间充质干细胞在临床上的应用

     2007年，英国科学家Anastasia 在Nature杂志上撰文指出：成体干细胞对人体自我修复和组织再生至关重要，成体干细胞的减少是人体衰老的主要原因。这一发现对于人类理解衰老过程以及干细胞移植具有重要的意义，这也是近年干细胞和再生医学研究蓬勃发展的原因。目前，科学家致力于发现和制造一种无伦理学限制、无免疫排斥、对供受者无损害、取材方便、纯度高而又保持生物特性的干细胞，以满足基础研究和临床应用的需要。间充质干细胞就是备受关注的一个成体干细胞群体。

北京大学第三医院风湿免疫科刘湘源

        1976年，Freidenstein首次发现在骨髓里存在一群不纯一的细胞群体，这种细胞在体外培养时贴壁生长，形态和成纤维细胞相似，呈克隆性增殖，并提出“骨髓间充质干细胞【mesenchymal stem cells, MSC】”的概念。经过近几年深入和广泛的研究，人类对间充质干细胞的生物学特性、来源、诱导分化、前期临床应用等取得了长足的进展。

        间充质干细胞是干细胞家族的又一重要成员，源于发育早期的中胚层和外胚层。间充质干细胞是一种具有自我复制能力和多向分化潜能的成体干细胞，属于非终末分化细胞，它既有间质细胞，又有内皮细胞及上皮细胞的特征。间充质干细胞在体外特定的诱导条件下，可分化为脂肪、软骨、骨、肌肉、肌腱、神经、肝、心肌、胰岛β细胞和内皮等多种组织细胞，连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能。不论是自体还是同种异源的间充质干细胞，一般都不会引起宿主的免疫反应。

        典型的人间充质干细胞一般具有如下生物学特性：细胞为成纤维细胞样，呈漩涡状贴壁生长，体外扩增至12代，细胞形态不发生明显改变，高表达间质细胞标记CD73（SH3，4）、CD105（SH2）、CD166，不表达造血细胞标记CD34、CD45。在适宜的诱导条件下，间充质干细胞能够较为容易地分化为软骨、成骨和脂肪细胞。目前，根据间充质干细胞的生物学特性，已建立骨髓、脂肪、脐血、脐带等多种组织来源间充质干细胞的分离、培养、扩增和鉴定的实验方法。

        间充质干细胞最早在骨髓中发现，随后还发现存在于人体发生、发育过程的许多种组织中。目前, 我们能够从骨髓、脂肪、滑膜、骨骼、肌肉、肺、肝、胰腺等组织以及羊水、脐带血中分离和制备间充质干细胞，用得最多的是骨髓来源的间充质干细胞。但骨髓来源的间充质干细胞存在以下问题：随着年龄的老化，干细胞数目显著降低、增殖分化能力大幅度衰退；制备过程不容易质控；移植给异体可能引起免疫反应；取材时对患者有损伤，患者有骨髓疾病时不能采集，即使是健康供者，亦不能抽取太多的骨髓。这都限制了骨髓间充质干细胞临床应用，使得寻找骨髓以外其他可替代的间充质干细胞来源成为一个重要的问题。

        2006年，我国科学家韩忠朝教授课题组在胎盘和脐带组织中分离出间充质干细胞，这种组织来源的间充质干细胞不仅保持了间充质干细胞的生物学特性，而且还具备如下优点：①胎盘和脐带中的干/祖细胞更原始，有更强的增殖分化能力。②免疫细胞较为幼稚，功能活性低，不会触发免疫反应及引起移植物抗宿主病。③干细胞易于分离，纯度高，无肿瘤细胞污染。④扩增时培养体系能统一，便于质控。⑤可制成种子细胞冷冻，多次使用，冷冻后细胞损失小。⑥潜伏性病毒和病原微生物的感染及传播几率比较低。⑦采集时对产妇及新生儿无任何危害及损伤。⑧采集方便，易于保存和运输，伦理学争议少。这种胎盘和脐带来源的间充质干细胞有可能成为骨髓间充质干细胞的理想替代物，并具有更大的应用潜能。2007年，韩忠朝教授课题组在天津建立世界上第一个胎盘和脐带间充质干细胞库，2008年，欧洲Cryo-save公司也宣布建库并开始存储，这些进展使得间充质干细胞的产业化制作和储存向前迈进了一大步，能为今后基础研究和临床应用提供更多、更有质量保证的间充质干细胞。

        鉴于间充质干细胞具有多向分化潜能、能支持造血和促进造血干细胞植入、调节免疫以及分离培养操作简便等特点，正日益受到人们的关注。随着间充质干细胞及其相关技术的日益成熟，临床研究已经在许多国家开展。作为种子细胞, 临床上主要用于治疗机体无法自然修复的组织细胞和器官损伤的多种难治性疾病；作为免疫调节细胞，治疗免疫排斥和自身免疫性疾病。

        最初的临床研究是1995年由Lazarus等人进行的，他们收集缓解期血液肿瘤患者的自体MSC，在体外扩增培养4~7周，然后再静脉注射入患者体内，患者被分为3组，分别给予不同剂量的MSC，注射后没有观察到毒副作用，提示MSC用于移植治疗安全可靠。随后自体MSC的临床报道逐渐增多，病种涉及放疗及化疗后造血重建、移植物抗宿主病（GVHD）、心脏系统疾病等，在这些报道中均证明临床经静脉输注安全可靠。

        然而自体间充质干细胞的应用过程中逐渐暴露了不便之处：例如扩增能力个体差异很大；潜在的肿瘤细胞污染风险；培养需要一定的时间，不能及时适应病情的需要等。这些制约了自体间充质干细胞的使用。2004年，Le Blanc等报道了首例半相合异基因间充质干细胞移植治疗GVHD获得成功，其后又报道了异基因配型不合的间充质干细胞移植治疗GVHD的有效性，并且认为在应用间充质干细胞治疗GVHD不需要严格的配型，其后又有多篇异基因未经配型的MSC治疗GVHD、促进造血重建的报道，其MSC来源涉及骨髓、脂肪、牙周等。美国FDA已批准了近60项临床试验，主要包括以下几个方面。

        1.造血干细胞移植：增强造血功能；促使造血干细胞移植物的植入；治疗移植物抗宿主病。

        2.组织损伤的修复：骨、软骨、关节损伤、心脏损伤；肝脏损伤；脊髓损伤和神经系统疾病。

        3.自身免疫病：系统性红斑狼疮、硬皮病、类风湿关节炎、血管炎、强直性脊柱炎、干燥综合征、白塞病、多肌炎/皮肌炎、原发性胆汁性肝硬化和炎性肠炎等。

        4.作为基因治疗的载体。

        其中移植物抗宿主病、克隆氏病的治疗在美国已经进入到三期临床阶段。我国已开始用间充质干细胞治疗临床上一些难治性疾病，如系统性红斑狼疮、系统性硬化症、类风湿关节炎、糖尿病、糖尿病足、肝硬化等，根据初步的临床报告，间充质干细胞对这些疾病的治疗都取得很明显疗效，部分患者摆脱了长期使用药物的困扰。

        间充质干细胞给未来的再生医学带来了新希望, 对间充质干细胞更深入的研究和临床应用必将在不远的将来造福人类。其中，胎盘和脐带来源的间充质干细胞具有分化潜力大、增殖能力强、免疫原性低、取材方便、无道德伦理问题的限制、易于工业化制备等特征，可能成为最具临床应用前景的多能干细胞。