間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)來源于胚胎發(fā)育早期的中胚層,是一種異質(zhì)性的細(xì)胞群體,機(jī)體內(nèi)的MSCs包含自胚胎發(fā)育早期及之后不同發(fā)育階段的干細(xì)胞及分化后代。人體幾乎所有的組織都含有MSCs,多種組織和器官中MSCs含量豐富,如骨髓、脂肪、牙髓、臍帶和胎盤等,普遍具有自我更新能力、多向分化潛能和免疫調(diào)節(jié)等功能。
根據(jù)www.ClinicalTrials.gov網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)表明,截至2022年3月,全球已注冊1100項(xiàng)基于間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床試驗(yàn),80%以上的臨床試驗(yàn)處于臨床Ⅰ期和Ⅱ期,15%左右處于臨床Ⅲ期階段。
不僅可以分化為中胚層來源的細(xì)胞類型,包括心肌細(xì)胞,血管內(nèi)皮細(xì)胞,成脂、成骨和成軟骨等細(xì)胞,也可以轉(zhuǎn)分化為消化道上皮細(xì)胞、肺細(xì)胞、腸道上皮細(xì)胞、肌肉細(xì)胞等內(nèi)胚層來源的細(xì)胞,還可以轉(zhuǎn)分化為表皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等外胚層來源的細(xì)胞(圖1)。
多向分化機(jī)制能夠幫助干細(xì)胞治療哪些疾?。?/div>
目前,充分的科學(xué)研究已經(jīng)證明,間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過多向分化機(jī)制改善或治療
骨關(guān)節(jié)炎、心腦血管疾病、腎功能不全、I型糖尿病、神經(jīng)退行性疾病、肝功能不全、皮膚傷損和肌腱損傷
等疾病。
旁分泌作用
間充質(zhì)干細(xì)胞旁分泌作用可以產(chǎn)生大量的可溶性細(xì)胞因子、趨化因子和生長因子等促進(jìn)組織損傷的修復(fù),通常被認(rèn)為是間充質(zhì)干細(xì)胞參與組織損傷修復(fù)的主要機(jī)制。
研究發(fā)現(xiàn),間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)參與
免疫調(diào)節(jié)、血管新生、抗細(xì)胞凋亡、抗氧化、抗纖維化和趨化作用
等多個(gè)生物學(xué)進(jìn)程(圖2)。一種因子可參與多個(gè)生物學(xué)進(jìn)程的調(diào)控,如血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(VEGF)既參與血管新生,也參與到抗細(xì)胞凋亡的進(jìn)程。
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免疫調(diào)節(jié):
相關(guān)因子間充質(zhì)干細(xì)胞可產(chǎn)生多種免疫調(diào)節(jié)因子,無論對自體還是同種異體的免疫細(xì)胞,無論對固有免疫細(xì)胞還是獲得性免疫細(xì)胞都能發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。
血管新生相關(guān)因子:
間充質(zhì)干細(xì)胞移植后,可有效改善動(dòng)物模型的心肌梗死和冠狀動(dòng)脈性心臟病,MSCs發(fā)揮作用的機(jī)制是誘導(dǎo)血管新生和動(dòng)脈生成。
抗凋亡相關(guān)因子:
間充質(zhì)干細(xì)胞既可以直接產(chǎn)生抑制細(xì)胞凋亡的蛋白,也可以通過旁分泌作用影響細(xì)胞凋亡的信號通路。MSCs產(chǎn)生的抑制細(xì)胞凋亡蛋白包括B細(xì)胞淋巴瘤因子2、存活素和蛋白激酶B。
抗纖維化相關(guān)因子:
研究發(fā)現(xiàn),間充質(zhì)干細(xì)胞的抗纖維化作用與免疫調(diào)節(jié),促進(jìn)血管新生和抗炎等協(xié)同發(fā)揮作用,間充質(zhì)干細(xì)胞對多種組織纖維化疾病模型都有很好的治療效果。
趨化作用相關(guān)因子(歸巢性:
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),無論是靜脈回輸移植還是局部組織注射,MSCs具有快速遷移到機(jī)體炎癥發(fā)生部位并滯留在炎癥部位發(fā)揮抗炎和免疫調(diào)節(jié)的作用。
自體或外源性間充質(zhì)干細(xì)胞,在機(jī)體面臨缺血、缺氧或組織損傷等因素的刺激下,能定向趨化性遷移,越過血管內(nèi)皮細(xì)胞至靶向組織并定植存活的過程稱為“歸巢”。
免疫調(diào)節(jié)作用
間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用具有很強(qiáng)的可塑性,間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用,主要通過兩種方式:一種是旁分泌細(xì)胞因子,另外一種是細(xì)胞與細(xì)胞間直接接觸依賴的機(jī)制。
MSCs無論對固有免疫細(xì)胞包括自然殺傷細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等,還是對獲得性免疫細(xì)胞包括T細(xì)胞和B細(xì)胞等,都有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)作用。
固有免疫細(xì)胞:
固有免疫(innate immunity)是機(jī)體在種系發(fā)育和進(jìn)化過程中形成的天然免疫防御功能,具有反應(yīng)快速、非特異識別、無細(xì)胞增殖、無免疫記憶和維持時(shí)間短等特點(diǎn),也稱為非特異性免疫,是機(jī)體抵御病原體入侵的第一道屏障。MSCs通過旁分泌作用參與調(diào)控的固有免疫細(xì)胞類型包括自然殺傷細(xì)胞(NK)、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等(圖3B)。
細(xì)胞間物質(zhì)傳輸
胞外囊泡(EVs)是一類重要的細(xì)胞間傳輸介質(zhì),在細(xì)胞與細(xì)胞之間物質(zhì)傳輸和信號交流方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。MSCs產(chǎn)生的胞外囊泡其內(nèi)包裹的生物活性物質(zhì)具有免疫調(diào)節(jié)作用,還可對多種組織損傷進(jìn)行修復(fù)。
胞外囊泡:
MSCs能夠產(chǎn)生和釋放多種類型的囊泡
統(tǒng)稱為胞外囊泡,根據(jù)其大小、來源途徑和組成成分的不同,可分為外泌體、微泡和凋亡小體三種類型。
外泌體來自于晚期的內(nèi)涵體,直徑介于30~130nm,膜性囊泡內(nèi)包裹著信使RNA(mRNA)、微小RNA(miRNA)、脂質(zhì)體和蛋白質(zhì)等大量生物活性物質(zhì)(圖5A)。
間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體在多種疾病治療的臨床試驗(yàn)中均顯示出與間充質(zhì)干細(xì)胞移植類似的治療作用,其療效具有劑量依賴性。外泌體代替間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行疾病治療,可避免移植的間充質(zhì)干細(xì)胞不能通過肺部毛細(xì)血管而被截留的問題,更加安全有效外泌體能越過血腦屏障,在治療腦部疾病方面具有無可比擬的優(yōu)勢。
展望
深入研究間充質(zhì)干細(xì)胞的作用機(jī)制,可充分利用和發(fā)揮間充質(zhì)干細(xì)胞生物學(xué)特性方面的優(yōu)勢,為疾病治療提供新的策略。
相信隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展,干細(xì)胞必將引發(fā)醫(yī)療變革,成為繼藥物、手術(shù)后的第三種治療方式,一系列傳統(tǒng)手段難以治療的疑難雜癥也終將會(huì)被干細(xì)胞逐步取代與救治。
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