間充質干細胞治療多發性硬化的機制

王亦舒，管陽太

上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院神經內科，上海 200127

多發性硬化（multiple sclerosis，MS）是一種中樞神經系統慢性炎性脫髓鞘性疾病。目前，臨床上主要采用激素聯合免疫抑制劑和干擾素β治療MS，但這種治療方法只能部分改善患者的臨床癥狀及延緩其疾病進展，而無法逆轉炎癥對神經軸索和神經元的損傷[1]。

近年來的研究發現，起源于發育早期中胚層的間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）是一種多能干細胞[2]。MSC 存在于人體骨髓、胎盤和臍帶等組織中，在特定的微環境下可以分化成神經細胞，從而發揮神經修復功能[3]。此外，MSC 分泌多種免疫相關細胞因子，可以發揮免疫調節作用。尤其是MSC 可以通過抑制自身免疫性T 細胞的增殖和分化成熟，對自身的免疫病理過程發揮顯著的調節作用[4]。

本文對MSC 治療MS 的主要機制進行詳細闡述。

1 MS 的發病機制與實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）模型

MS 是發生在中樞神經系統的慢性炎性脫髓鞘性疾病，其主要的病理改變為時間及空間多發性的脫髓鞘和軸索損害[5]，影像學常表現為新鮮及陳舊并存的多部位硬化病灶，即硬化斑[2]。MS的臨床癥狀包括感覺異常、四肢運動功能障礙、視覺損害、共濟失調和精神癥狀等[6]。

醫學界對MS 的發病機制尚無定論。主流觀點認為，MS 的發病誘因為前驅病毒感染，繼而引發多種免疫細胞功能紊亂，隨之介導自身免疫反應，主要的參與細胞包括T 淋巴細胞（CD4＋T 細胞如輔助性T 細胞1、輔助性T 細胞17 和調節性T 細胞，以及CT8＋T 細胞）和B 淋巴細胞，其他的免疫細胞如自然殺傷（natural killer，NK）細胞和巨噬細胞也被認為與MS 的發病相關[6-8]。這些免疫細胞通過受損的血腦屏障進入腦組織，針對髓鞘堿性蛋白產生自身免疫反應；T 細胞分泌大量炎性細胞因子和趨化因子，招募炎癥細胞，引發炎性破壞；B 細胞產生針對髓鞘堿性蛋白的自身抗體，通過抗體依賴的細胞介導的細胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）引起髓鞘損害和軸索損傷。髓鞘損傷和髓鞘脫失是這類自身免疫反應的主要后果，是MS的主要病理損害表現[7,9]。

隨著MS 研究的不斷深入，少突膠質細胞和小膠質細胞等神經系統細胞也被發現具有驅動疾病發生和發展的作用。少突膠質細胞異常可引起淋巴細胞的激活，介導MS 的發生；小膠質細胞作為單核-巨噬細胞的同源細胞，可分泌大量細胞因子介導炎性反應[10-11]。因此，MS 的發病機制涉及2 個主要方面：一是自身的免疫炎癥引起炎性損害，二是隨之引發的神經髓鞘損傷導致神經功能缺失。總體而言，MS 的發病機制較為復雜，其致病細胞種類繁多，但這些致病細胞均是通過介導自身免疫反應而引發炎性損害以及髓鞘和軸索損傷，因此目前有關MS 治療的研究大多關注于抑制或調節免疫反應以及促進髓鞘修復這2 個方面。

EAE 模型是一種模擬人體MS 發病過程的哺乳動物模型，這種模型通常利用小鼠或大鼠作為載體。該實驗是將可以引發MS 的自身抗原，如蛋白脂類蛋白（proteolipid protein，PLP）、髓鞘堿性蛋白（myelin basic protein，MBP）和髓鞘少突膠質細胞蛋白（myelin oligodendrocyte protein，MOG）35-55 肽段等，與佐劑進行乳化得到乳劑，對受體動物進行乳劑皮內注射，通過誘發動物體內針對特異性抗原的自身免疫反應，引發由尾部至后肢再至前肢的逐漸進展或緩解后復發的肢體癱瘓，模擬MS 發病過程。目前，EAE 模型已經成為MS 的經典模型，在MS 的發病機制和治療研究中發揮著不可替代的作用[12]。

2 MSC 概述

MSC 概念的出現最早可追溯至1968 年，研究人員最初從骨髓中分離出MSC[2]。這類細胞來源于中胚層，為多能干細胞，可分化為其他中胚層來源的細胞，如脂肪細胞、軟骨細胞和骨細胞等，并且可以從骨髓、脂肪組織、羊水、臍帶、胎盤、牙髓和外周血中獲取[13-14]。實驗室中使用的MSC 的最常見來源為骨髓。與其他多能干細胞相比，MSC 具有獨特且廣泛的免疫調節作用，因此深受研究者的青睞而被應用于各類免疫疾病的治療研究[15]。近年來的研究發現，MSC 還可以分化為非中胚層來源的細胞，如骨骼肌細胞和神經細胞[16]，這一發現有望使受損神經細胞的修復成為可能。

3 MSC 治療MS 的機制

3.1 MSC 的免疫抑制功能

已有研究發現，以MSC 移植為基礎的細胞治療對于EAE 模型有良好的治療作用，這種療效一部分是由MSC 的免疫抑制功能所產生的。MSC 可以通過細胞間的直接作用即細胞與細胞的直接接觸，以及旁分泌的方式，發揮免疫抑制作用（圖1）。

3.1.1 細胞間的直接作用

細胞間的直接作用主要體現在對多種免疫細胞活動的影響。MSC 可作用于CD4＋T 細胞，抑制輔助性T 細胞1 的增殖，促進具有抗炎作用的調節性T 細胞的產生[17]，并且抑制干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）介導的輔助性T 細胞17的分化[18]，導致CD4＋T 細胞對B 細胞增殖分化的輔助作用發生紊亂，進而干擾B 細胞增殖，并使B 細胞難以分化成具有分泌免疫球蛋白功能的漿細胞。此外，MSC 還可以抑制CD8＋T 細胞的細胞毒作用，減少T 細胞對神經髓鞘的直接損傷作用[17]，并能抑制記憶T 細胞的增殖和成熟[19]。MSC 還能直接抑制自身反應性B 細胞的增殖和自身抗體的產生，限制NK細胞和自然殺傷T（natural killer T，NKT）細胞的功能，抑制樹突狀細胞（dendritic cell，DC）的分化和抗原提呈以及巨噬細胞的聚集[20-21]。

3.1.2 旁分泌

MSC 可以分泌多種抑制炎癥的細胞因子，發揮免疫抑制作用。其中，吲哚胺2，3-二氧化酶（indoleamine-2，3-dioxygenase，IDO）和一氧化氮（nitric oxide，NO）的作用尤為重要。IDO 可以消耗周圍環境中的色氨酸，而色氨酸對于T 淋巴細胞的增殖具有重要作用；同時，IDO 作用于由IFN-γ 介導的輔助性T 細胞1 分化的中間環節，使原始CD4＋T 細胞無法向輔助性T 細胞1 分化。此外，IDO 與前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）協同作用可以抑制NK 細胞的活性[22-24]。此外，IFN-γ 可以刺激MSC 產生NO，NO 可以抑制T 細胞的活化[25]。

3.2 MSC 的免疫調節功能

MSC 的免疫調節功能見圖2。許多研究表明，MS 的發病與體內輔助性T 細胞17 和調節性T 細胞的平衡被打破有關。正常人體內，介導免疫耐受的調節性T 細胞與參與自身免疫的輔助性T 細胞17 處于動態平衡狀態；而MS 患者體內這一平衡被打破，輔助性T 細胞17 與調節性T 細胞的比值顯著高于正常人群，導致自身免疫對機體的破壞[26]。MSC 可以促進調節性T 細胞的增殖，恢復輔助性T 細胞17 與調節性T 細胞的正常比值[27-29]。另有研究發現，MSC 移植后，EAE 模型動物體內自身反應性輔助性T 細胞1 和輔助性T細胞17 的占比均下降，而調節性T 細胞的占比明顯上升，說明MSC 移植有助于降低致炎性細胞的水平，同時提高抑炎性細胞的水平，從而使疾病狀態下的免疫細胞紊亂恢復正常[30]。

此外，MSC 還可以作用于DC。DC 作為主要的抗原呈遞細胞，可將存在于髓鞘的自身抗原呈遞給T 細胞，引發髓鞘的破壞。MSC 可以抑制DC 的成熟和功能，從而減少其對自身抗原的呈遞[31-32]。

3.3 MSC 的神經保護和修復功能

圖1 MSC 的免疫抑制功能

圖2 MSC 的免疫調節功能

MSC 具有在特定環境下分化為神經細胞的功能，這對于受損神經修復的研究具有重要意義。已有研究發現，經鼠尾靜脈注射MSC 后，可在鼠腦內各部位檢測到MSC 的分布，同時可在其表面發現類似于小膠質細胞及星形膠質細胞的特征分子[33]，說明MSC 可透過血腦屏障進入腦內，并在此分化為神經細胞。有研究認為，MSC 能否通過血腦屏障，取決于血腦屏障有無損傷，在無血腦屏障損傷的靈長類實驗動物中，MSC 不能通過血腦屏障[34]。

除了分化為神經細胞修復受損神經外，MSC還可通過旁分泌細胞因子，如轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）和 趨 化因子CX3CL1 等，抑制異常的小膠質細胞和星形膠質細胞的活化和增生[30,35]，并能調節小膠質細胞的極化[36]，形成有利于神經修復的微環境，促進內源性軸索的生成以及加速髓鞘修復的進程，從而發揮神經保護的作用[37-38]。

4 MSC 移植的潛在弊端

MSC 基本不表達主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）Ⅱ類分子及共刺激分子如CD40 和CD80 等，因其注射入動物體內后不會產生免疫排斥反應，所以長期以來被視為理想的移植物。然而，近年來的研究發現，MSC 可在炎癥環境下經誘導產生MHC Ⅱ類分子，這意味著MSC 移植仍然存在誘發免疫排斥反應的可能性，值得研究人員深入探索[39]。此外，部分動物實驗發現，MSC 移植不僅無法改善EAE模型動物的癥狀，還會加劇癥狀，導致疾病惡化，這可能與MSC 在體內促進CD8＋T 細胞分泌白細胞介素2，進而促進IFN-γ 的產生有關[40-41]。由此提示，MSC 移植作為潛在的MS 治療手段，其安全性和有效性仍需通過大量實驗予以驗證。

5 總結

近年來，MSC 作為潛在的治療MS 的新手段，已獲得了廣泛的關注。大量研究證實，MSC 借助其免疫抑制、免疫調節和神經保護及修復功能，在MS 治療中可取得較好的療效。然而，目前醫學界對于MSC 的應用時相、劑量和周期均缺乏統一標準，從而限制了MSC 的臨床應用，并且對于MSC 應用的安全性仍需作進一步的驗證。為此，今后有必要進一步開展相關的大樣本、多中心的隨機對照臨床研究。

總之，MSC 有望在MS 的治療中獲得廣泛的應用。