间充质干细胞治疗渐冻症的5大作用机制

渐冻症，是一种神经退行性疾病。它破坏了大脑和脊髓中的神经元，导致肌肉逐渐无力、萎缩，最终丧失活动能力。截止目前，科学家尚未找到确切的原因，但普遍认为遗传、环境和生活方式等因素共同作用导致了这一疾病。

这种罕见疾病的发病率极低，仅为十万分之一点六，且在当前医疗技术下，治愈率仍然为零。患者大多在2-5年内走到生命的终点。

近年来，间充质干细胞（MSC）治疗渐冻症在全球研究中引起了相当大的关注。在渐冻症的治疗中，间充质干细胞可能通过多种机制发挥作用，包括直接替换受损的运动神经元、提供神经保护因子以减缓神经元死亡、以及调节免疫系统以减少对神经组织的损伤。

介绍

渐冻症医学上称为肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS），是一种慢性进行性神经系统变性疾病，主要影响控制肌肉活动的运动神经元。这种疾病会导致肌肉逐渐萎缩和无力，最终可能影响呼吸和吞咽功能，严重时可导致完全瘫痪和死亡。

目前，渐冻症没有根治方法，治疗主要是对症支持，以改善患者的生活质量和延缓病情进展。药物治疗方面，利鲁唑是目前唯一被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗渐冻症的药物，它可以在一定程度上延缓病情进展。

早期用药治疗和无创呼吸机及时对症治疗，是渐冻人症治疗的关键，但渐冻症的治疗药物十分有限，这两种药只能减缓疾病进程。因此，寻找新的治疗手段成为迫切需求。

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、分化神经元等机制来改善患者的运动功能评分，减缓患者肺功能的恶化以及减缓病情进展的进程，为渐冻症患者提供一条新的途径。

间充质干细胞对渐冻症治疗的作用机制

因肌萎缩侧索硬化疾病治疗需求不断增加，而间充质干细胞被公认为具有可塑性和免疫调节特性，促其成为治疗肌萎缩侧索硬化最有力的候选者。

另外间充质干细胞衍生的外泌体具有最小免疫原性特点，既能调节炎症反应又能刺激内源性神经发生，也为肌萎缩侧索硬化疾病免疫治疗提供巨大潜力。因此，免疫调节已成为间充质干细胞或外泌体治疗肌萎缩侧索硬化的潜在治疗方法。

1.重建血液中枢神经系统屏障完整性

血液中枢神经系统屏障包含血脑屏障和血脊髓屏障，是肌萎缩侧索硬化重要的免疫屏障，可高效阻碍有毒物质从血液渗入中枢神经系统并向外泵出毒素。

间充质干细胞可改善血管末梢星形胶质细胞完整性，降低破坏肌萎缩侧索硬化血脑屏障的水通道蛋白4表达，维持细胞内外离子和水通道平衡阻止内源性免疫介质进入运动神经元微环境^【1】。

人骨髓间充质干细胞移植后观察到层黏连蛋白显著表达 ( 尤其是肌萎缩侧索硬化中表达较少的层黏连蛋白 α2、α5)，且数据显示高剂量细胞移植增强了基底膜的完整性，^【2】这项研究证明了人骨髓间充质干细胞可促进血管生成阻碍基底膜破裂进而恢复血脊髓毛细血管通透性。

此外^【3.4】两项研究证实，间充质干细胞来源的细胞外囊泡及脂肪间充质干细胞分泌的外泌体(adipose- derived stem cells exosomes，ADSCs-exo) 均能改善渐冻症病理条件下线粒体功能障碍，前者亦能平衡线粒体动力学、极大限度减少线粒体损伤、加速线粒体功能恢复，从而保持血液中枢神经系统屏障完整。

2.抑制自然杀伤细胞毒性

自然杀伤细胞是肌萎缩侧索硬化发病机制中发挥核心作用的先天免疫细胞，同时也是适应性免疫关键组成部分，是具有显著毒性的活性细胞。

免疫细胞在稳态环境下不会攻击人体自身组织细胞，而自然杀伤细胞可以裂解自身细胞，使其受损。间充质干细胞主要削弱自然杀伤细胞活化和增殖，两者形成稳定的炎症-修复系统抵御外界侵害，主要机制为：①刺激γ干扰素产生②介导可溶性因子修饰③以直接接触方式调控。

①刺激γ干扰素产生

γ干扰素（Interferon gamma，IFN-γ），也称为免疫干扰素，是一种由活化的T细胞、CD8+细胞毒性T淋巴细胞和NK细胞产生的糖蛋白。它属于Ⅱ型干扰素，具有抗肿瘤、抗病毒和免疫调节作用。

研究^【5】表明一方面：

• 间充质干细胞以剂量、单核细胞趋化因子1依赖方式增加白细胞介素12和白细胞介素18含量 ( 正常情况下，两者刺激自然杀伤细胞分泌γ干扰素 ) 进一步诱导γ干扰素分泌；
• 另一方面间充质干细胞增强自然杀伤细胞中参与γ干扰素重要转录因子的白细胞介素12受体表达和转录激活因子4信号磷酸化诱导γ干扰素合成。

②介导可溶性因子修饰

介导可溶性因子修饰通常指的是细胞或分子通过分泌可溶性因子来调节其他细胞的功能或状态。它们通过与靶细胞表面的受体结合，激活细胞内的信号传导途径，从而影响靶细胞的行为，如增殖、分化、迁移或死亡。

研究^【6】表明间充质干细胞可合成调节细胞外信号调节激酶1/2信号传导或降低CD56和γc链表达的前列腺素E2来抑制自然杀伤细胞毒性。

③以直接接触方式调控

间充质干细胞同细胞直接接触时对自然杀伤细胞影响更大。

• 一方面从^【7】这项研究得到两者共培养后CD73表达增多，而新CD73自然杀伤细胞可将5-磷酸腺苷转化为具备免疫调节作用的腺苷并通过自分泌或旁分泌调节自然杀伤细胞免疫功能；
• 另一方面在另一项^【8】研究得到两者直接接触后显著下调自然杀伤细胞上介导其细胞毒性功能的两个关键激活受体 CD244 和自然杀伤2成员D(NKG2D) 水平。

3.抑制补体系统异常激活

补体系统是先天免疫系统的核心分支，由受体和调节蛋白构成并以级联反应方式增强免疫反应，一方面可清除由细胞应激反应或死亡所产生的外来有害威胁，另一方面可借助补体受体具备调节炎症的能力，监测调节免疫功能。

间充质干细胞具备强大且广泛的抗补体活性作用，对抑制补体系统介导损伤的机制主要为分泌因子H抑制补体活化：因子H是天然的补体调节剂，既可抑制C3、C5转化酶形成并减缓神经元衰变进程；又可作为辅助因子促使C3b、C4b失去活性。因子H缺乏将导致补体活化增强，而间充质干细胞可产生因子H抑制补体失调，从而恢复运动神经元直接损伤。

现有研究发现，间充质干细胞因其免于宿主细胞监视，对先天性免疫亦是适应性免疫均可经多种机制表现出巨大的免疫调节活性。

4.抑制小胶质细胞活化

小胶质细胞是中枢神经系统常驻的巨噬细胞，具有监测细胞外环境和免疫防御作用。在渐冻症中，运动神经元与小胶质细胞可相互作用，M1型小胶质细胞参与运动神经元变性并促进疾病进展。

间充质干细胞抑制小胶质细胞活化，延缓运动神经损伤机制主要包括：

1. 直接抑制增殖：肖昆太等^【9】研究发现人羊膜间充质干细胞同小胶质细胞共培养时，明显抑制小胶质细胞增殖和迁移。
2. 调控小胶质细胞表型：^【10】研究认为间充质干细胞可释放能够激活M2型、消退M1型并将促炎毒性环境转为抗炎神经保护的转化生长因子β来改善免疫微环境，改变小胶质细胞表型。

此外间充质干细胞不仅可直接分泌趋化因子CX3CL1，也能刺激星形胶质细胞分泌或促进小胶质细胞趋化因子受体CX3CR1表达，调控CX3CL1 /CX3CR1系统轴实现运动神经元与小胶质细胞之间正向对话，调控保护型小胶质细胞发生。

5.调控T细胞

促进CD4+T细胞增殖、抑制CD8+T细胞扩增

T细胞是适应性免疫核心参与者，CD4+T细胞和CD8+T细胞为T细胞常见的两个亚型。

CD4+T细胞于肌萎缩侧索硬化期间可调节 M2 型小胶质细胞表达来支持对运动神经元保护，其缺失易引起运动神经元丧失并加速疾病进展。

CD8+T细胞被认为具有双向作用，在外周发挥神经保护而在中枢神经系统浸润时触发运动神经元死亡

间充质干细胞在体内体外均具有调节免疫能力，其对T细胞及T细胞亚型的调控机制为：

1. 间充质干细胞自身比例高低主要决定T细胞数量，低水平的间充质干细胞促进T细胞扩增，相反高水平的间充质干细胞抑制T细胞增殖，为肌萎缩侧索硬化患者 T 细胞重建提供方向。
2. 间充质干细胞中含有高水平的CC趋化因子配体2，研究^【11】发现当使用CC趋化因子配体2阻断剂治疗后CD4+T细胞水平明显下降，CC趋化因子配体2高水平产生使得间充质干细胞获取较高免疫刺激并介导其刺激CD4+T细胞增殖。
3. 间充质干细胞可明显抑制CD8+T细胞扩增、分化和活化为细胞毒性细胞。

增强调节性T细胞功能：

调节性T细胞 (Tregs) 是免疫反应基本调节剂，可抑制对宿主有害的先天免疫和适应性免疫反应，因发现其在渐冻症早期缓慢进展阶段水平升高 ( 发挥中枢神经系统抗炎作用 )和在晚期快速进展阶段水平降低 ( 神经炎症恶化 )，且发挥比CD4+T细胞更大的神经保护作用，被认定为特定保护亚群。

目前间充质干细胞可能是增强调节性T细胞功能改善免疫环境最理想治疗方法，主要机制为提高调节性T细胞含量并增强其免疫抑制功能。

研究^【12】发现间充质干细胞源性外泌体一方面携带特定RNA可增加白细胞介素10产生使其通过抗原提呈细胞 (APC) 发挥免疫抑制作用，另外研究^【13】发现激活维持STATS磷酸化通路，抑制辅助性T细胞17分化同时显著提高调节性T细胞和叉状头螺旋转录因子3含量，保护运动神经元。

间充质干细胞调控免疫反应治疗肌萎缩侧索硬化症的作用机制见（表3）^【14】。

讨论

尽管干细胞治疗渐冻症的临床研究取得了显著进展，但干细胞治疗渐冻症的临床应用仍面临许多挑战。当前研究仍存在以下问题：

• 尽管有众多关于间充质干细胞制备和移植的进展临床试验结果，但在治疗肌萎缩侧索硬化疾病领域进行间充质干细胞移植有效性试验较少。
• 鉴于肌萎缩侧索硬化疾病所处的不利环境中，迫使间充质移植后存活率低的问题，最新研究报道输注间充质干细胞时监测炎症状态变化可有效提高间充质干细胞治疗率，表明靶向间充质干细胞操作以促进其存活率成为新的目标。
• 间充质干细胞调节肌萎缩侧索硬化免疫机制的具体剂量、给药部位及方法尚未有统一阐述，其对移植治疗具有重要意义。

结论

治疗渐冻症有效治疗药物较为单一，并且缺乏能够改变并逆转疾病的临床药物。药物的选择一直是研究领域的热点及难点，而运用细胞疗法治疗肌萎缩侧索硬化症是近几年被公认为极具研究前景的方法，尤其是间充质干细胞衍生的外泌体，既能保证重要内容物不被降解，又可自由通过血脑屏障同运动神经元直接作用，在渐冻症治疗中发挥不可或缺的作用。随着技术的不断进步，我们期待干细胞治疗能够早日上市，造福广大渐冻症患者。

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