間充質(zhì)干細胞治療自身免疫病的探索與前景*

劉毅 林輝

(四川大學華西醫(yī)院風濕免疫科， 四川 成都 610041)

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·專家述評·

間充質(zhì)干細胞治療自身免疫病的探索與前景*

劉毅 林輝

(四川大學華西醫(yī)院風濕免疫科， 四川 成都 610041)

自身免疫病是一類免疫應(yīng)答異常激活，自身免疫耐受失衡的異質(zhì)性疾病。目前治療仍以傳統(tǒng)藥物為主，難以根治，且有較多毒副作用。間充質(zhì)干細胞(MSCs)是一群具有低免疫原性和免疫調(diào)節(jié)功能的細胞，可從骨髓和其他組織中成功分離出來，通過分泌調(diào)節(jié)分子和細胞-細胞直接接觸，調(diào)節(jié)免疫，誘導(dǎo)免疫耐受。因此，MSCs逐漸成為自身免疫病細胞治療的理想來源。近年來，動物試驗和臨床研究證實了MSCs治療自身免疫病的有效性和安全性。本文結(jié)合本科室研究成果，就MSCs的免疫調(diào)節(jié)特性和MSCs治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)、系統(tǒng)性硬化癥(SSc)和類風濕關(guān)節(jié)炎(RA)的研究成果做一述評并提出展望。

間充質(zhì)干細胞；自身免疫?。坏兔庖咴?；免疫調(diào)節(jié)

執(zhí)行編委簡介：劉毅，教授，博士生導(dǎo)師，四川大學華西醫(yī)院風濕免疫科主任。從事風濕免疫性疾病基礎(chǔ)及臨床研究30余年，對風濕免疫性疑難重癥疾病的診治具有豐富的臨床經(jīng)驗。曾在芬蘭國立衛(wèi)生研究所、美國田納西大學健康科學中心、康奈爾大學醫(yī)學院附屬特殊外科醫(yī)院風濕科進行多年“自身免疫性疾病發(fā)病機制”的研究?，F(xiàn)為中國醫(yī)師協(xié)會風濕免疫科醫(yī)師分會副會長，中華醫(yī)學會風濕病專業(yè)委員會常任委員，中華醫(yī)學會風濕病專業(yè)委員會四川省分會主任委員，四川省學術(shù)技術(shù)帶頭人，四川省衛(wèi)計委學術(shù)技術(shù)帶頭人，美國風濕病學院(ACR)會員，《西部醫(yī)學》常務(wù)編委。目前已培養(yǎng)碩士、博士研究生40余名，負責國家“十一五”重大科技攻關(guān)項目、衛(wèi)生部臨床學科重點建設(shè)項目、國家自然科學基金、四川省衛(wèi)生廳重點項目等各級科研課題10余項。先后獲解放軍科技進步一等獎、四川省科技進步一等獎。多次參加國際會議并進行論文交流，發(fā)表國際國內(nèi)高水平論文50余篇。

自身免疫病是一類免疫應(yīng)答異常激活，自身免疫耐受失衡的異質(zhì)性疾病。其發(fā)病機制尚未完全明確，由于淋巴細胞功能異常導(dǎo)致多種細胞因子及多種自身抗體產(chǎn)生，進一步損傷組織、臟器。因此，調(diào)節(jié)異常免疫，重建免疫耐受，是治療自身免疫病的主要方向。目前，絕大多數(shù)自身免疫病治療仍以糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑等傳統(tǒng)藥物為主，但具有較多毒副作用，且難以根治，容易復(fù)發(fā)。過去十多年中，造血干細胞移植(hematopoietic stem cell transplantation，HSCT)治療重癥自身免疫病方面的療效，為患者帶來了曙光。遺憾的是，異基因HSCT需要大劑量環(huán)磷酰胺預(yù)處理，相關(guān)死亡率高，并且在移植后易出現(xiàn)移植物抗宿主病(graft-versus-host disease，GVHD)，而自體HSCT雖然較前者安全，但疾病復(fù)發(fā)率高，從而限制了其臨床應(yīng)用。因此，尋找新的細胞治療策略具有重要的臨床意義。近年來，間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)逐漸進入人們視野，成為治療自身免疫病的一種新模式。本文就MSCs的免疫調(diào)節(jié)特性及其在治療自身免疫病的探索性研究做一述評并提出一些展望。

1 MSCs的生物學特性

MSCs是一群不具備造血功能，而具有多向分化潛能的基質(zhì)前體細胞，不僅定居于骨髓，也可從骨骼肌、脂肪、牙齒、滑膜、胎盤、臍帶等其他組織成功分離[1]。早期大多研究關(guān)注骨髓來源的MSCs(bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BM-MSCs)，但其取材相對困難，需行侵入性操作，增加供者痛苦，而且，骨髓中MSCs含量極低，存在于萬分之一的有核細胞中。相比之下，臍帶和脂肪組織則含有更充足的MSCs，且獲取方法簡單方便，成為更好的MSCs來源。雖然不同組織來源的MSCs存在免疫表型、增殖能力、分化能力和基因表達差異，但也具有很多相似的生物學共性[2]。MSCs僅表達非特異性表面標志CD105、CD90和CD73，不表達造血細胞表面標志，如CD34、CD45、CD14、CD11b、CD19[3]，而且，MSCs僅表達中等水平MHCⅠ類分子，不表達MHCⅡ類分子、HLA-DR和共刺激分子CD40、CD80和CD86[4]。因此，MSCs具有低的免疫原性，即使用第三者的MSCs移植，也不會被排斥，這就可以解決在異基因HSCT中HLA不相合的問題，也使其成為異基因干細胞移植的合適來源。MSCs還能合成營養(yǎng)介質(zhì)，調(diào)節(jié)造血功能、細胞信號和免疫應(yīng)答。

2 MSCs的免疫調(diào)節(jié)特性

MSCs不僅通過自我更新分化參與組織損傷修復(fù)，而且還能與免疫細胞相互作用調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答[5]。在固有免疫應(yīng)答中，MSCs不僅可抑制中性粒細胞凋亡及活性氧產(chǎn)生，還可以通過細胞-細胞直接接觸抑制NK細胞細胞毒活性及IFN-γ分泌，誘導(dǎo)單核細胞轉(zhuǎn)化為抗炎表型巨噬細胞，促進IL-10產(chǎn)生，從而削弱固有免疫應(yīng)答，抑制炎癥進展，保護組織免于免疫損傷[6]。在適應(yīng)性免疫應(yīng)答方面，大量體內(nèi)和體外試驗證明，MSCs可分泌前列腺素E2(PGE2)、吲哚胺2，3-雙加氧酶(IDO)、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)等[7]，抑制CD4+T細胞、CD8+T細胞、幼稚和記憶T細胞增殖分化和前炎癥細胞因子產(chǎn)生，維持T細胞穩(wěn)態(tài)和存活[8]，促進Treg細胞擴增，誘導(dǎo)免疫耐受[9]。除此之外，MSCs還可與血管內(nèi)皮相互作用調(diào)節(jié)循環(huán)中白細胞的募集[10]。在體外MSCs與內(nèi)皮細胞共培養(yǎng)模型中，BM-MSCs和臍帶來源MSCs(umbilical cord-derived mesenchymal stem cells，UC-MSCs)可有效下調(diào)內(nèi)皮細胞對細胞因子TNF-α的反應(yīng)[11]，而UC-MSCs較BM-MSCs有更強的抑制作用。因此，MSCs具有調(diào)節(jié)異常免疫，誘導(dǎo)免疫耐受的特性，這就意味著MSCs可作為一種“內(nèi)生炎癥調(diào)節(jié)劑”應(yīng)用于自身免疫病的臨床治療。

3 MSCs治療自身免疫病

MSCs的低免疫原性及免疫調(diào)節(jié)活性，非常適合細胞治療。近年來已有多項試驗探索MSCs治療自身免疫病的有效性，包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)、系統(tǒng)性硬化癥(systemic sclerosis,SSc)、類風濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)等，均取得了較好的療效和良好的安全性，為自身免疫病治療提供了新的機遇。

3.1 MSCs治療SLE MSCs在治療MRL/lpr狼瘡鼠時，顯示出較環(huán)磷酰胺更好的療效。MSCs輸注可顯著降低MRL/lpr小鼠血清自身抗體ANA、dsDNA和免疫球蛋白IgG1、IgG2a、IgG2b和IgM水平，并能提升血清白蛋白水平。而環(huán)磷酰胺治療僅能部分降低自身抗體和IgG2a濃度，并不能改善IgG1、IgG2b和IgM水平。MSCs還能改善腎損傷，減少IgG沉積，甚至完全恢復(fù)腎功能，而環(huán)磷酰胺雖然也能減少IgG沉積，但并不能恢復(fù)腎功能[12]。有人認為，這種作用是通過抑制TNF家族的B細胞活化因子(BAFF)，抑制B細胞過度活化來完成的[13]。進一步研究結(jié)果提示，異基因MSCs較狼瘡小鼠同基因MSCs治療效果更優(yōu)[14]；健康人群BM-MSCs和UC-MSCs較狼瘡患者BM-MSCs更有效緩解MRL/lpr小鼠病情[15]。由此可見，異基因MSCs移植治療SLE安全、有效、可行[16]。臨床上，BM-MSCs和UC-MSCs已用于重癥難治性SLE患者治療。研究顯示，異基因BM-MSCs或UC-MSCs治療87例傳統(tǒng)治療無效的活動性SLE患者，隨訪4年，患者生存率為94%，臨床緩解率為50%，SLEDAI評分、血清抗體、白蛋白、補體水平均明顯改善，23%患者治療后復(fù)發(fā)，無移植相關(guān)副作用發(fā)生[17]。一項Ⅱ期多中心試驗給予16名難治性SLE患者注射異基因UC-MSCs，隨訪2年，患者疾病活動度顯著改善，狼瘡腎炎緩解，伴Treg細胞擴增和Th1/Th2細胞因子平衡[18]。我國多中心臨床研究顯示，異基因UC-MSCs治療40例活動性SLE患者，治療后生存率為92.5%，隨訪12月，其中32.5%患者臨床緩解，27.5%患者部分緩解，僅17.5%患者在治療后6月復(fù)發(fā)[19]。現(xiàn)有資料表明，MSCs移植治療SLE患者，雖有復(fù)發(fā)，但總的療效令人滿意。

3.2 MSCs治療SSc 由于SSc缺少經(jīng)典的動物模型，MSCs抗纖維化的經(jīng)驗主要來自博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型。多項動物試驗顯示，注射BM-MSCs或UC-MSCs治療該模型小鼠，可減輕炎癥和纖維化，抑制TGF-β、IFN-γ、TNF-α和膠原沉積，減少病死率[20-21]。MSCs治療SSc患者的研究較少。2011年Keyszer等[22]報道，5例SSc患者接受異基因MSCs治療后，皮膚狀況改善，肢端潰瘍好轉(zhuǎn)，且均無嚴重副作用。Akiyama等[23]報道MSCs可引起T細胞凋亡，Treg細胞擴增，從而誘發(fā)免疫耐受，緩解病情。近年，我們也嘗試用異基因UC-MSCs移植聯(lián)合傳統(tǒng)藥物(小劑量糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑)治療SSc患者，共完成22例，取得了較好的療效。這些患者中女性18例，男性4例，皮膚彌漫型12例，皮膚局限型10例，治療共輸注4次MSCs，單次1×106個細胞/kg，移植過程均無不良反應(yīng)，無移植相關(guān)死亡。MSCs移植后隨訪12周，聯(lián)合治療組相較于單純常規(guī)治療組，皮膚厚度減低，肢端潰瘍縮小，甲襞微循環(huán)改善，疾病活動度降低。雖然本研究樣本量小，但也為SSc患者的免疫細胞治療提供了新的證據(jù)。

3.3 MSCs治療RA BM-MSCs或UC-MSCs靜脈或腹膜注射治療DBA/1小鼠，IL-6、TNF-α水平下降，IL-10水平上升，Treg細胞回升，關(guān)節(jié)炎活動度顯著降低[24-25]。說明不同來源MSCs，不同治療方法，均可抑制膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎免疫反應(yīng)。然而，不同種屬關(guān)節(jié)炎小鼠模型異基因輸注的結(jié)果并不盡人意。DBA/1小鼠接受BALB/c小鼠BM-MSCs后關(guān)節(jié)炎癥狀反而加重[26]。還有研究顯示，BM-MSCs僅能抑制佐劑性關(guān)節(jié)炎啟動階段，而對完全成模的小鼠無效[27]。上述研究提示，MSCs對周圍環(huán)境異常敏感，且環(huán)境因素可以改變MSCs的治療潛能。體外使用TNF-α預(yù)處理小鼠MSCs即可逆轉(zhuǎn)其免疫抑制功能[28]。若MSCs暴露于含有高水平炎癥因子的關(guān)節(jié)環(huán)境，可能喪失免疫調(diào)節(jié)功能。將對MSCs在RA中的臨床應(yīng)用提出挑戰(zhàn)。

4 小結(jié)和展望

現(xiàn)有的動物試驗和臨床研究都說明了MSCs用于治療自身免疫病的潛能；其優(yōu)點在于能使免疫重建，支持造血，誘導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)及免疫耐受，更重要的是MSCs的低免疫原性，不會被排斥。此外，費用低，操作方便，易推廣等優(yōu)點使MSCs移植有更廣闊的應(yīng)用前景。然而，MSCs治療自身免疫病的作用機制及操作流程仍需進一步探討。

4.1 MSCs的可塑性 MSCs的免疫調(diào)節(jié)和誘導(dǎo)免疫耐受的特性并不是一成不變的。MSCs周圍環(huán)境可能干擾其行為，已有大量證據(jù)表明不論是炎癥環(huán)境中的細胞因子還是與靶細胞的相互作用，都可以改變MSCs效應(yīng)功能[29]，甚至使其由抗炎表型MSCs2向促炎表型MSCs1轉(zhuǎn)化。MSCs治療RA動物模型結(jié)果的爭議也說明了這一點。而且，體內(nèi)其他危險信號、細菌成分也可能潛在影響MSCs免疫調(diào)節(jié)能力。因此， MSCs的可塑性，MSCs的表型轉(zhuǎn)換還需深入研究，以便正確評估MSCs治療條件，合理篩選病人。

4.2 MSCs的歸巢 不同自身免疫病受累靶器官不同，不同患者器官損傷程度也各不相同。因此，盡可能使MSCs歸巢到受累靶器官，減少無目標效應(yīng)和安全風險，是一個需要解決的重要問題。有研究報道，MSCs注入后定植于肺和腎臟[30]，可以解釋MSCs治療減少狼瘡小鼠尿蛋白，減輕博來霉素誘導(dǎo)小鼠肺纖維化的原因。因此，如何引導(dǎo)MSCs靶向歸巢于受累器官或定位注射MSCs于受累器官也是我們未來研究的方向。

4.3 試驗設(shè)計 目前研究報道雖然肯定了MSCs治療自身免疫病的療效，但是大多臨床試驗為治療前后的對比研究，缺少合適的安慰劑對照，且樣本量少，因此很難客觀地評價MSCs的有效性。我們需要擴大樣本，尋找基線平行的安慰劑對照組，設(shè)計合理的隨機對照試驗，以便比較MSCs移植與傳統(tǒng)治療，MSCs移植聯(lián)合免疫抑制劑與單用免疫抑制劑之間的臨床療效差異。相信隨著研究的不斷深入，MSCs在自身免疫病上的廣泛應(yīng)用將變?yōu)楝F(xiàn)實。

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Mesenchymal stem cells therapy for autoimmune diseases: discovery and prospect

LIU Yi, LIN Hui

(DepartmentofRheumatologyandImmunology,WestChinaHospital，SichuanUniversity，Chengdu610041，China)

Autoimmune diseases are a group of heterogeneous diseases characterized by aberrant activation of the immune system with failure of the immune tolerance. Current systemic therapies show adverse side effects, and are rarely curative for patients with autoimmune diseases. Multipotent mesenchymal stem cells (MSCs), isolated from bone marrow and other sites, display low immunogenicity and immunomodulatory properties, which they exert through soluble mediators and through direct cell-cell contact. MSCs appear as ideal tools to treat autoimmune diseases. The current data from animal experiments and clinical trials have confirmed MSCs efficacy and safety in the treatment of autoimmune diseases. In this review, we highlight the immunomodulatory properties and the recent development of MSCs therapies for systemic lupus erythematosus, systemic sclerosis and rheumatoid arthritis.

Mesenchymal stem cells; Autoimmune diseases; Low immunogenicity; Immunomodulatory properties

國家自然科學基金(81102274)；四川省科技廳國際合作項目(2014HH0027)；成都市科技攻關(guān)項目(10GGYB644SF-023)

R 593.2

A

10.3969/j.issn.1672-3511.2016.11.001

2016-07-01； 編輯： 張文秀)