間充質干細胞的功能特點及治療類風濕關節炎的相關研究進展

達古拉 謝先達 王靜

[摘要] 間充質干細胞（MSCs）具有自我更新能力和多向分化潛能，在免疫調節、控制炎癥和修復軟骨破壞等方面有重要作用。MSCs產生大量可溶性膜結合因子，其中一些可抑制免疫應答，誘導免疫耐受，發揮重要的免疫調節作用。由于MSCs的生物學特性和免疫調節作用，在動物試驗和臨床研究中均證實了MSCs治療類風濕關節炎的有效性與安全性。本文針對MSCs的功能特點和治療類風濕關節炎方面的相關研究進展進行簡要綜述。

[關鍵詞] 間充質干細胞;類風濕關節炎;治療;免疫調節

[中圖分類號] R593.22? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）02（c）-0040-04

[Abstract] Mesenchymal stem cells （MSCs） have self-renewal ability and multi-directional differentiation potential， and they play an important role in immune regulation， inflammation control and cartilage destruction. MSCs produce a large number of soluble membrane-binding factors， some of which inhibit immune responses， induce immune tolerance， and exert important immunomodulatory effects. Due to the biological characteristics and immunomodulatory effects of MSCs， the efficacy and safety of MSCs in the treatment of rheumatoid arthritis have been confirmed in animal experiments and clinical studies in recent years. This article briefly reviews the functional characteristics of MSCs and the related research progress in the treatment of rheumatoid arthritis.

[Key words] Mesenchymal stem cells; Rheumatoid arthritis; Treatment; Immune regulation

類風濕關節炎（RA）是一種常見的慢性炎性自身免疫病，全球發病率為0.5%～1%，國內患病率為0.2%～0.5%[1]。主要累及全身小關節，以滑膜增生、炎癥細胞浸潤以及滑膜血管翳形成為主要病理特征，是致殘率較高的疾病，嚴重影響RA患者的生活質量。目前類風濕關節炎的治療手段日新月異，但傳統的RA治療藥物如糖皮質激素、緩解風濕病情藥（DMARDs）以及非甾體抗炎藥（NSAIDs）副作用明顯，不能改變疾病進程。近年來，新興生物制劑效果顯著，然而致癌性和誘發加重感染的副作用也日漸增多。此外，經濟因素也限制了新興生物制劑的使用。盡管生物制劑聯合傳統DMARDs治療類風濕關節炎有效，但并不能對損傷關節進行骨修復。隨著間充質干細胞（MSCs）治療領域的發展，MSCs在類風濕關節炎中的應用成為目前研究熱點。MSCs具有分化為骨和軟骨的能力，可修復受損組織。同時抑制促炎因子，減輕炎性反應，還具備抗纖維化和免疫調節等作用[2]，為RA的治療帶來新方向和新思路。

1 MSCs的功能與特點

MSCs最初來源于骨髓，還可從外周血、脂肪組織、滑膜和其他中胚層組織中分離出來。MSCs是一種具有多向分化潛能的非造血干細胞，能夠分化成各種間充質譜系，包括軟骨細胞、成骨細胞和脂肪細胞等[3]。自身反應性T細胞和炎性細胞因子[腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等]在滑膜炎癥和骨破壞中起重要作用，而這種短期和長期接觸炎性刺激物（細胞因子）等導致的組織損傷通常主要由MSCs分化的間充質譜系細胞修復[3-4]。此外，MSCs還參與受損組織和器官的自我修復和自我更新過程。很多關于成骨不全和軟骨缺損等疾病的臨床前和臨床研究已經證明了這些細胞的治療潛力[5]。由于MSCs具有多種分化能力和抗炎特性，在移植物抗宿主病、系統性紅斑狼瘡、多發性硬化癥等自身免疫病中均安全有效[6-7]。

1.1 MSCs的免疫調節作用

骨髓MSC（BM-MSC）可以對先天性和適應性免疫細胞發揮廣泛的調節作用。MSCs通過對有絲分裂原（如植物血凝素或伴刀豆球蛋白A）或抗體（抗CD2/CD3/CD28）的反應抑制CD4+T細胞增殖、活化，減少炎性細胞因子分泌[8-9]。BM-MSC還可誘導經典CD4+CD25 hiFOXP3+調節T細胞的分化并維持其免疫抑制功能[10]，因此對機體多種免疫細胞和細胞因子具有負向調節作用，能夠維持穩定的外周免疫耐受[11]。此外，還可干擾B淋巴細胞的分化與增殖，通過抑制趨化因子受體（CXCR）4和CXCR5表達，抑制B細胞向炎癥部位的趨化和抗體分泌[12]。

與先天免疫細胞一樣，MSCs使抗原提成細胞分泌促炎細胞因子如γ-干擾素（IFN-γ）和TNF-α減少，誘導單核細胞轉化為具有抗炎活性的巨噬細胞從而促進白細胞介素-10（IL-10）分泌。MSCs還可抑制中性粒細胞凋亡及活性氧（ROS）產生，通過抑制IL-2分泌抑制自然殺傷細胞（NK）細胞毒性和IFN-γ分泌，減弱固有免疫應答，抑制炎性反應進程。MSCs還可通過直接接觸或分泌一些細胞因子，如吲哚胺2，3-雙加氧酶（IDO）可將必需氨基酸色氨酸催化成犬尿氨酸，影響各種細胞蛋白質合成，導致細胞增殖受抑[13]。MSCs介導的其他細胞因子包括轉化生長因子-β（TGF-β）、血紅素氧合酶（HO-1）和人白細胞抗原-G5（HLA-G5）等可溶性細胞因子，作用于宿主細胞至損傷炎癥部位，從而發揮其免疫調節作用[14]。除了可溶性因子外，MSCs和T細胞之間的間接接觸也可抑制T細胞的功能，這些T細胞獲得以CD69持續表達為特征的調節表型，增加Treg相關基因的轉錄水平[15]。

1.2 MSCs的多向分化能力

1.2.1 MSCs向成骨細胞分化? MSCs具有很強的多向分化潛能和增殖能力，在適宜的體內或體外環境條件下可分化為成骨細胞和軟骨細胞并抑制破骨細胞生成。相關研究顯示[16]，單次靜脈注射MSCs可防止小鼠膠原誘導性關節炎中骨和軟骨發生嚴重和不可逆的損傷。IL-1主要通過Wnt-5α/Ror2通路有效地誘導人MSCs分化成成骨細胞，提示人MSCs經IL-1刺激后具有治療受損骨的潛在作用以及受損組織的自我修復[17]。有研究發現[18]，脂肪來源的干細胞（ADSCs）具有多能性，不僅具有強大的血管生成潛力，而且還具有通過IL-6和可溶性IL-6受體刺激分化為成骨細胞的潛力。

1.2.2 MSCs向軟骨細胞分化? 炎性環境破壞軟骨基質并誘導軟骨細胞凋亡，這導致軟骨中的不可逆缺陷，在軟骨退行性疾病[包括RA和骨關節炎（OA）]中難以修復。研究顯示[19]，軟骨含有具有類似MSC特征的軟骨形成祖細胞，這提示通過軟骨祖細胞向軟骨細胞的分化維持了軟骨的穩態，也使軟骨更新成為可能。由于MSCs存在于軟骨中并可分化為軟骨細胞，可有望成為軟骨修復的新工具。

1.2.3 MSCs抑制破骨細胞生成? 破骨細胞在骨吸收中起重要作用，導致RA的關節破壞。MSCs通過組成型骨保護素（OPG）抑制破骨細胞生成，骨保護素是RANKL的受體，可阻斷RANKL-RANK相互作用，對分裂和活化破骨細胞有重要作用[20]。用抗OPG抗體或OPG小干擾RNA處理后可部分恢復破骨細胞分化。通過向條件培養基中加入抗OPG抗體，可部分恢復破骨細胞的骨再吸收活性。并且產生OPG的MSCs和其他抑制因子也有利于抑制RA中的骨侵蝕[20]。

2 異基因MSCs治療RA研究進展

研究顯示[21]，在類風濕性關節炎動物模型（CIA）小鼠腹腔中注射異基因MSCs可減輕CIA小鼠關節炎癥，同時血清中IL-6、TNF-α分泌減少，IL-10分泌增加，延緩了CIA小鼠病程，抑制滑膜炎癥。此外，通過關節腔內注射UC-MSCs聯合TNF-α抑制劑可明顯減輕CIA大鼠關節炎癥狀，同樣抑制炎性因子分泌[22]。體外實驗同樣證實[23]，在CIA大鼠關節腔局部注射MSCs可產生TGF-β1，TGF-β1誘導淋巴結中Treg生成，從而抑制T細胞增殖和B細胞產生抗CⅡ IgG，抑制CIA的初始階段，改善CIA大鼠關節破壞。因此，MSCs具有免疫調節和組織修復等作用，可降低CIA鼠關節炎的發病率，為異基因MSCs移植在臨床中的應用提供了理論依據[24]。

在一項大規模非隨機對照試驗中，有172例對傳統經典藥物治療無反應的RA患者，其中136例靜脈內接受UC-MSCs（4×107個細胞），而36例僅接受普通溶劑輸注治療，同時所有患者均接受DMARDs治療。MSC輸注后大多數患者沒有任何副作用，并且接受DMARDs聯合MSCs的患者組顯示出疾病活動度明顯下降，檢測外周血Treg細胞數量增加[25]。體外實驗中，將MSCs與RA患者外周血單個核細胞混合培養可見到，MSCs可下調Th17水平[26]。因此，異基因MSCs移植有望成為治療RA的有效新途徑[27]。

3 異基因MSCs治療RA所面臨的問題與挑戰

在前期的動物實驗和臨床研究中，都提示MSCs具有治療自身免疫病的潛力。但作用機制至今仍未徹底闡明，且在動物試驗和臨床應用中仍存在一些問題亟待解決。MSCs易受周圍環境影響，并且在急性炎性風暴中，會改變MSCs的免疫調節功能同時會使移植存活率下降。導致異基因MSCs在移植宿主內由抗炎作用轉變為致炎作用。因此，關于MSCs在CIA動物模型中的作用仍有很大爭議。有學者認為[28]，在佐劑誘導關節炎模型的急性進展期，MSCs并未起到治療作用，反而加重了關節炎評分和關節病理損傷評分。

如何提高異基因MSCs移植的治療效果？至少有3種不同的策略在臨床前模型中看起來有希望：①MSCs的轉基因工程以過表達與特定疾病模型相關的蛋白質，如實驗性自身免疫性腦脊髓炎中的睫狀神經營養因子;②在體內給藥前體外預處理MSCs，如缺氧性疾病的缺氧預處理;③使用組織特異性標志物進行MSCs靶向標記，如CD44表面受體的酶促修飾，使用生物化學技術將歸巢分子偶聯到細胞表面[29]。但這些方法并不是臨床應用，目前只是處于實驗階段。如何與臨床應用緊密連接起來，仍需要大量實踐去證實。

異基因MSCs移植作為一種新興的治療手段，由于其本身生物學特性以及炎性微環境導致其免疫調節功能失調等方面，使臨床應用面臨著巨大的問題與挑戰。因此，如何提高異基因MSCs在宿主體內的存活率、保證MSCs長期有效地在宿主體內發揮抗炎作用和免疫調節作用，是臨床應用實踐中要解決的關鍵問題，能夠為異基因MSCs治療RA提供更多的理論依據和支持。

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（收稿日期：2019-09-17? 本文編輯：王曉曄）