6类间充质干细胞在治疗急性肝衰竭中的作用机制

急性肝衰竭(ALF) 是一种危及生命的疾病，其特征是肝细胞死亡和全身炎症反应的快速发展，导致高死亡率。尽管可以预防ALF并发症，但由于疾病进展迅速，治疗效果仍然有限。因此，有必要探索各种治疗方法。

近年来，间充质干细胞（MSC）治疗肝衰竭在全球研究中引起了相当大的关注。间充质干细胞可以通过直接分化为肝细胞样细胞，间接分泌可溶性因子以产生抗氧化、抗调节性细胞死亡、抗纤维化、抑制炎性反应、抑制免疫反应等作用，从而减轻肝脏损伤和提高生存率。

在本综述中，总结了不同来源的间充质干细胞的优缺点及其在急性肝衰竭治疗中的作用机制，为肝衰竭患者提供更多的选择。

介绍

急性肝衰竭（ALF）是一种危及生命的临床综合征，以肝细胞快速死亡为特征，伴有全身炎症反应和严重肝功能障碍，导致凝血功能障碍、肝性脑病和黄疸等严重并发症。

不幸的是，目前针对这种情况的临床治疗策略有限，并且常常产生不令人满意的结果。传统治疗方法如内科综合治疗和人工肝支持系统，往往无法根本上逆转肝衰竭的进程。肝移植虽然是最有效的治疗手段，但由于供体短缺、免疫排斥和高昂费用等问题，限制了其广泛应用。因此，寻找新的治疗手段成为迫切需求。

近年来，再生医学领域取得了重大进展，干细胞和仿生材料成为突出的研究领域。干细胞表现出多能分化潜力和无限增殖的能力。这些特性使它们能够修复受损组织、增强器官功能，因此通过移植治疗多种疾病具有重要前景。

干细胞可以根据其来源进行分类，包括胚胎干细胞和成体干细胞。成体干细胞从骨髓、脂肪组织和胎盘等多种组织中的未分化细胞中获得，具有来源丰富、免疫原性低、易于体外分离和培养等优点。

因此，越来越多的研究表明，间充质干细胞 (MSC) 疗法可以通过免疫调节作用、直接抗炎作用以及参与肝再生和肝损伤修复的进程在治疗各类肝衰竭中发挥巨大潜力，为肝衰竭患者提供一条新的途径。

不同来源间充质干细胞对急性肝衰竭治疗的作用机制

1.骨髓间充质干细胞（BMSCs）

骨髓是间充质干细胞最主要和最典型的来源，BMSCs是具有高度自我更新能力和多向分化潜能的干细胞群。通过抑制肝脏中的自然杀伤T（NKT）细胞和抑制炎症信号发挥免疫调节作用。

通过两项研究^【1.2】能够了解骨髓间充质干细胞还通过核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）增加肝脏血红素加氧酶1（HO-1）的表达，并通过促进肝细胞增殖来抑制肝细胞坏死。

通过另外两项研究^【3.4】中了解到骨髓间充质干细胞还能通过增加糖原合成、影响AKT/GSK-3β/β-catenin通路，有效促进肝脏再生，减少肝切除术后肝衰竭模型（肝切除率高达90%）的肝损伤。

AKT（蛋白激酶B，PKB）：是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，它在细胞生存和增殖中起着核心作用。

GSK-3β（糖原合酶激酶3β）：是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，通常在未激活状态下抑制多种细胞内信号通路。

β-catenin：是Wnt信号通路中的一个关键效应分子，它在未激活时会被GSK-3β等激酶磷酸化并随后被蛋白酶体降解。

AKT/GSK-3β/β-catenin通路的激活通常与细胞的增殖和存活相关，而通路的抑制则可能导致细胞功能障碍或细胞死亡。

通过^【5.6.7】三项机制研究表明：

• 骨髓间充质干细胞的治疗作用是通过可溶性旁分泌因子和细胞因子抑制炎症反应、促进肝细胞增殖和再生来实现的。
• 骨髓间充质干细胞衍生的外泌体作为重要的旁分泌因子，通过增加自噬标志蛋白微管相关蛋白轻链3(LC3)和Beclin-1的表达，促进自噬并减少急性肝衰竭（ALF）中的肝细胞凋亡。

2.脂肪组织来源的干细胞（ADSC）

脂肪组织目前被认为是干细胞的理想来源，脂肪间充质干细胞（ADSC）是具有多向分化能力的干细胞，可在体内和体外分化为HLC。 

研究表明与其他干细胞相比，脂肪间充质干细胞容易获取、无伦理问题、免疫排斥率低、可同种异体应用。

通过^【8.9】两项研究得知脂肪间充质干细胞最显著的优势包括收集过程创伤性最小、收获数量大、免疫调节潜力更高、增殖能力强。

通过另外两项研究^【10.11】中了解到脂肪间充质干细胞分离成功率为100%，克隆形成率也很高，与骨髓间充质干细胞在急性肝衰竭的治疗效果相比，ADSCs在某些时间点具有降低天冬氨酸氨基转移酶(AST)和丙氨酸氨基转移酶(ALT)的作用，同时能产生更多的肝脏相关生长因子，如肝细胞生长因子(HGF)和血管内皮生长因子(VEGF)。

因此，脂肪间充质干细胞似乎是细胞治疗更合适的选择。

3.脐带间充质干细胞（UCMSCs）

脐带间充质干细胞是从脐带（UC）中分离得到的，获取简单，创伤小，不受原有疾病影响，免疫原性低。

从^【12.13】两项研究得知与其他来源的MSC相比，脐带间充质干细胞因端粒酶和端粒酶逆转录酶的活性更长、更高，因而具有更高的增殖潜力。

此外，与青少年或成人供体细胞（如皮肤成纤维细胞或角质形成细胞）相比，脐带（UC）细胞可能不会发生突变。

另外近期研究还表明，中药提取物通过影响干细胞的增殖、分化、凋亡、自噬等生物活性来提高干细胞的应用效率。这些发现为脐带间充质干细胞治疗肝衰竭的未来临床应用提供了宝贵的见解。

4.月经血间充质干细胞（MenSC）

月经血间充质干细胞（MenSCs）是来源于经血的一种新型成体干细胞，体外增殖能力强，倍增时间仅需19小时左右，是骨髓间充质干细胞（40~45小时）的两倍多。而且具有可以长期培养10代以上且无遗传异常、容易获取、非侵入性采集、安全、无伦理问题等优点。

从^【14.15】两项研究得知月经血间充质干细胞具有分化成不同谱系的能力，但大多数研究集中于中胚层分化以满足干细胞状态的最低标准。

深入研究其机制发现，月经血间充质干细胞通过降低miR-122的表达来保护肝损伤，从而减轻急性肝衰竭损伤。

miR-122是一种在肝脏中高度表达的微小RNA（microRNA），它在肝脏的代谢功能中扮演着重要角色，尤其是在胆固醇代谢和脂肪酸合成中。

此外，来源于月经血间充质干细胞的外泌体对具有显著的治疗作用，通过抑制凋亡因子的表达、防止炎症细胞在急性肝衰竭小鼠肝脏中的积聚，显著降低ALT和AST的水平。这些研究表明月经血间充质干细胞对急性肝衰竭有治疗作用。

5.羊水间充质干细胞（AF-MSCs）和胎盘间充质干细胞（PD-MSCs）

羊水间充质干细胞（AF-MSCs）

羊水间充质干细胞来源于妊娠中期羊膜穿刺术。它们是典型的多能干细胞，可以分化成多个谱系。

通过^【16.17】两项研究得知与骨髓间充质干细胞相比，它们具有更强的自我更新、增殖和肝细胞分化能力。羊水间充质干细胞具有容易获取、不存在伦理问题、易于外源基因转染等优点，有良好的临床应用前景。

羊水间充质干细胞治疗急性肝衰竭的研究发现，AF-MSCs植入损伤肝脏后，分泌Annexin-A1等有益细胞因子，有效减轻肝脏损伤程度，促进肝脏修复再生。

Annexin-A1（ANXA1）是一种在多种细胞类型中表达的蛋白质，Annexin-A1的主要功能包括参与炎症反应的调节、细胞凋亡的调控以及作为抗炎分子抑制中性粒细胞的迁移和炎症部位的募集。

胎盘间充质干细胞（PD-MSCs）

胎盘间充质干细胞来源于胎盘，来源广泛，不受年龄或环境因素影响，至少传代20次仍保持较高的增殖能力，可在短时间内产生大量细胞，降低因细胞传代而导致细胞衰老、突变的风险。

与其他类型的MSC相比，胎盘间充质干细胞具有更强的分化为肝细胞的能力，这使其成为急性肝衰竭治疗的同种异体来源。并且通过细胞间接触和释放生长因子（如肝细胞生长因子（HGF）和血管内皮生长因子（VEGF））来修复受损的肝脏。

此外，胎盘间充质干细胞还具有免疫调节作用，可减少肝脏炎症和肝细胞凋亡，通过抑制T细胞、自然杀伤 (NK) 细胞和B细胞的活化来修复受损的肝脏，从而减少肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、干扰素-γ（IFN-γ）和白细胞介素-10（IL-10）的产生。

6.其他来源的间充质干细胞

牙髓间充质干细胞（DP-MSC）：可以从牙齿中获得，人类乳牙是牙髓间充质干细胞的最佳来源，因为它们可以在人体正常生长发育过程中通过微创方法获取。牙髓间充质干细胞作为干细胞的一种，具有很强的增殖和分化能力。牙髓间充质干细胞的肝分化能力与骨髓间充质干细胞（BMSCs）相似甚至超过BMSCs，因为DP-MSCs中肝细胞标志物的基因和蛋白质表达水平高于骨髓间充质干细胞。

人类小唾液腺间充质干细胞（hMSG-MSCs）：来源于人类小唾液腺，该细胞数量丰富，且易于从捐赠者体内获取，且不会造成损害。与其他来源的干细胞相比，人类小唾液腺间充质干细胞是一种理想的成体干细胞，可在短时间内分化为具有部分肝功能的HLC，从而减少肝损伤。

肝脏来源的人类间充质干细胞（LHMSC）：可从胎儿肝脏中分离得到，具有一般干细胞的形态、分化能力和免疫调节功能。与其他干细胞相比，LHMSC具有更强的抗炎、抗凋亡和血管生成作用，并分泌保护因子。

人类胚胎干细胞衍生的间充质干细胞（ESC-MSC）：可从单个供体大量产生，并在体外以高生长率进行早期扩增，这似乎是再生细胞治疗的另一种选择。研究证实，ESC-MSC条件培养基可显著提高原代肝细胞的存活率，并增加免疫调节IL-10的分泌，这为治疗急性肝衰竭的炎症状态提供了一种新方法。

间充质干细胞的治疗机制

不同来源的间充质干细胞在治疗肝衰竭方面具有共性，主要通过以下机制治疗肝衰竭：

1. 间充质干细胞迁移至受损肝脏，凭借其自我更新和多向分化潜能，分化为具有肝功能的肝细胞，发挥治疗作用；也可以通过重编程宿主细胞，使其表达干细胞特异性基因，保护宿主细胞免于凋亡。
2. 细胞间相互作用。干细胞通过间隙连接、紧密连接、桥粒等影响宿主细胞的增殖、迁移和分化，从而发挥治疗作用。
3. 间充质干细胞通过旁分泌作用，分泌有益因子，如VEGF、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）等，为宿主细胞提供更多的生长因子，促进血管和肝细胞再生，抑制宿主细胞的程序性死亡，发挥治疗作用。

结论

在本综述中，我们总结了不同来源的间充质干细胞的优缺点及其在肝衰竭治疗中的分子机制，以及可能为改善间充质干细胞治疗肝衰竭的现状提供指导的未来前景。随着研究的深入和技术的进步，我们有理由相信，间充质干细胞治疗将在肝衰竭治疗中发挥越来越重要的作用。

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