慢性病 | 间充质干细胞在慢性病中的临床应用广泛，市场规模超万亿

随着全国2021年人口普查数据的公布，我国的老龄化问题再一次成为了人们的重点关注的问题，而老龄化社会面临的一大挑战是：慢性病高发。老年人是慢病的高发人群，国家卫生健康委员会提供的数据显示，我国超过2.6亿中老年人患有慢性病，并且这一数据还在不断增加。

慢性病是一种终身性疾病，是影响社会经济发展的重大公共卫生问题，已经成为全世界范围内最主要的疾病负担。慢性病管理市场是中国医疗卫生市场最重要的细分市场之一，中国拥有世界上最大的慢性病患者群体，针对慢性病的医疗支出占整体医疗支出的比重很大。2020年，中国在慢性病医疗卫生的支出约4.1万亿元，占医疗总支出的56.7%，预计到2025年，占比将提升至68%。

干细胞是当今生物医学领域最热门的领域之一，对多种疾病的干预治疗，效果显著。被誉为“人类医疗史上的第三次革命”的干细胞技术越来越多的应用于临床，成为解决众多临床未满足需求的重要主力军，为许多过去无计可施的疾病带来治疗的新希望。

来自米兰大学医学外科生理病理学和移植系干细胞实验室的Andrea Farini教授等，发表的题为“间充质干细胞在慢性病中的临床应用”的报道，对利用干细胞技术干预中老年群体慢性病治疗与管理，对治愈疾病和提高生活质量意义重大。

在过去十年中，在理解干细胞的几个关键特征方面取得了非凡的进展，包括组织再生、免疫调节、旁分泌机制和归巢的信号的识别，以及对控制自我更新、多向分化的机制的部分理解。这一进展为开发合理的细胞治疗方案提供了宝贵的工具，这些方案在遗传和获得性疾病的临床前模型中产生了积极的结果，并且在某些情况下，已经进入临床实验并取得了积极的成果。

成体间充质干细胞 (MSCs) 是非造血细胞，具有多向分化潜能，可分化为中胚层来源的各种组织。它们可以从骨髓和其他组织中分离出来，并具有在体外广泛增殖的能力。

此外，间充质干细胞 (MSCs) 还被证明可以产生抗炎分子，这些分子可以调节体液和细胞免疫反应。考虑到它们的再生潜力和免疫调节作用，MSC 疗法是治疗退行性、炎症和自身免疫性疾病的有前途的工具。

间充质干细胞的免疫调节作用

多项研究表明，间充质干细胞可以通过不同的途径抑制细胞毒性 T 细胞和自然杀伤 (NK) 细胞。

间充质干细胞可以通过分泌抑制 T 细胞发育（TGFβ 和肝细胞生长因子 (HGF)）和增殖如白血病抑制因子 (LIF) 和 IFN-γ 来发挥其免疫调节功能。

此外，间充质干细胞可以诱导 TNF-α 和 IL-1 的表达，导致趋化因子和诱导型一氧化氮 (iNOS) 分泌失衡。

更有趣的是，研究表明，从骨髓中分离出的间充质干细胞不被 NK 识别，因为它们表达人类白细胞抗原 (HLA) I 类分子。

通过这种方式，间充质干细胞被视为用于细胞移植实验的最可行的干细胞群。此外，最近的研究表明，间充质干细胞可以被细胞毒性免疫效应物有效裂解。研究还表明 IL-2 处理的 NK 识别并破坏间充质干细胞，而 IFN-γ 具有相反的作用。

由于 IFN-γ 由单核细胞分泌，作者假设这些细胞不仅可以作为间充质干细胞的保护者，而且还允许干细胞通过 NFκB 依赖和独立途径分化。科学家朱利安尼等人研究表明间充质干细胞表达功能性Toll样受体（TLR），促进其增殖和细胞因子分泌。他们还鉴定了一种称为 MICA 的分子，它与其他免疫调节蛋白形成复合物，并与 TLRs 配体一起保护间充质干细胞免受 NKs 侵袭。

间充质干细胞和慢性病治疗

间充质干细胞和肌肉骨骼疾病

至于之前描述的其他组织，间充质干细胞是从成人骨骼肌中分离出来的。此外，研究发现间充质干细胞可能补充肌营养不良蛋白缺乏症的能力，间充质干细胞通过调节巨噬细胞活性来提高模型动物的存活率。

由于这些原因，这些细胞对于杜氏肌营养不良症（DMD）的治疗应用变得可行。不同的研究小组证明，将间充质干细胞移植到 DMD 的小鼠模型中可以补充宿主卫星细胞室——允许肌营养不良蛋白的表达和改善营养不良的表型。

同样，从人类滑膜中分离出间充质干细胞，并将其注射到 mdx 小鼠体内，结果表明间充质干细胞在宿主肌肉中持续存在长达 6 个月。研究还证明来自人脐带血 (UCB-MSCs) 的间充质干细胞分化为骨骼肌并表达 MyoD 和肌细胞生成素，肌肉特异性转录因子：移植到营养不良的小鼠中，它们允许高度可检测的肌球蛋白表达。

间充质干细胞和心血管疾病

从间充质干细胞不仅分泌对细胞微环境发挥重要作用的分子，而且在体外分化为心肌细胞的证据出发，这些细胞被广泛用于心血管修复。研究证明，在将这些疾病的啮齿动物模型全身注射后，间充质干细胞移植并部分修复了梗塞的心肌。

特别是更多的研究表明，移植的间充质干细胞增加了毛细血管密度，降低了患有扩张型心肌病的大鼠心肌中的胶原体积分数和纤维化。

此外，他们还注意到如之前所证明的显着的心室功能恢复。根据这些有希望的证据，希腊雅典欧洲诊所心脏病科Katritsis 等人，用自体间充质干细胞和内皮祖细胞治疗 11 名梗死患者，心肌收缩力得到部分改善。不幸的是，他们无法破译造成这些现象的机制。

同样，中国南京大学南京第一医院心内科，几名接受冠状动脉介入治疗的梗死患者移植了自体间充质干细胞，改善了左心室功能；评估了 MSC 分泌的分子能够通过保持其收缩能力来保护心肌；特别是间充质干细胞衍生的细胞因子抑制了心肌细胞的凋亡，允许在受损组织中形成新血管。

间充质干细胞与肝病

暴发性肝衰竭 (FHF) 是一种以大量肝细胞死亡为特征的严重疾病：唯一的治疗方法是肝移植，需要终生免疫抑制和高成本。

不同的工作表明，间充质干细胞分泌的分子不仅可以修复梗塞组织，还可以防止实质细胞丢失。通过这种方式，研究人员在 FHF 大鼠模型中全身注射 间充质干细胞后，病理表型得到改善——因此肝损伤生物标志物没有释放——更有趣的是，肝细胞死亡显着减少，而肝细胞增殖增加。

关于肝硬化，德黑兰医科大学Mehdi Mohamadnejad 医学博士负责的在 I 期试验中，4 名患者被注射了自体间充质干细胞。他们没有遭受任何副作用，从而提高了他们的生活质量。同样在欧洲胃肠病学和肝病学杂志上发表的了一项显示，8 名终末期肝病患者接受了 MSCs 治疗，他们的病情得到改善，这表明这种治疗对于此类疾病是可行且有效的。

间充质干细胞与类风湿关节炎

类风湿性关节炎 (RA) 的特征是由于免疫自我耐受性丧失导致的慢性关节炎症。González 及其同事向患有胶原蛋白诱导的关节炎的 DBA/1 小鼠注射了来自人类脂肪组织的 MSC，并评估了治疗动物的炎症反应。

他们表明，在注射 AD-MSCs 后，炎症细胞因子和趋化因子的水平随着抗原特异性 Th1/Th17 细胞的扩增而降低。

相比之下，这种处理增加了 IL-10 的产生。连同其作为抗炎因子的众所周知的功能，最近的研究结果表明，IL-10 是控制自身抗原反应性 T 细胞并在体内诱导外周耐受性的 Treg 发育的基础。

有趣的是，他们发现接受治疗的小鼠 CD4+ CD25+ FoxP3+ Tregs 的百分比增加，并表明这些细胞可以迁移到关节，调节自我反应的抑制。

众所周知，II 型胶原蛋白 (CII) 是透明软骨的成分之一，在 RA 中充当自身抗原。当 CII 和其他抗原肽被 T 细胞识别时，它们会导致免疫系统细胞不受控制地激活，从而导致 RA 患者典型的关节破坏。

研究证明从 RA 患者分离的 MSCs 通过抑制 T 细胞增殖、阻断几种促炎细胞因子的分泌以及允许抗炎 IL-10 的表达发挥免疫抑制功能。他们还从软骨细胞中获得了 MSC，并描述了在移植到 RA 关节后，这些细胞不仅抑制了调节 TGF-β1 分泌的炎症，而且还防止了关节破坏。

间充质干细胞与系统性红斑狼疮

系统性红斑狼疮 (SLE) 是一种自身免疫性疾病，可影响身体的任何部位。最近的研究结果表明 SLE 患者的造血系统存在一些缺陷，可能是由于细胞因子和其他生长因子的不平衡表达。

有趣的是，发现骨髓来源的 CD34+ 干细胞过表达与 T 细胞发育炎症密切相关的不同表面标志物，如 CD123 和 CD166 [105]。

因此，研究表明在最常研究的 SLE 小鼠模型 MRL/lpr 小鼠中，造血干细胞的移植可预防疾病的发作。 研空人员还确定了 BM 衍生的 MSCs 在 SLE 患者典型的血液疾病中的可能作用，并提出 MSCs 移植可用于改善疾病的自身免疫进展。事实上，他们发现间充质干细胞抑制 T 淋巴细胞和 Th2 增殖以及 B 细胞自身抗体的产生，从而使 MRL/lpr 小鼠的病理体征大大减少。

间充质干细胞和神经退行性疾病

多发性硬化症

多发性硬化症是导致年轻人神经功能障碍的重要原因。尽管它是一种多因素疾病，但众所周知，异常免疫反应的存在会导致整个大脑和脊髓出现损伤。

自身反应性 T 细胞导致髓鞘破坏和继发性少突胶质细胞和轴突损伤。尽管免疫调节或免疫抑制药物在控制复发次数方面有效，但目前没有任何疗法可有效阻止疾病的进展期。

由于神经营养支持，干细胞的治疗潜力在于通过替换丢失的少突胶质细胞来增强髓鞘再生，从而保护轴突。然而，病变的广泛分布和灰质损伤使得直接间充质注射的治疗效果非常低。此外，骨髓来源的细胞制造少突胶质细胞的能力很低。

尽管如此，骨髓来源的 MSCs 具有明显的免疫调节和免疫抑制特性，因此它们正在临床试验中用于复发缓解型多发性硬化症间充质干细胞治疗多发性硬化症 (MESEMS) (NCT01854957)。

此外，人们认为间充质干细胞通过减少疤痕形成、刺激新血管的形成以及分泌生长和神经保护因子（如超氧化物歧化酶-3）来促进自我修复。静脉注射后，许多细胞进入中枢神经系统，并在实验模型和患者中广泛分布：安全性研究没有证明肿瘤形成等不良反应，除了脑膜综合征和一些有益效果的初步证据据报道。

肌萎缩侧索硬化症

日本一科研团队，从肌肉中分离出 MSCs 并对它们进行基因改造以组成性表达胶质源性神经营养因子 (GDNF)。然后，他们将工程化的 MSC 移植到肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 大鼠模型中，这是一种神经退行性疾病，患者会失去运动神经元并患有进行性和致命性麻痹。有趣的是，ALS 大鼠改善了病理表型，增加了神经肌肉连接的数量。

帕金森病

帕金森病 (PD) 是一种以多巴胺能神经元 (DA) 进行性丧失为特征的神经退行性疾病，尤其是在黑质的致密部。纹状体中多巴胺能通路投射在纹状体中，它们的缺失会导致多种运动并发症，包括僵硬、运动迟缓和姿势不稳。

DA 激动剂和左旋多巴（左旋多巴）是有效的对症治疗，但不幸的是，长期使用它们会变得低效，患者会出现明显的副作用。干细胞疗法，旨在替换丢失的神经元，是治疗这种疾病最有希望的策略。

已经证明，在 PD 动物模型中移植后，MSCs 细胞可以提高酪氨酸羟化酶 (TH) 水平和多巴胺水平。

此外，有人提出这些细胞通过分泌营养因子（如 EGF、VEGF、NT3、FGF-2、HGF 和 BDNF）或通过抗凋亡信号传导 有助于神经保护，而不会分化神经元表型。

由于这些原因，出现了涉及 hMSCs 基因修饰的新策略，作为诱导特定因子分泌或增加 DA 细胞分化百分比的工具。例如科学爱 Barzilay 等人。用携带 LMX1a 基因的慢病毒转导成人来源的骨髓间充质干细胞：这些细胞显示出类似于发育中的中脑神经元的表达谱，并允许 DA 细胞分化。

阿尔茨海默病

阿尔茨海默病 (AD) 是最常见的神经退行性痴呆；受影响的患者会出现记忆力和智力的进行性丧失。AD 的主要解剖病理学特征表现为 β-淀粉样蛋白沉积和最终导致胆碱能神经元变性的神经原纤维缠结形成。目前没有任何治疗能够阻止 AD 的进展。最近，不同的研究试图通过干细胞疗法改善阿尔茨海默病动物模型的神经病理学缺陷。

特别是，研究人员Shin 等人，专注于清除淀粉样蛋白斑块，他们证明 MSCs 可以增强细胞自噬途径，增加体外和体内神经元的存活率 。同样，Ma 的小组证明，脂肪来源的 MSC 一旦移植到 AD 模型小鼠中，就可以调节炎症环境。特别是它们引起了小胶质细胞的激活，从而促进了替代标志物和 Aβ 降解酶的表达，同时降低了促炎因子的表达水平。

在 MSCs 治疗自身免疫性疾病取得可喜成果之后，人们认为它可以调节 AD 的炎症环境。特别是观察到 Tregs 在细胞数量和/或功能方面的异常并且表明它们可以调节小胶质细胞的活化 。同时还证明脐带来源的 MSCs 在体外激活 Tregs，一旦移植到 AD 动物模型中，Tregs 调节小胶质细胞激活，增加神经元存活率。

间充质干细胞的临床应用

在干细胞临床应用之前，我们需要了解其生物学特性以获得治疗效果。就 MSCs 而言，四个特性被认为是保证临床抢救最重要的特性：(ii) 分化成各种细胞类型的能力；(iii) 分泌多种能够刺激受损细胞恢复和抑制炎症的生物活性分子的能力；(iv) 缺乏免疫原性和执行免疫调节功能的能力。

此外，MSCs 在治疗效果中的作用仍有待阐明。在局部或全身给药后，MSCs 具有迁移和移植到炎症部位的能力。各种研究表明，在各种病理条件下，MSCs 选择性地归巢于损伤部位，与组织无关。研究表明小鼠 MSCs 可以在损伤时归巢于肺，采用上皮样表型，并减少用博来霉素攻击的小鼠肺组织中的炎症。研究发现移植的 MSC 可以迁移到 mdx 小鼠受伤的肌肉组织中。细胞迁移取决于受损细胞和免疫细胞分泌的许多信号，包括生长因子、白细胞介素和趋化因子 。最近研究证明 MSCs 的迁移受许多酪氨酸激酶生长因子受体如血小板衍生生长因子 (PDGF) 和胰岛素样生长因子 1 (IGF-1) 的控制；此外，CCR2、CCR3、CCR4 或 CCL5 等几种趋化因子可改善体外迁移试验中的 MSCs 迁移。

1995 年进行了第一次使用培养扩增的 MSCs 的临床试验，15 名患者接受了自体干细胞治疗。在第一次之后，已经进行了多项临床试验，以测试 MSCs 治疗的可行性和有效性。从 2011 年起，在公共临床试验数据库 (http://www.clinicaltrials.gov/) 上发表了 206 项使用 MSC 的临床试验，显示出非常广泛的治疗应用。这些试验中的大多数是 I 期研究、II 期和 I/II 期研究的组合。这些试验中只有少数处于 III 期或 II/III 期。大多数试验报告在中等时间没有不良反应，尽管其中很少有轻微和短暂的围注射效应：一般来说，MSCs 似乎耐受性良好。通过在患有成骨不全症的患者中注射自体和同种异体 MSCs 获得了非常有希望的结果，而体外扩增的 MSCs 用于治疗严重的 和难治性 GVHD 患者。此外，许多已完成的临床试验已经证明了 MSC 输注对包括急性心肌缺血 (AMI)、中风、肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 和肌营养不良症在内的疾病的疗效。