成體干細胞治療老年退行性疾病的可行性研究

潘興華，龐榮清，阮光萍，朱向情，蔡學敏，何 潔，趙 晶，劉高米洋

·干細胞與再生醫學·

成體干細胞治療老年退行性疾病的可行性研究

潘興華，龐榮清，阮光萍，朱向情，蔡學敏，何 潔，趙 晶，劉高米洋

干細胞；治療；老年；退行性疾病；可行性

衰老是生命發展的自然規律和現象，是由于身體細胞群長期受到體內外環境因素的沖擊和傷害，引起身體各個組織器官結構與功能逐漸退化，并導致組織或器官功能減退的一種慢性綜合性征[1]。老年退行性疾病是指那些與年齡相關的組織細胞老化導致的組織器官結構與功能減退，表現為器官功能障礙，身體抵抗力衰弱，協同功能喪失，發病率增加。衰老是我國面臨的重大問題之一，未來5年老齡人口將達到2.48億,80歲以上的老年人將超過3000萬,高齡、空巢、失能老人將日益增多，缺醫少藥矛盾突出，“老有所醫”已經成為醫學研究的重點內容之一[2]。干細胞是人體組織細胞更新換代和病理性損傷修復的種子，國內外相關研究均提示，從干細胞的角度可能找到老年退行性疾病治療、延緩或逆轉衰老狀態的有效方法。

1 老年退行性變的細胞學基礎

人體衰老涉及環境、飲食、毒物、疾病等內外因素對遺傳基因修飾、自由基、炎癥與免疫、內分泌與代謝、組織結構與功能、細胞生長調控、氧化與抗氧化等多方面的影響[3-5]。老年退行性變是細胞更新換代平衡失調所致，細胞作為生物體結構和功能的基本單位，其增殖活性降低、絕對數量減少，是組織器官的結構與功能減退的基礎。干細胞是組織細胞更新換代的種子，干細胞數量和活性不足是組織器官衰老退變的原因[6]。從細胞學的角度分析，人體衰老源于以下幾方面的綜合作用：（1）組織細胞的衰老與凋亡[7]；（2）干細胞的衰退導致正常衰老死亡細胞無法得到更新換代，功能細胞總量下降[8]；（3）外環境對基因的作用加速細胞老化[9]；（4）體內衰老基因的活躍和年輕化基因的失活[10]；（5）細胞內外環境的有害因素積累導致細胞中的大分子、自由基等受損，細胞自噬作用下調[11]。組織細胞的凋亡與再生受體內細胞因子、神經內分泌、免疫與炎癥反應、代謝與營養等多種因素共同調節[12]。老年退行性疾病研究與治療的關鍵問題，是要搞清楚老年退行性疾病的細胞生物學特點，認清導致衰老退變的體內調控因素的變化規律和相互作用，找出導致老年性退變的關鍵因子，并弄清詳細機制，依據規律和關鍵因素尋找治療方法和藥物。

2 成體干細胞（ADSC）治療老年退行性疾病的作用和機制

2.1 成體干細胞治療老年退行性疾病的作用 干細胞具有自我更新和分化的潛能，是維持組織器官結構與功能的種子。在從人體發育生長到衰老死亡的整個生命過程中，均伴隨著干細胞的增殖與分化，組織細胞的生理性更新換代和病理性組織損傷修復依賴干細胞的動員、增殖活化和分化[13]。干細胞存在于人體內的各種器官中，在病理性損傷的條件下，組織中的干細胞通過快速增殖和分化來參與和促進組織損傷的修復，但其分化方向取決于組織特定微環境的誘導作用[14]。人體的衰老，特別是老年退行性疾病的發生發展，是由于干細胞的數量減少和活性降低，導致新生細胞少于衰老死亡細胞的結果[15]。Signer等研究表明，衰老是一個逐漸積累的過程，器官的正常運作和環境暴露均可能造成組織損傷，需要不斷地進行損傷修復，在胚胎發育和人體生長期，干細胞的增殖分化能力極強，而在衰老的組織器官中干細胞活性下降。隨著年齡的增長，干細胞的數量和活性逐漸降低，某些組織中的細胞的喪失如得不到及時更新補充，就會影響該器官的功能，最終導致重要器官功能衰竭和死亡[16]。

近年研究發現，輸入年輕動物的血液或干細胞可使老年小鼠年輕化，表現為肌肉和大腦重獲活力，壽命延長，衰老退變的器官功能改善[17]。Jinhui Shen等報道，將年輕鼠的骨髓間充質干細胞輸入老齡鼠體內可明顯延緩衰老和延長壽命，減少老年性骨質丟失。Hai-chun Yang等發現，來自年輕鼠的骨髓移植后，可減輕老年鼠的腎功能衰退，逆轉炎癥反應誘導的組織器官功能退變。同時有研究發現，將人類干細胞轉化為胰島素分泌細胞的方法，可使衰老退變的胰腺功能再生。本課題組研究證明，干細胞移植可改善老年相關疾病，如2型糖尿病、老年性骨質疏松等[18-19]。Fernando等[9]對獼猴實施全身微量放射線照射后，通過靜脈輸入骨髓間充質干細胞（BMSC）后，發現進入體內的BMSC在肝、腎、胸腺、腸、骨髓、皮膚等組織分布，而未受損傷的健康對照動物沒有BMSC分布，提示BMSC參與損傷組織的修復[20]。國內外有人觀察了間充質干細胞對肝、腎、皮膚、血管、神經、腸道、腦等損傷的影響，認為有促進創傷愈合和抑制皮膚細胞凋亡的作用。一些針對個別器官年輕化的研究發現，輸入胚胎、骨髓、脂肪、臍帶等來源的干細胞，可改善皮膚、肝、心、腎、腦、肌肉等重要器官功能[21]，BMSC移植可改善胸腺、性腺等衰老敏感器官的功能，給老年人輸入臍血干細胞可改善老年骨質結構，有效治療骨質疏松。本課題組先后利用肝、腎、胰、腦、骨、皮膚損傷和系統性放射傷、系統性紅斑狼瘡、代謝綜合征、創傷性多器官功能不全等12種疾病模型，評價了臍帶和間充質干細胞的療效，證明間充質干細胞可進入損傷組織，并在相應微環境誘導下分化為功能細胞，促進損傷組織結構與功能再建[22-23]。上述表明，不同來源的ADSC均具有促進局部和系統性損傷、衰退組織損傷修復的作用，提示ADSC對衰老、老年退變性疾病治療有一定作用。

2.2 干細胞治療老年退行性變的機制 綜合國內外研究報道，骨髓、臍帶、脂肪等成體組織來源的ADSC對組織器官損傷修復的作用可能通過多種機制實現，是多種機制協同作用的結果，但針對不同類型的損傷及損傷組織的微環境變化，ADSC促進損傷修復的模式有所差異。目前有證據的機制主要有[24-25]：（1）遷移、分布、定植于損傷組織，在損傷組織的微環境誘導下整合、定向分化并參與修復；（2）分泌多種細胞生長因子，促進原位細胞生長及損傷修復；（3）促進損傷組織的毛細血管再生，改善局部血液循環、代謝和營養；（4）通過直接接觸和分泌細胞因子，調節免疫平衡和炎癥反應，減少繼發性損傷；（5）提高肌體抗氧化應激因子分泌，提升整體抗氧化應激能力。ADSC的上述生物學效應和作用機制符合系統性損傷、衰老退變及老年性疾病治療要求，可以有效促進衰老死亡細胞的更新換代，損傷組織的結構與功能重建。從理論上講，ADSC可用于涉及缺血性、創傷性、中毒性、自身免疫性和老年性組織細胞變性、壞死、缺失引起的各種疾病治療[26-27]。在ADSC中，人臍帶間充質干細胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells,HUC-MSC）是目前可以規模化、標準化制備和儲存的干細胞之一，在合適的條件下可以跨胚層分化，這類細胞具有良好的促進損傷修復和免疫、炎癥調節作用。本課題組前期針對多種創傷性、退變性、缺血性、放射性組織損傷性疾病動物模型進行了治療研究，發現給疾病動物模型系統性連續 3次輸入1×106細胞/kg的UCMSC后，對肺纖維化、缺血性腦損傷、糖尿病、系統性紅斑狼瘡及創傷誘導的多器官功能不全顯示一定治療作用，其機制是UC-MSC分布于損傷組織并參與結構重建，同時分泌多種細胞生長因子促進原位細胞生長和抑制炎癥反應。

3 干細胞抗衰老的研究重點

對于干細胞治療老年性退變的研究，選擇合適的動物模型及療效評價方法和標準是關鍵。目前常用動物為嚙齒類自發性、人工化學誘導和轉基因動物模型，也有利用全身放射線照射法創建急性衰老模型的報道[28]。這些模型的特點是可以大批量創建，但利用這類模型進行的研究結果與人類有一定差異，臨床參考的可行性不如靈長動物。關于靈長動物衰老模型的研究，主要集中于天然衰老模型的篩選和利用，也有關于神經、血管損傷及感染性疾病模型創建的報道[29]。北京大學和解放軍總醫院等單位的專家進行了一些研究并取得突破性進展，但由于衰老評價技術方法的限制和動物個體差異的變化，目前尚缺乏系統性研究和可供臨床參考的標準，特別是利用現代分子生物、影像、組學技術深層次解決模型評價指標體系、技術和標準化問題仍然是衰老或老年退行性疾病治療研究的核心問題之一。

涉及臨床應用，還需要解決關鍵技術方法、療效和機制問題。雖然有一些證據表明干細胞有一定損傷修復作用，但僅限于現象觀察和局部組織或器官的結構與功能研究，對老年個體的整體效應尚缺乏系統性分析研究，需要進一步從整體療效、組織器官的結構與功能、細胞活性、免疫與炎癥因子、生長調控因子、代謝組學、基因修飾與表達等不同層次和側面詳細評價干細胞治療的作用和機制。外源性干細胞在體內的演變過程和生物學行為也是進一步研究的重點，同種異體干細胞進入體內后的動態分布與存活、定植與分化、與原位細胞的整合與結構重建、成熟與免疫排斥等問題還需要進一步明確。在進入臨床之前，需要建立ADSC及其臨床制劑的制備與鑒定技術規范，通過動物模型治療實驗，建立關鍵技術方法，包括適應證選擇、干細胞治療時機、治療途徑、輸入細胞的次數與間隔、輔助治療與長期療效等基本問題和參數等。療效和安全性評價技術方法和標準是干細胞治療老年退行性疾病的基礎，需要在整體觀察的基礎上，針對特定器官或疾病建立評價技術體系及規范，以保證臨床治療的可行性、有效性和安全性。隨著干細胞治療技術的發展，利用干細胞延緩或逆轉衰老狀態，有效治療老年退行性疾病和提高老年人群的生存質量將成為現實，預計基于干細胞治療技術結合其他現代精準醫療技術，可能會給人類帶來20年左右的延緩衰老空間。

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650032昆明,成都軍區昆明總醫院細胞生物治療中心，干細胞與免疫細胞生物醫藥技術國家地方聯合工程實驗室,云南省細胞治療技術轉化醫學重點實驗室，云南省干細胞工程實驗室，昆明市干細胞與再生醫學研究重點實驗室

潘興華，E-mail：Xinghuapan@sohu.com.cn