng)過(guò)相同的擴(kuò)增代數(shù)，細(xì)胞的復(fù)制周期是不一致的。復(fù)制性衰老與復(fù)制周期相關(guān)邮偎，而和代數(shù)的關(guān)系沒(méi)那么大管跺。細(xì)胞核型分析顯示，骨髓MSC在第18代時(shí)發(fā)生染色體異常和端粒酶縮短[53]禾进，而臍帶MSC在30代之前保持染色體穩(wěn)定[54]豁跑。然而，也有研究顯示人類MSC似乎是遺傳穩(wěn)定的泻云，在長(zhǎng)期培養(yǎng)后沒(méi)有顯示染色體異常艇拍，并且不具有致瘤性[53, 55]。有趣的是宠纯，由天然修復(fù)蛋白質(zhì)組成的血小板裂解物能支持人骨髓MSC的長(zhǎng)期培養(yǎng)擴(kuò)增卸夕，具有穩(wěn)定染色體的作用[56]。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的細(xì)胞培養(yǎng)婆瓜，骨髓MSC出現(xiàn)復(fù)制性衰老的表現(xiàn)是低增殖率快集，衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶出現(xiàn)高活性，DNA修復(fù)和抗氧化能力降低廉白，p53和p16的表達(dá)增強(qiáng)[57]个初。p16INK4a的表達(dá)和β-半乳糖苷酶的活性與細(xì)胞面積有很強(qiáng)的相關(guān)性，第5代的人骨髓MSC的面積是第1代的4.8倍[58]猴蹂。這些發(fā)現(xiàn)可用于開(kāi)發(fā)基于非侵入性成像的新方法院溺，以篩選和定量臨床級(jí)細(xì)胞培養(yǎng)中的老化[58]。然而晕讲，另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明覆获，p53和p16基因的表達(dá)在第15代中沒(méi)有明顯變化[59]。高代數(shù)的MSC也表現(xiàn)出p21的表達(dá)增加[60]瓢省，p21是細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶的抑制劑弄息，并且敲除高代數(shù)MSC中的p21會(huì)增強(qiáng)MSC增殖能力[60, 61]。
骨髓MSC在培養(yǎng)到第9代時(shí)勤婚，就出現(xiàn)80%的SA-gal陽(yáng)性細(xì)胞摹量，即80%的MSC已經(jīng)衰老了[35]。另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)牙髓MSC在傳代10-11時(shí)出現(xiàn)約40%的SA-gal陽(yáng)性MSC[19]馒胆。傳代相關(guān)衰老的差異可能歸因于不同的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)[62, 63]缨称。此外，高代數(shù)的MSC能觸動(dòng)更多的即時(shí)血液介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[64]并激活補(bǔ)體途徑[64, 65]祝迂，限制了它們?cè)隗w內(nèi)的存活和發(fā)揮功能睦尽。
衰老的MSC經(jīng)歷了明顯的遺傳和表觀遺傳變化[66-69]。大量證據(jù)表明miRNAs在調(diào)節(jié)干細(xì)胞功能中起重要作用[70]型雳。干細(xì)胞的衰老也與miRNAs表達(dá)失調(diào)有關(guān)当凡，已發(fā)現(xiàn)miR-335和miR-195在骨髓MSC衰老中起關(guān)鍵作用山害，改變它們的表達(dá)可以逆轉(zhuǎn)MSCs的治療效果[71, 72]。有兩項(xiàng)研究通過(guò)微陣列或定量PCR方法證明了長(zhǎng)期培養(yǎng)的骨髓MSC沿量，會(huì)出現(xiàn)衰老相關(guān)miRNA表達(dá)譜的改變[35, 73]浪慌。對(duì)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(lái)自臍帶血和臍帶血的MSC的衰老機(jī)制可能不同[74]朴则。高代數(shù)（P13-P22）MSC分泌的微囊泡（MVs）（<500 nm）小于低代數(shù)（P3-P7）MSC权纤，伴隨CD105+MSC-MVs減少和miR-146a-5p增加[75]。
如上所述乌妒，長(zhǎng)期細(xì)胞培養(yǎng)可能會(huì)降低MSC的治療效果汹想。例如，來(lái)自大鼠骨髓的低代數(shù)（P4）MSC比高代數(shù)（P40）MSC在體外誘導(dǎo)分化為多巴胺能樣細(xì)胞的效率更高[76]撤蚊。與低代數(shù)（P2-3）MSC相比欧宜，高代數(shù)（P7）MSC的條件培養(yǎng)基顯示其神經(jīng)保護(hù)功能降低[77]。使用大鼠疾病模型拴魄，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)擴(kuò)增的小鼠MSC的心臟保護(hù)作用隨著傳代數(shù)量的增加而降低，并在第5代時(shí)喪失[78]席镀。最近的研究發(fā)現(xiàn)匹中，人骨髓MSC的復(fù)制性衰老是由于泛素C（UBC）表達(dá)降低所致[79]。多聚(ADP-核糖)聚合酶-1（PARP-1）通過(guò)依賴于損傷響應(yīng)激酶ATM的復(fù)雜信號(hào)機(jī)制來(lái)響應(yīng)DNA損傷而被激活[80]豪诲。低代數(shù)（P2-3）表達(dá)較高水平PARP-1的人骨髓MSC比高代數(shù)（P>10）的MSC對(duì)輻射或遺傳毒劑誘導(dǎo)的DNA損傷具有更強(qiáng)的抵抗力[81]顶捷。PARP-1在低傳代MSCs中的敲除導(dǎo)致對(duì)輻射誘導(dǎo)的凋亡的敏感化[81]。因此屎篱，在MSC長(zhǎng)期培養(yǎng)中刺激UBC和PARP-1的表達(dá)是延緩復(fù)制性衰老的有效途徑服赎。雖然第3代MSC的大規(guī)模培養(yǎng)可以滿足臨床應(yīng)用的需要[82]，但我們也需要注意大規(guī)模培養(yǎng)過(guò)程中發(fā)生的細(xì)胞復(fù)制衰老[35, 66]交播。那么重虑，在實(shí)際操作中，應(yīng)該選取哪一代的MSC開(kāi)展臨床研究秦士？顯而易見(jiàn)的是缺厉，不同的培養(yǎng)工藝，MSC出現(xiàn)復(fù)制性衰老的代數(shù)會(huì)不一樣隧土。有些實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)MSC到第7代就明顯出現(xiàn)復(fù)制性衰老提针，有些實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)到第10代才出現(xiàn)明顯的復(fù)制性衰老。
4曹傀，不同組織來(lái)源的MSC具有不同的免疫調(diào)節(jié)能力
一些綜述已經(jīng)闡述了MSC和免疫細(xì)胞之間相互作用的可能機(jī)制[83-87]辐脖。MSC具有強(qiáng)大的免疫抑制潛力，這與劑量呈正相關(guān)皆愉，然而嗜价，工業(yè)化的大規(guī)模培養(yǎng)的MSC在3期試驗(yàn)中卻未能有效治療激素難治性急性GVHD[88]艇抠。一篇綜述分析了可能原因：供體差異，表觀遺傳重編程炭剪，免疫原性和冷凍保存[89]练链。另一項(xiàng)關(guān)于MSC治療激素難治性GVHD的系統(tǒng)綜述和meta分析發(fā)現(xiàn)，MSC單次治療后6個(gè)月的存活率為63%奴拦，并且與患者的年齡媒鼓、MSCs培養(yǎng)液或提供的MSCs劑量沒(méi)有差異[90]。但即使MSC具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)潛能错妖，MSC在GVHD的3期臨床失敗的原因仍需深入研究和調(diào)查绿鸣。
長(zhǎng)期培養(yǎng)是否損害了MSC的免疫調(diào)節(jié)功能？目前的研究結(jié)果并不一致暂氯〕蹦＃基于體外實(shí)驗(yàn)，MSC的免疫抑制作用從第2代到第7代沒(méi)有明顯區(qū)別[91]痴施。也有研究發(fā)現(xiàn)人臍帶MSC從第4代到第9代之間的免疫調(diào)節(jié)功能有下降的趨勢(shì)[92]擎厢。有爭(zhēng)議的是，第15代人臍帶MSC的抑制活性高于第3代[93]辣吃。然而动遭，在抗藥性GVHD患者中，接受健康捐贈(zèng)者低代數(shù)MSC（P1-2）的患者1年生存率為75%神得，而使用高代數(shù)MSC（P3-4）的患者1年生存率為僅21%[94]厘惦。 長(zhǎng)期培養(yǎng)（從P3到P7）對(duì)大鼠骨髓MSC的免疫豁免沒(méi)有任何明顯的影響[95]。
有研究提示臍帶和羊膜來(lái)源的MSC的免疫調(diào)節(jié)能力明顯優(yōu)于骨髓和臍血來(lái)源[96]哩簿。脂肪MSC的免疫調(diào)節(jié)能力也明顯優(yōu)于骨髓MSC[97-99]宵蕉。然而，最近的一項(xiàng)研究表明节榜，脂肪MSC顯示出比來(lái)自相同供體的骨髓MSC略高的免疫抑制能力羡玛，但是沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[100]。這一結(jié)果與小鼠實(shí)驗(yàn)一致宗苍，即來(lái)源于同一個(gè)小鼠的脂肪MSC和骨髓MSCs在抑制T細(xì)胞增殖的免疫抑制能力上沒(méi)有差異[101]缝左。有趣的是，MSC的免疫調(diào)節(jié)能力和自身的增殖潛力之間沒(méi)有明顯的關(guān)系[13, 102]浓若。因此渺杉，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(qiáng)的MSC用于免疫性疾病的治療挪钓。
5是越，炎癥環(huán)境可能不利于MSC發(fā)揮治療作用
與傳統(tǒng)的化學(xué)藥物不同，MSC是一種與環(huán)境相互作用的活細(xì)胞碌上。在某些條件下倚评，MSC可能作為促炎細(xì)胞浦徊，并交叉呈現(xiàn)可溶性外源抗原作為其抗原呈遞細(xì)胞特性的一部分[85, 103]。干擾素-γ刺激骨髓MSC上調(diào)MHC-II分子的表達(dá)天梧，并將外源性抗原呈遞給T細(xì)胞[96, 104]盔性。有趣的是，炎癥環(huán)境并沒(méi)有增加來(lái)自臍帶呢岗、臍帶血和羊膜的MSC的HLA-DR表達(dá)[8, 96, 105-107]冕香。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，干擾素-γ與T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌的TNF-α聯(lián)合誘導(dǎo)骨髓MSC凋亡后豫，從而抑制骨髓MSC對(duì)骨愈合的影響[108, 109]悉尾。炎性因子IL-2激活的NK細(xì)胞和CD3/CD28激活的T細(xì)胞均可通過(guò)Fas/FasL途徑誘導(dǎo)MSC凋亡[110, 111]。炎癥環(huán)境也可以增加HLA-DR的表達(dá)挫酿，從而加速M(fèi)SC的清除[96]构眯。炎性細(xì)胞因子也通過(guò)誘導(dǎo)BECN1的表達(dá)協(xié)同誘導(dǎo)MSC自噬，這削弱了MSC治療實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎的療效[112]早龟。有爭(zhēng)議的是惫霸，在用干擾素-γ[113, 114]或白細(xì)胞介素-17[115]預(yù)處理后，骨髓MSC的治療效果增強(qiáng)葱弟。高水平的血清干擾素-γ可以預(yù)測(cè)活動(dòng)期類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者對(duì)骨髓MSC治療的良好臨床反應(yīng)[116]它褪。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(jìn)MSC分泌VEGF[117]翘悉。從創(chuàng)傷腦組織和缺血腦組織制備的提取物也可以促進(jìn)MSC中各種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)因子的表達(dá)[118, 119]。
急性肝功能衰竭的豬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)居触，嚴(yán)重的炎癥環(huán)境限制了MSC的效果妖混，因?yàn)镸SC在嚴(yán)重炎癥的肝臟環(huán)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轮洋，但是減輕炎癥明顯有利于提高M(jìn)SC的治療效果[121]制市。在一項(xiàng)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]弊予。這些數(shù)據(jù)清楚地表明祥楣，嚴(yán)重的炎癥環(huán)境可能會(huì)減弱MSC的治療效果。重要的是汉柒，同種異體MSC輸入可以誘導(dǎo)CD4+和CD8+T細(xì)胞的記憶表型[123]误褪，這表明當(dāng)相同來(lái)源的同種異體MSC重新輸注到患者體內(nèi)時(shí)，會(huì)發(fā)生更快的清除碾褂。如上所述兽间，輸注的MSCs最終被宿主T細(xì)胞、NK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞清除或殺死正塌。因此嘀略，需要多次輸注骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞恤溶，以確保預(yù)期的顯著治療效果。
6帜羊，MSC輸入后的體內(nèi)分布
曾經(jīng)期待MSC輸注后可以像造血干細(xì)胞一樣在體內(nèi)長(zhǎng)期存活咒程，伴隨終身。然而讼育，大量的研究表明輸入的MSC不能在活體中長(zhǎng)時(shí)間存活[123-126]帐姻。肺臟是靜脈注射MSC需要跨越的首個(gè)屏障，因?yàn)橛捎诜窝芟到y(tǒng)的特性窥淆，大多數(shù)靜脈輸入的MSC被困在肺內(nèi)[127-129]卖宠。MSC靜脈輸注后1小時(shí)，約50-60%的MSC保留在肺內(nèi)忧饭，3小時(shí)后比例降至30%并維持96小時(shí)[130, 131]扛伍。在存在肺損傷的情況下，被困在肺中的MSC數(shù)量增加[124, 132]词裤。當(dāng)MSC滯留在肺臟時(shí)刺洒，MSC被局部微環(huán)境激活，分泌大量的抗炎因子TSG-6吼砂，這有利于減少炎癥和減少心肌梗死面積[132]逆航。穿過(guò)肺臟后，MSC到達(dá)肝臟渔肩、腎臟和脾臟[26, 126, 127, 133-135]因俐。狒狒實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，經(jīng)外周靜脈輸入骨髓MSC周偎，自體MSC和同種異體MSC的體內(nèi)分布沒(méi)有明顯差異[125]抹剩。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(shí)間明顯縮短[123]蓉坎。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明澳眷，免疫系統(tǒng)負(fù)責(zé)清除輸入的MSC。MSC幾乎不表達(dá)MHC II類分子（HLA-DR）蛉艾，這個(gè)MHC II類分子主要是引起免疫反應(yīng)钳踊，為何MSC離開(kāi)機(jī)體內(nèi)原來(lái)存在位置的微環(huán)境后，終究會(huì)被機(jī)體免疫細(xì)胞清除掉勿侯？不管是血管內(nèi)注射還是局部注射拓瞪，MSC都不能長(zhǎng)期存活。
已證明MSC表達(dá)多種細(xì)胞表面粘附分子[136, 137]和參與MSC遷移和粘附的蛋白酶[138, 139]助琐。與骨髓MSC相比吴藻，臍血MSC更容易通過(guò)肺部，因?yàn)槟氀狹SC胞體更小弓柱，并且表達(dá)的CD49f和CD49d水平明顯高于骨髓MSC[133]沟堡。有趣的是侧但，用硝普鈉預(yù)處理后，肺微血管系統(tǒng)中的MSC截留明顯減少[126, 128]航罗。這種現(xiàn)象歸因于硝普鈉產(chǎn)生的一氧化氮（NO）引起的血管擴(kuò)張禀横，增加了血液流量，隨后導(dǎo)致MSC快速通過(guò)肺部粥血。因此柏锄，硝普鈉預(yù)處理有效增強(qiáng)了MSC修復(fù)CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化的治療效果[140]。在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中复亏，用111In-oxine（放射性示蹤元素）標(biāo)記的自體骨髓MSC通過(guò)外周靜脈注入失代償期肝硬化患者趾娃，標(biāo)記的MSC首先在肺中積累，然后在接下來(lái)的幾小時(shí)到幾天內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)移到肝臟和脾臟[141]缔御。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證明抬闷，直接注射到組織中的MSC在體內(nèi)同樣不能維持長(zhǎng)期存活，如腦[142, 143]耕突，關(guān)節(jié)腔[144, 145]笤成，心肌[146, 147]。頸動(dòng)脈注射MSC也存在同樣的現(xiàn)象[148-150]眷茁。由于操作簡(jiǎn)單炕泳，MSC頸動(dòng)脈注射被用于治療腦部疾病，但是需要注意形成細(xì)胞團(tuán)后導(dǎo)致的微小血管的栓塞上祈。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培遵，遷移途徑類似神經(jīng)干細(xì)胞遷移到大腦的連續(xù)層[142]和腦血管[143]。通過(guò)靜脈注射的人MSC也可以跨越血腦屏障遷移到創(chuàng)傷性腦損傷大鼠的受損皮質(zhì)邊緣[151]登刺，可能是因?yàn)槟X外傷后血腦屏障的通透性增加[152]籽腕。出乎意料的是，人骨髓MSC和大鼠骨髓MSC通過(guò)大鼠的頸內(nèi)動(dòng)脈輸送后塘砸，在脾臟、腎臟晤锥、肝臟中同時(shí)發(fā)現(xiàn)了人MSC和大鼠MSC的存在掉蔬，這說(shuō)明MSC經(jīng)過(guò)頸內(nèi)動(dòng)脈后遷移到內(nèi)臟組織[149, 150]。
7矾瘾，優(yōu)化MSC治療方案
治療策略應(yīng)包括足夠劑量的MSC女轿、治療途徑、治療時(shí)機(jī)壕翩，和/或與其他藥物的聯(lián)合蛉迹。MSC的質(zhì)量與不同的培養(yǎng)體系和來(lái)源密切有關(guān)，甚至直接影響到MSC的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究結(jié)果[63]放妈。MSC的臨床前研究數(shù)據(jù)并不能很好地指導(dǎo)臨床應(yīng)用的方案確定北救。在臨床研究中荐操，每個(gè)患者使用的MSC數(shù)量從4000個(gè)到數(shù)億個(gè)不等。局部介入治療的最低劑量發(fā)生在用4500個(gè)MSC治療的股骨頭壞死的臨床病例[153, 154]珍策。糖尿病肢體大皰性疾病的介入治療最高劑量為8.6億個(gè)MSC[155]托启。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(xiàn)在MSC與造血干細(xì)胞共同移植時(shí)攘宙，劑量為10x106/kg[156]屯耸。有趣的是，一項(xiàng)meta分析表明蹭劈，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]疗绣。理論上，MSC的最佳劑量取決于不同的疾病和移植途徑铺韧，可能存在一個(gè)范圍多矮，在這個(gè)范圍內(nèi)，劑量越高祟蚀，療效越好工窍。
MSC在分布和代謝上與傳統(tǒng)藥物有很大不同，在健康和病體中的分布也是不同的前酿，因?yàn)镸SC能夠主動(dòng)趨化到損傷部位患雏。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)藥物需要多次給藥以維持穩(wěn)定的血藥濃度罢维，而現(xiàn)在尚未意識(shí)到MSC也需要多次注射來(lái)維持一定的有效細(xì)胞濃度淹仑。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(xì)胞一樣肺孵。事實(shí)上匀借，研究表明，用于治療心臟病的MSC治療平窘，只有不到1%的移植細(xì)胞在注射后1周內(nèi)存活[157, 158]吓肋，這意味著需要多次輸注來(lái)維持治療效果。如果進(jìn)行一次治療瑰艘，低劑量和高劑量MSC之間的療效沒(méi)有差異[159]是鬼。反復(fù)輸注MSC導(dǎo)致肝衰竭疾病更好的臨床結(jié)果[160, 161]，而單一的MSC治療未能產(chǎn)生明顯的長(zhǎng)期（48周）療效[162]紫新。值得注意的是均蜜，當(dāng)MSC治療與藥物[159]和其他治療[163, 164]相結(jié)合時(shí)，將獲得良好的臨床結(jié)果芒率。此外囤耳，盡管新鮮和冷凍的骨髓MSC都具有相同的生長(zhǎng)特征，但來(lái)自新鮮骨髓MSC具有更高的活力[165]。
此外充择，在使用MSC治療不同疾病時(shí)德玫，需要更多的證據(jù)來(lái)確定最佳劑量。我們先前已經(jīng)討論過(guò)MSC治療GVHD的策略優(yōu)化[166]聪铺。即使患者具有相同的體重化焕，在治療免疫性疾病和其他疾病時(shí)，MSC的劑量也可能不同铃剔。因此撒桨，MSC的劑量與疾病的亞型密切相關(guān)。例如键兜，IV型GVHD可能需要比II型更高劑量的MSC凤类。這一假設(shè)需要在未來(lái)的臨床研究中得到證實(shí)。
8普气，分化可能不是MSC的治療機(jī)制
干細(xì)胞生態(tài)位（龕谜疤，Niche）是指與干細(xì)胞相互作用以調(diào)節(jié)細(xì)胞命運(yùn)的微環(huán)境，相當(dāng)于干細(xì)胞的窩现诀，例如骨髓中的造血干細(xì)胞生態(tài)位[167-170]夷磕，毛囊中的毛囊干細(xì)胞生態(tài)位[171-173]，以及隱窩堿基中的腸道干細(xì)胞生態(tài)位[174-176]仔沿。這個(gè)干細(xì)胞生態(tài)位的主要功能是錨定和滋養(yǎng)干細(xì)胞坐桩，既避免干細(xì)胞的快速耗竭，同時(shí)避免過(guò)度旺盛的干細(xì)胞增殖[177]封锉。一般情況下绵跷，干細(xì)胞在其生態(tài)位中保持靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)接收到刺激信號(hào)時(shí)成福，周圍的微環(huán)境促進(jìn)干細(xì)胞自我更新或分化成子細(xì)胞以形成新的組織[178]碾局。如果患者的自體造血干細(xì)胞被藥物或輻射殺死，騰出空間來(lái)接納移植進(jìn)來(lái)的造血干細(xì)胞奴艾，在這個(gè)生態(tài)位里面净当，新移植進(jìn)來(lái)的造血干細(xì)胞才能發(fā)揮再生整個(gè)血液和免疫系統(tǒng)的功能[179]。
MSCs已被證明在體內(nèi)[180, 181]和體外[182]可分化為成骨細(xì)胞蕴潦。在嚙齒動(dòng)物成骨發(fā)育不全（OI）模型中像啼，在骨髓MSC移植之前對(duì)骨進(jìn)行照射處理，這有助于骨髓MSC歸巢到骨質(zhì)生態(tài)位中品擎，然后向成骨分化[183, 184]埋合。干細(xì)胞生態(tài)位提供干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)微環(huán)境备徐，控制干細(xì)胞的增殖活動(dòng)萄传，維持干細(xì)胞群體。但身體內(nèi)的MSC生態(tài)位在哪里？有研究提示MSC生態(tài)位類位于血管周圍秀菱，并與血管密度相關(guān)[185-187]振诬。骨髓MSC在體內(nèi)的動(dòng)態(tài)分布表明，如果受者的骨髓未經(jīng)藥物或輻射處理衍菱，則只有約0.4%的注入MSC能夠遷移到骨髓中[126, 133]赶么。因此，可能MSC只有遷移到骨髓的血管周圍空間時(shí)（MSC生態(tài)位）才能避免機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)MSC的清除脊串，從而有機(jī)會(huì)向成骨分化辫呻。這也解釋了為何不管是血管內(nèi)注射還是局部注射，MSC都不能長(zhǎng)期存活琼锋。
絕大多數(shù)輸入的MSC并不能長(zhǎng)期存活放闺，這也是MSC安全性的一個(gè)重要原因，而且MSC的治療機(jī)制是由于分泌的可溶性因子[13, 188-192]缕坎，例如改善心力衰竭的VEGF[193]怖侦，HGF用于多發(fā)性硬化癥[194]和肝臟疾病[195, 196]，IGF-1和EGF用于傷口修復(fù)[197]谜叹。這些因子通過(guò)減少炎癥和減少組織細(xì)胞的凋亡或通過(guò)刺激組織內(nèi)源性干細(xì)胞的增殖和分化來(lái)增強(qiáng)受損組織的修復(fù)[198-201]匾寝。此外，MSC通過(guò)分泌營(yíng)養(yǎng)分子來(lái)支持造血荷腊，包括細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子[202-204]艳悔，這已被動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)所證實(shí)[198, 205-207]⊥＞郑基于體內(nèi)動(dòng)態(tài)分布很钓，MSC更有可能通過(guò)“觸摸即走（touch and go）”[83]或“擊中即跑（hit and run）”[191]機(jī)制發(fā)揮其治療作用，在遷移到受損器官后董栽，MSC分泌應(yīng)激誘導(dǎo)的治療分子或直接與靶細(xì)胞相互作用码倦，然后被機(jī)體清除。
9锭碳，健康人和疾病患者的MSC
基本上袁稽，所有含有結(jié)締組織的器官都含有MSC[208]。MSC具有強(qiáng)大的免疫抑制能力擒抛，為什么自身免疫性疾病仍然會(huì)發(fā)生在人類身上推汽？不斷有證據(jù)表明，從自身免疫性疾病患者分離出來(lái)的MSC具有形態(tài)和一些功能的異常[209-215]歧沪。來(lái)自再生障礙性貧血[214]歹撒，多發(fā)性骨髓瘤患者[213]，系統(tǒng)性紅斑狼瘡[209]诊胞，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[215]和特發(fā)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暖夭。與健康人真皮來(lái)源的MSC相比，銀屑病患者真皮MSC在P3和P5代表現(xiàn)出異常的與炎癥和基本細(xì)胞活性相關(guān)的基因表達(dá)模式[216]。轉(zhuǎn)錄組分析揭示了來(lái)自多發(fā)性骨髓瘤患者的骨髓MSC在細(xì)胞周期迈着、免疫調(diào)節(jié)功能和成骨細(xì)胞分化方面有異常改變[217]竭望。此外，自體骨髓MSC輸入治療未能改善系統(tǒng)性紅斑狼瘡的疾病活動(dòng)進(jìn)展[210]裕菠。那么自身免疫性疾病的發(fā)生和MSC的免疫抑制功能異常有沒(méi)有關(guān)聯(lián)咬清，誰(shuí)是因，誰(shuí)是果奴潘？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(fā)生和發(fā)展旧烧。
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]画髓，這可能與自體骨髓中MSC的異常lncRNA表達(dá)譜[218]和FZD1基因的異常CpG島甲基化[221]有關(guān)粪滤。雖然骨髓MSC在臨床相關(guān)劑量下對(duì)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(huì)對(duì)骨髓基質(zhì)造成嚴(yán)重?fù)p害雀扶，從而導(dǎo)致造血支持能力顯著降低[224-228]杖小。
10，總結(jié)和展望
自1995年首次臨床應(yīng)用以來(lái)[229]愚墓，MSC已被用于治療多種疾病予权。然而，MSC的療效并不令人滿意浪册，特別是在大規(guī)模的3期臨床試驗(yàn)中未能達(dá)到預(yù)期的效果扫腺。在查閱大量MSC細(xì)胞生物學(xué)和臨床研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出影響MSC療效的三個(gè)重要因素村象，即MSC的細(xì)胞質(zhì)量笆环、治療策略和疾病適應(yīng)證的選擇。
如上所述厚者，來(lái)自不同組織來(lái)源的MSC具有一定的功能差異躁劣，主要表現(xiàn)在增殖能力、分泌的細(xì)胞因子譜库菲、衰老表型和免疫調(diào)節(jié)方面账忘，這可能與最佳治療效果密切相關(guān)。但是如何定義MSC的質(zhì)量呢熙宇？這是一個(gè)非常重要的問(wèn)題鳖擒，同時(shí)也很難澄清。也許“生物學(xué)效力”（Bio-Efficiency）這個(gè)術(shù)語(yǔ)能很好的描述MSC的細(xì)胞質(zhì)量烫止。生物學(xué)效力廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)藥理學(xué)和疫苗等領(lǐng)域蒋荚。MSC有兩個(gè)驚人的功能：對(duì)不同免疫細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)和促進(jìn)組織再生的能力。MSC的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制與修復(fù)組織的機(jī)制明顯不同馆蠕。因此期升，生物學(xué)效力必須與特定的疾病相聯(lián)系广鳍。
生產(chǎn)培養(yǎng)工藝上的差異導(dǎo)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]吓妆，這表明需要優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)化制造程序[231]。更重要的是吨铸，為了在未來(lái)的大規(guī)模臨床試驗(yàn)中獲得令人滿意的結(jié)果行拢，研究者需要關(guān)注培養(yǎng)MSC的質(zhì)量和治療策略，而且不同的疾病诞吱，其對(duì)應(yīng)的治療策略也應(yīng)該不同舟奠。而MSC供應(yīng)商則需要關(guān)注整個(gè)MSC生產(chǎn)制備工藝，在“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)（QbD）”的指導(dǎo)原則下房维，提供穩(wěn)定的高品質(zhì)的MSC產(chǎn)品沼瘫。
