間充質干細胞的鑒定、表征和組織來源及臨床應用

經過仔細研究，間充質干細胞/基質細胞（MSC）在再生醫學中具有巨大的潛力。憑借其免疫調節和再生特性，間充質干細胞在臨床領域有著廣泛的應用。間充質干細胞具有多譜系分化、旁分泌信號傳導的特性，并且可以從各種組織中分離出來，這使得它們成為在許多器官系統中應用的關鍵候選者。為了強調MSC治療對一系列臨床適應癥的重要性。

本綜述重點介紹了大多數試驗報告中針對肌肉骨骼、神經、心血管和免疫系統的間充質干細胞特異性研究。此外，還包括臨床試驗中使用的不同類型間充質干細胞的更新列表，以及每種類型間充質干細胞的關鍵特征。提到的許多研究都圍繞間充質干細胞的特性，例如外泌體的使用以及間充質干細胞與其他細胞類型的共培養。值得注意的是，間充質干細胞的臨床用途并不局限于這四個系統，間充質干細胞的修復、再生或調節其他患病或受傷的器官系統的功能仍在不斷被測試。這篇綜述提供了臨床試驗中間充質干細胞的最新匯編，為間充質干細胞治療領域的改進鋪平了道路。

背景

間充質干細胞/基質細胞（MSC）是具有自我更新、多譜系分化和免疫調節能力的成體干細胞。間充質干細胞可以從多種來源分離，包括骨髓、脂肪組織、臍帶、臍帶血、胎盤以及其他組織來源。最初，間充質干細胞被鑒定為骨髓中造血干細胞的基質細胞或支持細胞。

MSC易于分離且易于獲取，使其成為不同臨床應用的理想來源。大量研究展示了MSC在炎癥調節中的免疫調節和穩態作用，通過細胞間接觸和旁分泌信號傳導展示了這種免疫調節作用。間充質干細胞還表現出生長因子分泌，并且可以流向受傷區域。

這些特性加上易于體外擴增，使間充質干細胞成為實驗研究、臨床前研究和臨床試驗的合適候選者。當前的綜述簡要討論了來自不同組織來源的間充質干細胞的關鍵特征，并總結了肌肉骨骼、神經、心血管和免疫修復治療潛力的關鍵證據，強調了間充質干細胞在治療所考慮的每個器官系統內的一些常見疾病方面的臨床效用。

間充質干細胞的鑒定、表征和組織來源

國際細胞治療學會 (ISCT) 制定了定義間充質干細胞/基質細胞的四個最低標準，其中包括成纖維細胞樣形態、塑性粘附、多譜系和分化為成骨細胞、脂肪細胞和軟骨細胞的多潛能能力，以及表達細胞表面蛋白 CD73、CD90和CD105，并且缺乏譜系特異性標記CD45、CD34、CD14、CD19、CD11b和HLA-DR的表達。在早期的研究中，間充質干細胞主要是從骨髓中獲得的。然而，隨著間充質干細胞研究的擴大，人們發現了其他組織來源，包括脂肪組織、胎盤、羊水、臍帶、牙髓等。此外，這些不同的來源產生了具有獨特特征的間充質干細胞。

骨髓間充質干細胞（BM-MSCs）被認為是應用最廣泛的，并表現出MSCs的所有典型特征。根據 ClinicalTrials.gov 提供的數據，與任何其他來源的MSC相比，該來源的細胞已用于更多的臨床試驗。然而，它們并不容易獲得，因為捐贈者必須經歷通常從髂嵴抽取骨髓的痛苦且侵入性的過程。這促使研究人員尋找更容易大量獲得的間充質干細胞的替代來源。

脂肪組織已成為同種異體間充質干細胞的主要替代來源之一，并且由于其易于分離且可在大量組織中獲得，可用于獲取足夠的原代細胞，因此正在得到廣泛研究。脂肪間充質干細胞（Ad-MSCs）可以分化成各種類型的細胞，如脂肪細胞、成骨細胞、肌細胞、軟骨細胞、神經細胞、肝細胞、上皮細胞。Ad-MSC的表征揭示了非經典標記的識別，包括CD36、CD200和CD274。Ad-MSC需要更大劑量的生長因子（TGF-β和IGF-1）才能具有與BM-MSC中觀察到的相當的軟骨形成分化能力。

源自胎盤的間充質干細胞來源廣泛且數量豐富。除了表達滿足ISCT最低標準的經典細胞表面標志物外，胎盤MSC (P-MSC) 還對UEA-1（BM-MSC呈陰性）、CD166、CD73、CD44、CD105、CD29和HLA呈陽性。同時CD31、CD34、CD14、CD45和HLA-DR呈陰性。此外，這些細胞還表達腎素和flt-1，而BM-MSCs中不表達它們。胎盤間充質干細胞可以成功分化為多種細胞類型。然而，同一胎盤來源的間充質干細胞的增殖能力存在差異，一些胎盤細胞表現出超過20代的增殖能力，而另一些則僅在10至20代之間增殖。另一種合適的MSC替代來源是人羊水 (AF-MSC)。此外，源自該來源的間充質干細胞比骨髓間充質干細胞具有更好的自我更新能力，并且具有更高、更快的增殖能力。此外，它們具有更高的分化為肝細胞和表達肝臟特異性標記物的能力。此外，它們具有與BM-MSC相同的基因穩定性和免疫表型。

臍帶和臍帶血是一種方便的MSC來源，因為它易于采集，而且臍帶血來源的MSC（UCB-MSC）和BM-MSC在免疫表型和形態方面沒有顯著差異。然而，UCB-MSCs的CD105和CD90表達較低；與BM-MSC相比，集落頻率較低。此外，UCB-MSC不具有成脂分化能力。盡管如此，與BM-MSCs相比，UCB-MSCs可以培養更長時間并且具有更高的增殖能力。UCB來源的MSC的缺點是分離效率低。相反，臍帶源性間充質干細胞（UC-MSCs）的分離效率要高得多。UC-MSC在基因表達方面與BM-MSC相似：當比較兩種細胞類型之間豐富的轉錄本時，只有0.8%在UC-MSC中發現的標簽在BM-MSC中沒有發現。另一方面，在 BM-MSC 中發現的標簽中只有2.9%在UC-MSC中沒有發現。

牙髓可以成為干細胞的有效來源，因為來自乳牙牙髓的干細胞比BM-MSC具有更高的增殖能力。此外，源自牙髓的干細胞 (DP-SC) 具有較高的堿性成纖維細胞生長因子、BMP-2、RUNX2和ALP基因表達。相比之下，BM-MSCs具有更高的成骨分化能力和更高的堿性磷酸酶表達。DP-SCs比骨髓基質干細胞表現出更強的牙源分化能力，并且具有更高的礦化率。此外，DP-SC表達多種干細胞嵴衍生的表面標記，如 GFAP、HNK-1、巢蛋白、P75和S-100，表明它們源自顱神經嵴細胞。

間充質干細胞的治療應用

最近的研究提供的證據表明，間充質干細胞不僅通過植入和分化發揮治療作用，還通過分泌對其他細胞發揮有益作用的生物活性分子來發揮治療作用。MSC的旁分泌作用可大致分為營養作用、免疫調節作用和化學吸引作用。具體而言，已知來自MSC的分泌因子介導血管生成、促有絲分裂、抗纖維化、抗細胞凋亡、抗疤痕形成和神經原性功能（圖1）。研究人員一直在眾多研究中積極使用間充質干細胞，clinicalTrials.gov上列出了超過1476項臨床試驗（截至2023年3月），其中大多數旨在治療肌肉骨骼、神經、心血管和免疫相關疾病（圖2）。參與每種疾病系統的再生或修復的關鍵分子參與者如圖所示（圖3）。

在這篇綜述中，我們將討論利用 MSC 治療這四種主要疾病類別的臨床前和臨床研究的結果。用于特定臨床應用的MSC的來源列于表1。

使用從Clinical Trials.gov獲得的MSC臨床試驗編號（截至2023年3月）繪制餅圖，并計算MSC試驗在不同疾病類別中的百分比分布

表1利用間充質干細胞治療各種臨床病癥的關鍵研究列表

結論

由于其多譜系分化、增殖能力、分泌因子以及相對容易從不同身體部位分離，MSC 可應用于多種情況。此外，人們還積極努力優化間充質干細胞的給藥和疾病治療技術。許多臨床試驗使用了不同劑量的MSC，比較了不同來源的MSC的有效性，使用MSC的外泌體代替實際細胞，并將MSC與其他物質/細胞結合。

盡管這篇綜述論文的重點是損害肌肉骨骼、神經、心血管和免疫系統的疾病，但間充質干細胞的臨床試驗并不局限于這四個系統，它們正在更多領域進行測試。因此，再生醫學中需要進一步研究間充質干細胞以有效治療疾病/病癥。

參考資料：Maldonado, V.V., Patel, N.H., Smith, E.E. et al. Clinical utility of mesenchymal stem/stromal cells in regenerative medicine and cellular therapy. J Biol Eng 17, 44 (2023). https://doi.org/10.1186/s13036-023-00361-9

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