概述：再生醫學(xué)是一種旨在利用干細胞等再生缺失或功能障礙的器官和組織來(lái)恢復失去的人體功能的醫學(xué)治療方法。再生醫學(xué)中使用的干細胞主要分為三種類(lèi)型：誘導多能干細胞（iPS細胞）、胚胎干細胞（ES細胞）和間充質(zhì)干細胞（MSC）。

間充質(zhì)干細胞因其具有分化為多種類(lèi)型細胞、修復細胞和組織的能力，有望廣泛應用于再生醫學(xué)領(lǐng)域；抗炎作用；分泌各種生長(cháng)因子；和解決異常積累的淀粉樣蛋白。間充質(zhì)干細胞可以來(lái)源于骨髓、牙髓和其他來(lái)源，但脂肪組織源性干細胞（ADSC）可能更優(yōu)越，因為它們可以通過(guò)最少的侵襲來(lái)收獲，因此可以獲得足夠量的干細胞可以相對容易地培養。當間充質(zhì)干細胞通過(guò)靜脈輸注全身給藥時(shí)，它們往往會(huì )在疾病部位積聚，這種特性被稱(chēng)為“歸巢”，這對于臨床應用極為有利。

在日本，干細胞治療的研究或治療計劃必須經(jīng)過(guò)“再生醫學(xué)特別批準委員會(huì )”審查批準，并按照“再生醫學(xué)特別批準委員會(huì )”提交厚生勞動(dòng)省批準后才能進(jìn)行干細胞治療。 《確保再生醫學(xué)安全法》并經(jīng)進(jìn)行治療的機構的倫理委員會(huì )批準后。本文綜述了間充質(zhì)干細胞的特點(diǎn)、臨床應用的現狀以及未來(lái)的前景。

介紹：什么是再生醫學(xué)？

再生醫學(xué)是一種旨在使因疾病或事故而損失的身體組織再生的醫學(xué)治療方法。人們經(jīng)常使用“根本治療”這個(gè)詞，它的目的是從根本上恢復失去的組織和器官。

組織工程是“通過(guò)結合生命科學(xué)和工程學(xué)來(lái)替代失去功能的器官和組織的技術(shù)”。具體來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)以下三個(gè)要素來(lái)創(chuàng )造人造器官和組織：患者的“細胞”、為細胞運作提供非常重要的場(chǎng)所（框架）的“基質(zhì)”以及提供細胞功能的“生物活性物質(zhì)”。是對我們的身體有積極影響的營(yíng)養成分。人工制造器官和組織，需要具有強大分化能力的干細胞。

干細胞主要分為三種類(lèi)型，代表再生醫學(xué)中使用的干細胞。誘導多能干細胞（iPS細胞）和胚胎干細胞（ES細胞）具有這種能力，這正是人造器官和組織的創(chuàng )建及其臨床應用的原因開(kāi)始了。

另一種類(lèi)型的干細胞，即間充質(zhì)干細胞 (MSC) ，也能夠分化，并且在不久的將來(lái)可能會(huì )建立類(lèi)似的治療方法。雖然間充質(zhì)干細胞相對于其他兩類(lèi)干細胞有一些優(yōu)勢，例如不需要基因操作、沒(méi)有特定的癌癥風(fēng)險、沒(méi)有倫理問(wèn)題等，但它們不具有高分化潛力，尚未被應用于生產(chǎn)所需的細胞。間充質(zhì)干細胞臨床應用的主要原因不是組織器官的再生和移植，而是具有修復受損組織器官或組成它們的細胞的能力。MSC療法包括施用未分化的干細胞，iPS細胞和ES細胞在施用前總是分化的；這是它們之間的關(guān)鍵區別，即iPS細胞或ES細胞和MSC。

干細胞類(lèi)型及其發(fā)現歷史

再生醫學(xué)中使用的干細胞主要分為三種類(lèi)型：誘導多能干細胞細胞、胚胎干細胞和間充質(zhì)干細胞。因為前兩者具有很強的分化潛力，所以不能以未分化的形式給予人體，否則會(huì )在體內不受控制地分化，產(chǎn)生畸胎瘤等腫瘤，但它們可以分化為特定的細胞和組織，并在再生醫學(xué)中用作受損細胞和組織的替代品。

iPS細胞與ES細胞一樣，有潛力成為體內的任何細胞。iPS細胞是通過(guò)將一些基因（Oct3/4、Sox2、c-Myc 和 Klf4）插入成人皮膚或血細胞中而產(chǎn)生的，而ES細胞是從早期受精卵的一部分中獲得的，這需要犧牲受精卵。大多使用體外受精剩下的受精卵，但破壞受精卵這個(gè)生命的胚芽的倫理問(wèn)題是不可避免的。

誘導多能干細胞的臨床應用

iPS細胞的臨床應用在日本取得了進(jìn)展，這可能是因為它們在日本的發(fā)現和諾貝爾獎的授予。由于iPS細胞是來(lái)自另一個(gè)家族的細胞，因此移植時(shí)可能會(huì )發(fā)生排斥反應。正在嘗試兩項創(chuàng )新來(lái)減少這種排斥：

• 一是匹配人類(lèi)白細胞抗原（HLA）類(lèi)型（再生醫學(xué)iPS細胞儲備項目），
• 二是使用CRISPR-Cas9基因組編輯技術(shù)來(lái)創(chuàng )建iPS細胞在其他家庭移植時(shí)免疫排斥的風(fēng)險較小。目前的臨床應用包括色素性視網(wǎng)膜炎、帕金森病、以及擴張型心肌病和缺血性心肌病等嚴重心臟病。

2020年1月，第一例人類(lèi)受試者被植入iPS細胞衍生的心肌細胞片。由于iPS細胞可以分化成多種組織，因此它們在治療多種疾病方面具有潛在的應用前景。在這種情況下，尤其重要的是，細胞首先是完全分化的，即沒(méi)有未分化的細胞殘留；否則，它們在移植后可能會(huì )偏離其預期目的，并且腫瘤形成是一個(gè)特殊的問(wèn)題。由于iPS細胞采用基因重組技術(shù)，移植后不應出現異?；虻谋磉_。努力匹配HLA類(lèi)型對于防止排斥反應非常重要。

迄今為止，臨床應用中尚未發(fā)現癌癥、排斥或基因表達異常的證據。當然，iPS細胞在非臨床研究中的應用，比如藥物開(kāi)發(fā)，是iPS細胞的主要應用之一，在這種情況下，基因表達異常、癌變等“副作用”就不會(huì )那么重要了。

間充質(zhì)干細胞

MSC是成體干細胞，能夠分化為中胚層來(lái)源的組織，如骨、軟骨、血管和心肌細胞，以及外胚層來(lái)源的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞，甚至內胚層來(lái)源的肝細胞。

國際細胞治療學(xué)會(huì )使用以下標準來(lái)定義人類(lèi) MSC：(1) 在標準培養條件下粘附于塑料，(2) 細胞表面標記 CD73、CD90和CD105呈陽(yáng)性，CD11b或CD14、CD19呈陰性或CD79α、CD34、CD45和HLA-DR，以及(3)分化成成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞的能力。

間充質(zhì)干細胞已在多種身體組織中發(fā)現，包括骨髓、肌肉、皮膚、脂肪組織、臍帶、牙髓和牙周組織。

間充質(zhì)干細胞的首次臨床應用是1957年Thomas等人進(jìn)行的造血干細胞骨髓移植。

1990年，他與約瑟夫·默里（Joseph Murray）因建立了骨髓移植治療血液疾病的方法而獲得諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎。

1966年，弗里登斯坦等人繼1958年Denis報道皮下移植的骨髓停止造血、產(chǎn)生網(wǎng)狀組織并導致骨形成之后，證實(shí)將骨髓碎片和骨髓懸浮液異體移植到小鼠體內會(huì )導致網(wǎng)狀組織的形成，有時(shí)還會(huì )導致骨形成。

1962年，與山中伸彌 (Shinya Yamanaka) 因創(chuàng )建iPS細胞一起獲得2012年諾貝爾獎的約翰·B·格登 (John B. Gurdon ) 通過(guò)將體細胞核移植到青蛙卵中，創(chuàng )造出了克隆青蛙。

ES細胞由Martin Evans于1981年建立，他培養了囊胚內細胞團的細胞，發(fā)現了多能細胞，并于2007年獲得諾貝爾獎。

1999年，Mark F. Pittenger等人建立了ES細胞。證明了MSC的多能性，即MSC可以分化為軟骨、骨、脂肪細胞和肌肉。德巴里等人。發(fā)現了滑膜來(lái)源的MSC，Zuk等人。均于2001年發(fā)現了脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細胞 (ADSC) 。間充質(zhì)干細胞可以從許多組織中獲得，包括臍帶、胎盤(pán)和羊膜等胎兒附屬物以及牙髓。

干細胞不僅存在于兒童期，也存在于成年期，并且在整個(gè)生命過(guò)程中，它們都發(fā)揮著(zhù)替代受損組織的作用。其中，存在于骨髓中的造血干細胞是半個(gè)多世紀以來(lái)最先被研究的，并且其臨床應用一直在積極推進(jìn)。造血干細胞移植技術(shù)的建立，開(kāi)啟了利用任何組織干細胞進(jìn)行移植治療的可能性。

然而，從某些組織（例如大腦和心臟）中分離干細胞很困難，這使得它們很難用于治療。但幸運的是，MSCs被發(fā)現不僅具有分化成成骨細胞、脂肪細胞、肌細胞和軟骨細胞等中胚層細胞的能力，而且還具有分化成內臟組織等內胚層細胞和神經(jīng)元等外胚層細胞的能力，預計將被廣泛應用。應用于“再生醫學(xué)”。

間充質(zhì)干細胞是體內原本存在的細胞。它們不是基因工程細胞，也不是人工創(chuàng )造的細胞，因此它們患癌癥的幾率不太可能更高。也不存在倫理問(wèn)題，因為它們不是通過(guò)破壞胚胎細胞獲得的。盡管它們不是像iPS細胞或ES細胞那樣的多能細胞，但體內的MSC在保護和修復組織、平息炎癥以及從疾病和損傷中恢復方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。自體干細胞給藥會(huì )增加自體間充質(zhì)干細胞并將其返回患者體內，不會(huì )引起排斥反應。

間充質(zhì)干細胞的臨床應用特點(diǎn)

能夠分化成多種類(lèi)型的細胞

MSCs分離培養時(shí)形成單層，表現出一定的表型，但當添加適當的支架和物質(zhì)，如β-巰基乙醇、表皮生長(cháng)因子、神經(jīng)生長(cháng)因子、腦源性生長(cháng)因子等神經(jīng)元分化，它們分化成各種譜系。

• 　1) 中胚層來(lái)源的組織，如骨、軟骨、血管、脂肪細胞和心肌細胞
• 　2) 外胚層來(lái)源的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞
• 　3) 內胚層來(lái)源的肝細胞

細胞因子和營(yíng)養因子的分泌

據報道，間充質(zhì)干細胞可分泌多種細胞因子和生長(cháng)因子。

• 　1) 細胞因子，包括IL-6、IL-8、IL-11、IL-12、IL-14和IL-15
• 　2) 血小板衍生生長(cháng)因子 (PDGF) 
• 　3）血管內皮生長(cháng)因子（VEGF）
• 　4) 肝細胞生長(cháng)因子 (HGF) 
• 　5) 腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子 (BDNF) 
• 　6) 神經(jīng)生長(cháng)因子 (NGF) 
• 　7) 胰島素樣生長(cháng)因子-1 (IGF1) 
• 　8) 基質(zhì)衍生生長(cháng)因子-1 (SDF1) 
• 　9) 粒細胞集落刺激因子 (GCSF) 
• 　10)粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GMCSF) 。

抗炎作用

在創(chuàng )傷性腦損傷中，靜脈注射MSC會(huì )減少細胞外部位的小膠質(zhì)細胞和促炎細胞因子，同時(shí)增加抗炎細胞因子。與對照組相比，MSC組脊髓損傷部位的IL-1β和TNF-α顯著(zhù)降低。

保護和修復神經(jīng)元并促進(jìn)髓鞘修復（少突膠質(zhì)細胞保護）

當坐骨神經(jīng)橫斷5毫米的大鼠接受MSC治療時(shí)，治療組中70%的大鼠穿過(guò)神經(jīng)間隙的軸突最大直徑百分比達到50%或更高，而對照組為0%。對出生后9天的缺氧缺血性腦損傷大鼠進(jìn)行治療，3天后進(jìn)行MSC治療，治療21天后，神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞的損失分別減少了42%和31%。它還改善了功能結果并減少了病變體積，表明最近分裂的細胞向神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞的分化增加，并減少了增殖的炎癥細胞。

血管重建

MSC促進(jìn)血管內皮細胞增殖并抑制細胞凋亡。心肌梗死后1周，將自體MSCs心肌內注射至梗死區，2個(gè)月后，VEGF表達水平明顯升高，梗死區血管密度和局部血流量增加，肥厚心肌細胞凋亡減少，左心室收縮力明顯改善。

腎保護作用

抑制腎炎部位浸潤巨噬細胞并誘導免疫調節巨噬細胞。

異常蛋白質(zhì)的降解

MSC具有腦啡肽酶活性，這是一種降解淀粉樣蛋白-β的酶，β淀粉樣蛋白是一種沉積在阿爾茨海默病患者大腦中的不溶性蛋白質(zhì)。重復靜脈注射MSC可改善皮膚淀粉樣變性。

表1：總結了間充質(zhì)干細胞在臨床應用中有效的證據。

1	分化成多種細胞譜系
2	分泌多種細胞因子和營(yíng)養因子
3	調節炎癥
4	保護和促進(jìn)神經(jīng)元和髓鞘的修復
5	改善血液循環(huán)
6	保護腎臟
7	降解異常蛋白質(zhì)，包括β淀粉樣蛋白。

此外，正在研究間充質(zhì)干細胞在組織工程領(lǐng)域的應用。組織工程的目的是通過(guò)適當地組合細胞、平臺和營(yíng)養來(lái)創(chuàng )建三維人造器官和組織。

使用從MSC分化的細胞進(jìn)行軟骨細胞片治療軟骨損傷的研究已經(jīng)在進(jìn)行中。

脂肪組織干細胞的優(yōu)點(diǎn)

ADSC 可以在局部麻醉下以最小的侵入性從皮下脂肪中收獲。據報道，從脂肪組織中獲得的MSC比從相同體積的骨髓組織中獲得的MSC多約500倍，并且脂肪組織產(chǎn)生更多的生長(cháng)因子（再生促進(jìn)因子），例如 HGF和VEGF，這些因子有助于促進(jìn)細胞再生。比骨髓來(lái)源的組織更能修復器官。ADSC比骨髓來(lái)源的 ADSC具有更高的免疫調節能力。

間充質(zhì)干細胞的臨床應用

間充質(zhì)干細胞可以從骨髓或皮下脂肪組織中獲取，它們在再生醫學(xué)中的應用正在增加，因為由于安全和倫理問(wèn)題較少，它們比ES細胞或iPS細胞更容易應用于臨床。

在日本，非自體骨髓間充質(zhì)干細胞（Temucel?HS注射液，JCR Pharma KK）于2015年被批準用于治療造血干細胞移植后的急性移植物抗宿主?。℅VHD），并作為保險使用- 批準治療急性GVHD患者。

此外，2018年，它被批準用于治療急性GVHD。

同年，自體骨髓間充質(zhì)干細胞（Stemilac?注射液，鎳公司）被批準為治療創(chuàng )傷性脊髓損傷的再生醫學(xué)產(chǎn)品，使醫療保險下的治療成為可能。

在日本，《確保再生醫學(xué)安全法》（https://www.mhlw.go.jp/english/policy/health-medical/medical-care/dl/150407-01.pdf）于2014年11月與《確保藥品和醫療器械等的質(zhì)量、有效性和安全性的法案》一起實(shí)施。旨在促進(jìn)再生醫學(xué)的安全和發(fā)展?！对偕t學(xué)安全保障法施行令及臨床研究法施行令》的部分修改部令（厚生勞動(dòng)省令2021年第14號）生效2021年2月1日起生效。

這些法律允許使用干細胞進(jìn)行再生醫學(xué)，即使沒(méi)有被保險覆蓋（日本的醫療原則是被保險覆蓋，所有公民都有保險），只要經(jīng)特定再生醫學(xué)審定委員會(huì )等討論通過(guò)后，由厚生勞動(dòng)省批準。這項治療研究需要制定方案、為接受治療的患者準備解釋性文件、向患者解釋并征得患者同意，并以與臨床試驗相同的方式處理結果來(lái)決定是否進(jìn)行治療。申請保險。所有以這種方式批準的治療和研究都會(huì )發(fā)布在厚生勞動(dòng)省的網(wǎng)站上，供任何人查看（https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/0000186471.html）。

在上述法律體系的支持下，目前正在進(jìn)行數百項治療研究。據報道，即使對于難以治療的脊髓損傷，使用 MSC 也可以改善運動(dòng)和感覺(jué)功能障礙。此外，對于阿爾茨海默病、ALS、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病，以及慢性阻塞性肺病和肺纖維化等頑固性肺部疾病，目前尚無(wú)治療方法可以抑制疾病進(jìn)展，目前正在開(kāi)展使用重復靜脈注射MSCs，尤其是自體ADSCs，治療效果有望得到驗證。

截至2021年8月，病例報告中報告了 ALS患者，該患者在2016年國際外科醫生學(xué)會(huì ) (ICS) 第40屆世界大會(huì )（10月23-26日）上發(fā)表了演講（議程和摘要第139頁(yè)Hisakazu Yamagishi）盡管他拄著(zhù)拐杖行走，但他仍然活著(zhù)，沒(méi)有呼吸器或胃造口術(shù)。在許多神經(jīng)退行性疾病中都發(fā)現了大腦中異常蛋白質(zhì)的沉積。間充質(zhì)干細胞去除這些異常蛋白質(zhì)的能力，以及修復神經(jīng)元和髓磷脂的能力，可能為治療許多神經(jīng)退行性疾病帶來(lái)希望，否則這些疾病將是進(jìn)行性且無(wú)法治療的。

間充質(zhì)干細胞的臨床研究十分活躍，其作用也相繼報道。據報道，針對帕金森病反復輸注ADSC可改善 MDS-UPDRS，盡管這是一項開(kāi)放標簽的試點(diǎn)研究。雙盲隨機對照試驗通常成本高昂，有時(shí)在倫理上具有挑戰性，但卻是確定臨床療效的黃金標準。如果給予間充質(zhì)干細胞治療疾病進(jìn)展并且癥狀改善或停止進(jìn)展，則可以考慮將其效果與不進(jìn)行治療所能達到的最佳效果進(jìn)行比較。即便如此，還需要進(jìn)一步驗證，而且非常值得。

間充質(zhì)干細胞的施用方法

間充質(zhì)干細胞可以全身給藥而無(wú)需移植到靶器官，原因有兩個(gè)：它們可以在未分化狀態(tài)下給藥，這是iPS細胞或ES 細胞不可能實(shí)現的；它們具有獨特的功能，允許全身給藥的MSC在病變，稱(chēng)為歸巢。

MSC歸巢被定義為 MSC在組織脈管系統內停滯，然后遷移穿過(guò)內皮。當MSCs被靜脈注射給脊髓損傷的大鼠時(shí)，早在給藥后6小時(shí)就在受傷區域發(fā)現了所注射的細胞，并且直到至少28天后才得到確認。同樣，當將分化為少突膠質(zhì)細胞前體細胞的間充質(zhì)干細胞靜脈注射給脊髓損傷的大鼠時(shí)，治療4周后，約30%的注射細胞在脊髓損傷區域積聚。此時(shí)，8%的細胞已經(jīng)遷移到大腦中。

此時(shí)，8%已遷移至大腦，12%遷移至腎臟，7%遷移至肝臟，3%遷移至肺部。

間充質(zhì)干細胞管理的安全性

盡管MSC通常被認為是安全的，不存在包括畸胎瘤在內的腫瘤，并且幾乎沒(méi)有排斥反應，特別是對于自體干細胞而言，但它們表達組織因子 (TF)，這是一種有效的凝血激活劑。MSC接觸血液后會(huì )促進(jìn)血栓前狀態(tài)，其機制歸因于所謂的即時(shí)血液介導的炎癥反應 (IBMIR) 。間充質(zhì)干細胞的組織因子表達和促凝血活性根據組織來(lái)源（在脂肪中比在骨髓中更是如此）以及培養時(shí)間而變化。靜脈內MSC存在栓塞風(fēng)險。由于靜脈注射間充質(zhì)干細胞首先從腔靜脈經(jīng)過(guò)右心房和右心室到達肺部，因此必須小心肺栓塞。肺栓塞的風(fēng)險與施用的細胞數量和施用速率相關(guān)。

間充質(zhì)干細胞，尤其是自體間充質(zhì)干細胞，被認為是安全的，但由于它們用于治療的時(shí)間相當有限，可能存在未知的副作用。當然，一些入侵，無(wú)論多么小，都會(huì )在收集時(shí)添加。由于骨髓間充質(zhì)干細胞需要采集骨髓，脂肪干細胞需要采集皮下脂肪組織，因此必須注意此類(lèi)操作的安全性。盡管不限于干細胞，但培養物中不應存在感染，并且在給予人類(lèi)時(shí)應避免使用異種動(dòng)物來(lái)源的成分。

自體間充質(zhì)干細胞與同種異體間充質(zhì)干細胞

施用同種異體間充質(zhì)干細胞的優(yōu)點(diǎn)是可以預先收獲和培養干細胞，然后在需要治療時(shí)立即施用。這對于治療不能等待干細胞培養期的急性疾?。ɡ鏑ovid-19）尤其重要。

另一方面，關(guān)于同種異體MSC治療后的免疫抑制狀態(tài)，據報道巨細胞病毒抗原血癥的頻率增加(67)和肺炎相關(guān)死亡的增加。給予同種異體MSC后，需要針對侵襲性真菌感染等傳染病采取充分的對策。有報道稱(chēng)發(fā)生 EB 病毒相關(guān)的移植后淋巴組織增生性疾病以及EB病毒血癥。

由于自體間充質(zhì)干細胞具有多種功效，并且不存在倫理問(wèn)題和排斥反應，因此它們將繼續發(fā)展為一種有吸引力的治療方法，并且哪種給藥方法最好、給藥的最佳細胞數量將變得更加清楚，施用的次數和施用的持續時(shí)間，例如重復施用應當持續多長(cháng)時(shí)間。如果弄清楚哪種疾病可以通過(guò)哪種作用機制得到改善，適應癥的范圍將會(huì )擴大，并且可能導致對病因尚不清楚的疾病的原因進(jìn)行調查。

結論

間充質(zhì)干細胞在再生醫學(xué)中的潛力是巨大的，它們對哪些疾病起作用以及作用程度如何，但其作用機制和具體給藥方法將在未來(lái)得到闡明。除了分化成特定細胞的能力外，間充質(zhì)干細胞還能夠分泌各種生長(cháng)因子和細胞因子，從組織中清除異常蛋白沉積物，并在疾病部位積聚，這一特性稱(chēng)為歸巢。相信MSC療法將為一些目前尚無(wú)根本治療方法的疑難雜癥的治療帶來(lái)一線(xiàn)希望，有望惠及此類(lèi)疾病患者。

參考資料：Yamagishi H, Shigematsu K. Perspectives on Stem Cell-Based Regenerative Medicine with a Particular Emphasis on Mesenchymal Stem Cell Therapy. JMA J. 2022;5(1):36-43.

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