間充質干細胞(MSC)在臨床上的應用越來越受到重視。然而，目前臨床試驗的絕大多數(shù)結果都不能滿足醫(yī)療需求。與胚胎干細胞以及誘導的多能干細胞和造血干細胞不同，MSC具有自己獨特的功能特征。因此，與治療相關的MSC生物學特性的一些問題需要在未來的臨床應用中進行深入探討。在這一視角下，我們重點研究了MSCs的基本和重要的生物學特性，然后分析了MSC的臨床應用。我們試圖為MSC治療策略的優(yōu)化提供合理的解釋，以改進治療。

01、MSC的功能特性

基于三個功能特性：體外具有多項分化潛能、免疫調節(jié)作用(低免疫原性)、促進組織器官的修復，MSC備受臨床醫(yī)生和科學家的關注。最近的20年涌現(xiàn)出了大量的基礎研究和臨床研究的科研成果，歐盟、日本、加拿大、新西蘭、韓國、我國臺灣等國家地區(qū)都批準MSC為干細胞藥品上市。干細胞療法曾被視為萬能藥(cure-all)[1]。理論上, 胚胎干細胞(ESC)和iPS可能是萬能藥，但是MSC肯定不是。然而，由于細胞生物學和傳統(tǒng)藥理學之間的差異，MSC作為藥物面臨著巨大的臨床挑戰(zhàn)，必須在臨床上證明自己的療效[2]。最近，一篇綜述討論了培養(yǎng)基、細胞來源、培養(yǎng)環(huán)境和存儲方式的選擇對MSC產(chǎn)品的表型和臨床用途的影響，明確提出細胞質量和細胞數(shù)量是MSC臨床應用的兩大關鍵因素[3]。本文結合MSC的功能特性，深入分析MSC療法的機理和可能影響因素，試圖為MSC治療策略的優(yōu)化提供合理的解釋，以改進治療。

02、不同供體和組織來源的MSC存在變異性(異質性)

MSC存在于多種組織中，包括骨髓(BM)、脂肪(AD)、臍帶血(UBC)、臍帶(UC)、羊膜(AM)和牙髓(DP)。基本上，來自不同組織來源的MSCs共享相同的細胞表面標記[4]和三項分化能力[5]。雖然它們具有相同的基本功能特征，但它們之間的功能強度仍存在差異，如細胞大小、增殖潛能、分泌的細胞因子和免疫抑制。

來自不同組織的MSC群體在其基因表達和分化能力方面存在巨大差異[6]。人脂肪MSC與人骨髓MSC在發(fā)育學、生物學、臨床前和臨床應用方面存在著一定的差異[7]?；虮磉_數(shù)據(jù)顯示，來自臍帶和羊膜的MSC具有更高的免疫調節(jié)能力，而骨髓MSC顯示出更好的支持再生過程的潛力，例如神經(jīng)元的分化和發(fā)育[8]。由于小鼠/大鼠的遺傳背景高度一致，因此小鼠/大鼠來源的MSC的比較數(shù)據(jù)更有意義和更有說服力。與骨髓MSC相比，脂肪MSC顯示出更高的增殖活性，血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)和肝細胞生長因子(HGF)的產(chǎn)生比骨髓MSC更多，從而可以更好地治療小鼠腦缺血模型[9]。具有高增殖率的脂肪MSC比來自相同大鼠的骨髓MSC表達更高的Nestin和神經(jīng)營養(yǎng)因子[10]。在相同的培養(yǎng)體系下，馬骨髓MSC的群體倍增時間(PD)在大約27個PD(第10代)后顯著增加，并且骨髓MSC在第11代停止增殖，而馬臍帶MSC和脂肪MSC實現(xiàn)了大約60-80個總的群體倍增(第20-22代)[11]。馬組織來源的MSC實驗還表明，在相同的培養(yǎng)條件下，骨髓MSC比脂肪MSC和臍帶MSC衰老早得多。

除了組織的多樣性，利用健康人骨髓MSC開展細胞治療之時，還需考慮到供體的變異性導致MSC在增殖動力學方面的差異[12]。來自多個捐贈者的人骨髓MSC在集落形成、細胞大小、增殖能力和免疫抑制能力方面有很大差異[13]。因為骨髓細胞的CFU-F隨著年齡的增長而減少[14-16]，導致無法補充祖細胞[17-21]，因此CFU-F實驗亦用于評估MSC質量[22]。衰老的MSC有一些變化：質量下降、分化/再生能力降低、遷移能力降低[23]。

幾個小組已經(jīng)證明，來自老年捐贈者的MSC在人[24-26]和大鼠[27, 28]中的增殖速度都較慢。在老年供者的樣本中SA-β-Gal陽性(細胞衰老的標記物)的骨髓MSC數(shù)量增加[29]。生物活性氧是正常氧代謝的天然副產(chǎn)品，在細胞信號轉導和穩(wěn)態(tài)中具有重要作用[30]。隨著年齡的增長，MSC的強大抗氧化活性逐漸降低[31]。在細胞形態(tài)學方面，來自老年供體的MSC在體外培養(yǎng)時，MSC胞體比年輕的MSC大得多[25, 32, 33]，而胞體的變大與細胞衰老密切相關[34]。年齡相關衰老的骨髓MSC降低表達細胞表面標記物CD13，CD29，CD44，CD73，CD90，CD105，CD146和CD166[35, 36]。此外，與大鼠的年輕MSC相比，機體的衰老對MSC的增殖、多潛能和代謝特征產(chǎn)生負面影響，老化的MSC在體外擴增過程中明顯丟失了其祖細胞特征和降低了抗氧化能力[28]。有趣的是，MSC分化為脂肪細胞、成骨細胞和軟骨細胞的能力是一個基本的生物學特征，不受年齡的影響[37]。此外，MSC的骨形成能力與體外分化能力無關[37-40]。

03、復制性衰老導致了大規(guī)模培養(yǎng)擴增的MSC的細胞質量下降

MSC的體外培養(yǎng)擴增不可避免地經(jīng)歷復制性衰老[35, 41-43]，伴隨著基因組不穩(wěn)定性[44-47]，這是MSC細胞治療行業(yè)一個嚴重的障礙。MSC在長期培養(yǎng)過程中出現(xiàn)衰老，隨后改變其代謝特征[28, 48]，這種代謝特征的改變與線粒體融合和裂變事件相關[28, 49, 50]。復制次數(shù)的增多，常常伴隨著衰老過程中的遺傳損傷的積累增多[51]，減弱了干細胞的可用性和功能[52]。需要注意的是，因為接種起始MSC細胞濃度不一樣，即使經(jīng)過相同的擴增代數(shù)，細胞的復制周期是不一致的。復制性衰老與復制周期相關，而和代數(shù)的關系沒那么大。細胞核型分析顯示，骨髓MSC在第18代時發(fā)生染色體異常和端粒酶縮短[53]，而臍帶MSC在30代之前保持染色體穩(wěn)定[54]。然而，也有研究顯示人類MSC似乎是遺傳穩(wěn)定的，在長期培養(yǎng)后沒有顯示染色體異常，并且不具有致瘤性[53, 55]。有趣的是，由天然修復蛋白質組成的血小板裂解物能支持人骨髓MSC的長期培養(yǎng)擴增，具有穩(wěn)定染色體的作用[56]。

經(jīng)過長期的細胞培養(yǎng)，骨髓MSC出現(xiàn)復制性衰老的表現(xiàn)是低增殖率，衰老相關的β-半乳糖苷酶出現(xiàn)高活性，DNA修復和抗氧化能力降低，p53和p16的表達增強[57]。p16INK4a的表達和β-半乳糖苷酶的活性與細胞面積有很強的相關性，第5代的人骨髓MSC的面積是第1代的4.8倍[58]。這些發(fā)現(xiàn)可用于開發(fā)基于非侵入性成像的新方法，以篩選和定量臨床級細胞培養(yǎng)中的老化[58]。然而，另一項實驗表明，p53和p16基因的表達在第15代中沒有明顯變化[59]。高代數(shù)的MSC也表現(xiàn)出p21的表達增加[60]，p21是細胞周期蛋白依賴性激酶的抑制劑，并且敲除高代數(shù)MSC中的p21會增強MSC增殖能力[60, 61]。

骨髓MSC在培養(yǎng)到第9代時，就出現(xiàn)80%的SA-gal陽性細胞，即80%的MSC已經(jīng)衰老了[35]。另一個實驗室在培養(yǎng)牙髓MSC在傳代10-11時出現(xiàn)約40%的SA-gal陽性MSC[19]。傳代相關衰老的差異可能歸因于不同的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)[62, 63]。此外，高代數(shù)的MSC能觸動更多的即時血液介導的炎癥反應[64]并激活補體途徑[64, 65]，限制了它們在體內(nèi)的存活和發(fā)揮功能。

衰老的MSC經(jīng)歷了明顯的遺傳和表觀遺傳變化[66-69]。大量證據(jù)表明miRNAs在調節(jié)干細胞功能中起重要作用[70]。干細胞的衰老也與miRNAs表達失調有關，已發(fā)現(xiàn)miR-335和miR-195在骨髓MSC衰老中起關鍵作用，改變它們的表達可以逆轉MSCs的治療效果[71, 72]。有兩項研究通過微陣列或定量PCR方法證明了長期培養(yǎng)的骨髓MSC，會出現(xiàn)衰老相關miRNA表達譜的改變[35, 73]。對人臍帶MSC和臍血MSC早期(P4代)和晚期(P11代)傳代的microRNA圖譜分析表明，來自臍帶血和臍帶血的MSC的衰老機制可能不同[74]。高代數(shù)(P13-P22)MSC分泌的微囊泡(MVs)(<500 nm)小于低代數(shù)(P3-P7)MSC，伴隨CD105+MSC-MVs減少和miR-146a-5p增加[75]。

如上所述，長期細胞培養(yǎng)可能會降低MSC的治療效果。例如，來自大鼠骨髓的低代數(shù)(P4)MSC比高代數(shù)(P40)MSC在體外誘導分化為多巴胺能樣細胞的效率更高[76]。與低代數(shù)(P2-3)MSC相比，高代數(shù)(P7)MSC的條件培養(yǎng)基顯示其神經(jīng)保護功能降低[77]。使用大鼠疾病模型，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)擴增的小鼠MSC的心臟保護作用隨著傳代數(shù)量的增加而降低，并在第5代時喪失[78]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，人骨髓MSC的復制性衰老是由于泛素C(UBC)表達降低所致[79]。多聚(ADP-核糖)聚合酶-1(PARP-1)通過依賴于損傷響應激酶ATM的復雜信號機制來響應DNA損傷而被激活[80]。低代數(shù)(P2-3)表達較高水平PARP-1的人骨髓MSC比高代數(shù)(P>10)的MSC對輻射或遺傳毒劑誘導的DNA損傷具有更強的抵抗力[81]。PARP-1在低傳代MSCs中的敲除導致對輻射誘導的凋亡的敏感化[81]。因此，在MSC長期培養(yǎng)中刺激UBC和PARP-1的表達是延緩復制性衰老的有效途徑。雖然第3代MSC的大規(guī)模培養(yǎng)可以滿足臨床應用的需要[82]，但我們也需要注意大規(guī)模培養(yǎng)過程中發(fā)生的細胞復制衰老[35, 66]。那么，在實際操作中，應該選取哪一代的MSC開展臨床研究?顯而易見的是，不同的培養(yǎng)工藝，MSC出現(xiàn)復制性衰老的代數(shù)會不一樣。有些實驗室培養(yǎng)MSC到第7代就明顯出現(xiàn)復制性衰老，有些實驗室培養(yǎng)到第10代才出現(xiàn)明顯的復制性衰老。

04、不同組織來源的MSC具有不同的免疫調節(jié)能力

一些綜述已經(jīng)闡述了MSC和免疫細胞之間相互作用的可能機制[83-87]。MSC具有強大的免疫抑制潛力，這與劑量呈正相關，然而，工業(yè)化的大規(guī)模培養(yǎng)的MSC在3期試驗中卻未能有效治療激素難治性急性GVHD[88]。一篇綜述分析了可能原因：供體差異，表觀遺傳重編程，免疫原性和冷凍保存[89]。另一項關于MSC治療激素難治性GVHD的系統(tǒng)綜述和meta分析發(fā)現(xiàn)，MSC單次治療后6個月的存活率為63%，并且與患者的年齡、MSCs培養(yǎng)液或提供的MSCs劑量沒有差異[90]。但即使MSC具有強大的免疫調節(jié)潛能，MSC在GVHD的3期臨床失敗的原因仍需深入研究和調查。

長期培養(yǎng)是否損害了MSC的免疫調節(jié)功能?目前的研究結果并不一致?；隗w外實驗，MSC的免疫抑制作用從第2代到第7代沒有明顯區(qū)別[91]。也有研究發(fā)現(xiàn)人臍帶MSC從第4代到第9代之間的免疫調節(jié)功能有下降的趨勢[92]。有爭議的是，第15代人臍帶MSC的抑制活性高于第3代[93]。然而，在抗藥性GVHD患者中，接受健康捐贈者低代數(shù)MSC(P1-2)的患者1年生存率為75%，而使用高代數(shù)MSC(P3-4)的患者1年生存率為僅21%[94]。長期培養(yǎng)(從P3到P7)對大鼠骨髓MSC的免疫豁免沒有任何明顯的影響[95]。

有研究提示臍帶和羊膜來源的MSC的免疫調節(jié)能力明顯優(yōu)于骨髓和臍血來源[96]。脂肪MSC的免疫調節(jié)能力也明顯優(yōu)于骨髓MSC[97-99]。然而，最近的一項研究表明，脂肪MSC顯示出比來自相同供體的骨髓MSC略高的免疫抑制能力，但是沒有統(tǒng)計學差異[100]。這一結果與小鼠實驗一致，即來源于同一個小鼠的脂肪MSC和骨髓MSCs在抑制T細胞增殖的免疫抑制能力上沒有差異[101]。有趣的是，MSC的免疫調節(jié)能力和自身的增殖潛力之間沒有明顯的關系[13, 102]。因此，我們需要明確影響MSC免疫抑制能力的因素，然后選擇免疫抑制能力最強的MSC用于免疫性疾病的治療。

05、癥環(huán)境可能不利于MSC發(fā)揮治療作用

與傳統(tǒng)的化學藥物不同，MSC是一種與環(huán)境相互作用的活細胞。在某些條件下，MSC可能作為促炎細胞，并交叉呈現(xiàn)可溶性外源抗原作為其抗原呈遞細胞特性的一部分[85, 103]。干擾素-γ刺激骨髓MSC上調MHC-II分子的表達，并將外源性抗原呈遞給T細胞[96, 104]。有趣的是，炎癥環(huán)境并沒有增加來自臍帶、臍帶血和羊膜的MSC的HLA-DR表達[8, 96, 105-107]。動物實驗表明，干擾素-γ與T細胞和巨噬細胞分泌的TNF-α聯(lián)合誘導骨髓MSC凋亡，從而抑制骨髓MSC對骨愈合的影響[108, 109]。炎性因子IL-2激活的NK細胞和CD3/CD28激活的T細胞均可通過Fas/FasL途徑誘導MSC凋亡[110, 111]。炎癥環(huán)境也可以增加HLA-DR的表達，從而加速MSC的清除[96]。炎性細胞因子也通過誘導BECN1的表達協(xié)同誘導MSC自噬，這削弱了MSC治療實驗性自身免疫性腦脊髓炎的療效[112]。有爭議的是，在用干擾素-γ[113, 114]或白細胞介素-17[115]預處理后，骨髓MSC的治療效果增強。高水平的血清干擾素-γ可以預測活動期類風濕關節(jié)炎患者對骨髓MSC治療的良好臨床反應[116]。與正常脊髓組織提取物相比，慢性損傷脊髓組織提取物顯著促進MSC分泌VEGF[117]。從創(chuàng)傷腦組織和缺血腦組織制備的提取物也可以促進MSC中各種神經(jīng)營養(yǎng)生長因子的表達[118, 119]。

急性肝功能衰竭的豬實驗發(fā)現(xiàn)，嚴重的炎癥環(huán)境限制了MSC的效果，因為MSC在嚴重炎癥的肝臟環(huán)境中存活率低[120]。MSC未能提高伴有全身性炎癥的慢加急性肝功能衰竭患者的存活率，但是減輕炎癥明顯有利于提高MSC的治療效果[121]。在一項MSC治療兒童激素難治性GVHD的多中心臨床研究中，MSC在疾病早期介入治療比晚期治療更有效[122]。這些數(shù)據(jù)清楚地表明，嚴重的炎癥環(huán)境可能會減弱MSC的治療效果。重要的是，同種異體MSC輸入可以誘導CD4+和CD8+T細胞的記憶表型[123]，這表明當相同來源的同種異體MSC重新輸注到患者體內(nèi)時，會發(fā)生更快的清除。如上所述，輸注的MSCs最終被宿主T細胞、NK細胞和巨噬細胞清除或殺死。因此，需要多次輸注骨髓間充質干細胞，以確保預期的顯著治療效果。

06、MSC輸入后的體內(nèi)分布

曾經(jīng)期待MSC輸注后可以像造血干細胞一樣在體內(nèi)長期存活，伴隨終身。然而，大量的研究表明輸入的MSC不能在活體中長時間存活[123-126]。肺臟是靜脈注射MSC需要跨越的首個屏障，因為由于肺血管系統(tǒng)的特性，大多數(shù)靜脈輸入的MSC被困在肺內(nèi)[127-129]。MSC靜脈輸注后1小時，約50-60%的MSC保留在肺內(nèi)，3小時后比例降至30%并維持96小時[130, 131]。在存在肺損傷的情況下，被困在肺中的MSC數(shù)量增加[124, 132]。當MSC滯留在肺臟時，MSC被局部微環(huán)境激活，分泌大量的抗炎因子TSG-6，這有利于減少炎癥和減少心肌梗死面積[132]。穿過肺臟后，MSC到達肝臟、腎臟和脾臟[26, 126, 127, 133-135]。狒狒實驗證據(jù)表明，經(jīng)外周靜脈輸入骨髓MSC，自體MSC和同種異體MSC的體內(nèi)分布沒有明顯差異[125]。與同基因或免疫缺陷小鼠相比，健康免疫完全異基因小鼠的MSC存活時間明顯縮短[123]。動物實驗表明，免疫系統(tǒng)負責清除輸入的MSC。MSC幾乎不表達MHC II類分子(HLA-DR)，這個MHC II類分子主要是引起免疫反應，為何MSC離開機體內(nèi)原來存在位置的微環(huán)境后，終究會被機體免疫細胞清除掉?不管是血管內(nèi)注射還是局部注射，MSC都不能長期存活。

已證明MSC表達多種細胞表面粘附分子[136, 137]和參與MSC遷移和粘附的蛋白酶[138, 139]。與骨髓MSC相比，臍血MSC更容易通過肺部，因為臍血MSC胞體更小，并且表達的CD49f和CD49d水平明顯高于骨髓MSC[133]。有趣的是，用硝普鈉預處理后，肺微血管系統(tǒng)中的MSC截留明顯減少[126, 128]。這種現(xiàn)象歸因于硝普鈉產(chǎn)生的一氧化氮(NO)引起的血管擴張，增加了血液流量，隨后導致MSC快速通過肺部。因此，硝普鈉預處理有效增強了MSC修復CCl4誘導的小鼠肝纖維化的治療效果[140]。在一項臨床試驗中，用111In-oxine(放射性示蹤元素)標記的自體骨髓MSC通過外周靜脈注入失代償期肝硬化患者，標記的MSC首先在肺中積累，然后在接下來的幾小時到幾天內(nèi)逐漸轉移到肝臟和脾臟[141]。

動物實驗也證明，直接注射到組織中的MSC在體內(nèi)同樣不能維持長期存活，如腦[142, 143]，關節(jié)腔[144, 145]，心肌[146, 147]。頸動脈注射MSC也存在同樣的現(xiàn)象[148-150]。由于操作簡單，MSC頸動脈注射被用于治療腦部疾病，但是需要注意形成細胞團后導致的微小血管的栓塞。局部微量注射到大鼠腦紋狀體的骨髓MSC可以沿著已知的途徑遷移到胼胝體和大腦皮層，遷移途徑類似神經(jīng)干細胞遷移到大腦的連續(xù)層[142]和腦血管[143]。通過靜脈注射的人MSC也可以跨越血腦屏障遷移到創(chuàng)傷性腦損傷大鼠的受損皮質邊緣[151]，可能是因為腦外傷后血腦屏障的通透性增加[152]。出乎意料的是，人骨髓MSC和大鼠骨髓MSC通過大鼠的頸內(nèi)動脈輸送后，在脾臟、腎臟、肝臟中同時發(fā)現(xiàn)了人MSC和大鼠MSC的存在，這說明MSC經(jīng)過頸內(nèi)動脈后遷移到內(nèi)臟組織[149, 150]。

07、優(yōu)化MSC治療方案

治療策略應包括足夠劑量的MSC、治療途徑、治療時機，和/或與其他藥物的聯(lián)合。MSC的質量與不同的培養(yǎng)體系和來源密切有關，甚至直接影響到MSC的動物實驗和臨床研究結果[63]。MSC的臨床前研究數(shù)據(jù)并不能很好地指導臨床應用的方案確定。在臨床研究中，每個患者使用的MSC數(shù)量從4000個到數(shù)億個不等。局部介入治療的最低劑量發(fā)生在用4500個MSC治療的股骨頭壞死的臨床病例[153, 154]。糖尿病肢體大皰性疾病的介入治療最高劑量為8.6億個MSC[155]。全身輸液量一般為(1-10)x106/kg。目前臨床靜脈輸入的最高劑量出現(xiàn)在MSC與造血干細胞共同移植時，劑量為10x106/kg[156]。有趣的是，一項meta分析表明，劑量并不影響接受單次輸注MSC治療的急性GVHD患者的存活率[90]。理論上，MSC的最佳劑量取決于不同的疾病和移植途徑，可能存在一個范圍，在這個范圍內(nèi)，劑量越高，療效越好。

MSC在分布和代謝上與傳統(tǒng)藥物有很大不同，在健康和病體中的分布也是不同的，因為MSC能夠主動趨化到損傷部位。在動物實驗中，傳統(tǒng)藥物需要多次給藥以維持穩(wěn)定的血藥濃度，而現(xiàn)在尚未意識到MSC也需要多次注射來維持一定的有效細胞濃度。人們期望MSC只用一次移植就能治愈一些疾病，就像造血干細胞一樣。事實上，研究表明，用于治療心臟病的MSC治療，只有不到1%的移植細胞在注射后1周內(nèi)存活[157, 158]，這意味著需要多次輸注來維持治療效果。如果進行一次治療，低劑量和高劑量MSC之間的療效沒有差異[159]。反復輸注MSC導致肝衰竭疾病更好的臨床結果[160, 161]，而單一的MSC治療未能產(chǎn)生明顯的長期(48周)療效[162]。值得注意的是，當MSC治療與藥物[159]和其他治療[163, 164]相結合時，將獲得良好的臨床結果。此外，盡管新鮮和冷凍的骨髓MSC都具有相同的生長特征，但來自新鮮骨髓MSC具有更高的活力[165]。

此外，在使用MSC治療不同疾病時，需要更多的證據(jù)來確定最佳劑量。我們先前已經(jīng)討論過MSC治療GVHD的策略優(yōu)化[166]。即使患者具有相同的體重，在治療免疫性疾病和其他疾病時，MSC的劑量也可能不同。因此，MSC的劑量與疾病的亞型密切相關。例如，IV型GVHD可能需要比II型更高劑量的MSC。這一假設需要在未來的臨床研究中得到證實。

08、分化可能不是MSC的治療機制

干細胞生態(tài)位(龕，Niche)是指與干細胞相互作用以調節(jié)細胞命運的微環(huán)境，相當于干細胞的窩，例如骨髓中的造血干細胞生態(tài)位[167-170]，毛囊中的毛囊干細胞生態(tài)位[171-173]，以及隱窩堿基中的腸道干細胞生態(tài)位[174-176]。這個干細胞生態(tài)位的主要功能是錨定和滋養(yǎng)干細胞，既避免干細胞的快速耗竭，同時避免過度旺盛的干細胞增殖[177]。一般情況下，干細胞在其生態(tài)位中保持靜止狀態(tài)。當接收到刺激信號時，周圍的微環(huán)境促進干細胞自我更新或分化成子細胞以形成新的組織[178]。如果患者的自體造血干細胞被藥物或輻射殺死，騰出空間來接納移植進來的造血干細胞，在這個生態(tài)位里面，新移植進來的造血干細胞才能發(fā)揮再生整個血液和免疫系統(tǒng)的功能[179]。

MSCs已被證明在體內(nèi)[180, 181]和體外[182]可分化為成骨細胞。在嚙齒動物成骨發(fā)育不全(OI)模型中，在骨髓MSC移植之前對骨進行照射處理，這有助于骨髓MSC歸巢到骨質生態(tài)位中，然后向成骨分化[183, 184]。干細胞生態(tài)位提供干細胞的穩(wěn)態(tài)微環(huán)境，控制干細胞的增殖活動，維持干細胞群體。但身體內(nèi)的MSC生態(tài)位在哪里?有研究提示MSC生態(tài)位類位于血管周圍，并與血管密度相關[185-187]。骨髓MSC在體內(nèi)的動態(tài)分布表明，如果受者的骨髓未經(jīng)藥物或輻射處理，則只有約0.4%的注入MSC能夠遷移到骨髓中[126, 133]。因此，可能MSC只有遷移到骨髓的血管周圍空間時(MSC生態(tài)位)才能避免機體免疫系統(tǒng)對MSC的清除，從而有機會向成骨分化。這也解釋了為何不管是血管內(nèi)注射還是局部注射，MSC都不能長期存活。

絕大多數(shù)輸入的MSC并不能長期存活，這也是MSC安全性的一個重要原因，而且MSC的治療機制是由于分泌的可溶性因子[13, 188-192]，例如改善心力衰竭的VEGF[193]，HGF用于多發(fā)性硬化癥[194]和肝臟疾病[195, 196]，IGF-1和EGF用于傷口修復[197]。這些因子通過減少炎癥和減少組織細胞的凋亡或通過刺激組織內(nèi)源性干細胞的增殖和分化來增強受損組織的修復[198-201]。此外，MSC通過分泌營養(yǎng)分子來支持造血，包括細胞因子和生長因子[202-204]，這已被動物模型實驗所證實[198, 205-207]?；隗w內(nèi)動態(tài)分布，MSC更有可能通過“觸摸即走(touch and go)”[83]或“擊中即跑(hit and run)”[191]機制發(fā)揮其治療作用，在遷移到受損器官后，MSC分泌應激誘導的治療分子或直接與靶細胞相互作用，然后被機體清除。

09、健康人和疾病患者的MSC

基本上，所有含有結締組織的器官都含有MSC[208]。MSC具有強大的免疫抑制能力，為什么自身免疫性疾病仍然會發(fā)生在人類身上?不斷有證據(jù)表明，從自身免疫性疾病患者分離出來的MSC具有形態(tài)和一些功能的異常[209-215]。來自再生障礙性貧血[214]，多發(fā)性骨髓瘤患者[213]，系統(tǒng)性紅斑狼瘡[209]，類風濕性關節(jié)炎[215]和特發(fā)性血小板減少性紫癜(ITP)患者[212]的骨髓MSC的免疫抑制功能有不同程度的受損。與健康人真皮來源的MSC相比，銀屑病患者真皮MSC在P3和P5代表現(xiàn)出異常的與炎癥和基本細胞活性相關的基因表達模式[216]。轉錄組分析揭示了來自多發(fā)性骨髓瘤患者的骨髓MSC在細胞周期、免疫調節(jié)功能和成骨細胞分化方面有異常改變[217]。此外，自體骨髓MSC輸入治療未能改善系統(tǒng)性紅斑狼瘡的疾病活動進展[210]。那么自身免疫性疾病的發(fā)生和MSC的免疫抑制功能異常有沒有關聯(lián)，誰是因，誰是果?可能是MSC免疫抑制能力受損未能抑制自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展。

此外，股骨頭壞死患者骨髓MSC的增殖和成骨分化能力降低[218-220]，這可能與自體骨髓中MSC的異常lncRNA表達譜[218]和FZD1基因的異常CpG島甲基化[221]有關。雖然骨髓MSC在臨床相關劑量下對化療藥物的殺傷具有一定的抵抗性[222, 223]，但大劑量化療藥物會對骨髓基質造成嚴重損害，從而導致造血支持能力顯著降低[224-228]。

010、總結和展望

自1995年首次臨床應用以來[229]，MSC已被用于治療多種疾病。然而，MSC的療效并不令人滿意，特別是在大規(guī)模的3期臨床試驗中未能達到預期的效果。在查閱大量MSC細胞生物學和臨床研究文獻的基礎上，總結出影響MSC療效的三個重要因素，即MSC的細胞質量、治療策略和疾病適應證的選擇。

如上所述，來自不同組織來源的MSC具有一定的功能差異，主要表現(xiàn)在增殖能力、分泌的細胞因子譜、衰老表型和免疫調節(jié)方面，這可能與最佳治療效果密切相關。但是如何定義MSC的質量呢?這是一個非常重要的問題，同時也很難澄清。也許“生物學效力”(Bio-Efficiency)這個術語能很好的描述MSC的細胞質量。生物學效力廣泛應用于醫(yī)學藥理學和疫苗等領域。MSC有兩個驚人的功能：對不同免疫細胞的免疫調節(jié)和促進組織再生的能力。MSC的免疫調節(jié)機制與修復組織的機制明顯不同。因此，生物學效力必須與特定的疾病相聯(lián)系。

生產(chǎn)培養(yǎng)工藝上的差異導致了MSC功能特征的變異性，包括其最先被證明的成骨分化和支持造血的能力[230]，這表明需要優(yōu)化標準化制造程序[231]。更重要的是，為了在未來的大規(guī)模臨床試驗中獲得令人滿意的結果，研究者需要關注培養(yǎng)MSC的質量和治療策略，而且不同的疾病，其對應的治療策略也應該不同。而MSC供應商則需要關注整個MSC生產(chǎn)制備工藝，在“質量源于設計(QbD)”的指導原則下，提供穩(wěn)定的高品質的MSC產(chǎn)品。

參考文獻：暫不提供