背景：脐带组织中存在的人脐带间充质干细胞（HUC-MSC）具有自我更新和多能性。它们可以不断自我更新，并在一定条件下分化为构成人体组织和器官的一种或多种细胞类型。
HUC-MSC可分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞，并具有分泌细胞因子的能力。HUC-MSCs的非侵入性采集和低免疫原性的可能性使其在临床应用中具有独特的优势。近年来，HUC-MSCs已广泛应用于临床，并在治疗方面取得了一些进展。
概述：本文从两个方面介绍了HUC-MSCs的临床治疗效果。
- 一方面解释了HUC-MSC治疗多种疾病的益处和机制。
- 另一方面总结了HUC-MSCs与临床应用相关的基础研究成果。
本综述的第一部分强调了HUC-MSC的几种对其治疗特性至关重要的功能：分化为终末细胞、免疫调节、旁分泌作用、抗炎作用、抗纤维化作用和调节非编码RNA。HUC-MSC的这些特征将在糖尿病及其并发症、肝脏疾病、系统性红斑狼疮、关节炎、脑损伤和脑血管疾病、心脏病、脊髓损伤、呼吸系统疾病的背景下进行讨论。
第二部分强调建立HUC-MSC细胞库的必要性，为HUC的临床应用提供技术和理论支持-间充质干细胞。
介绍
HUC-MSC具有自我更新和多能性。它们可以在特定条件下不断增殖并分化为构成人体组织和器官的一种或多种细胞类型。它们影响免疫反应，并且可以轻松收获、分离、培养、扩增和纯化。HUC-MSCs在多次传代和扩增后保留了干性。HUC-MSCs的表面抗原不突出，移植细胞排斥反应较小，配型要求不严格，有利于其在同种异体移植中的应用。
目前，HUC-MSCs被用于治疗多种疾病。它们具有对其治疗应用至关重要的几种独特特性。
(1)分化：HUC-MSCs产生分化细胞，促进组织再生，改善组织功能。
(2)免疫调节：HUC-MSCs抑制T细胞、B细胞、Tfh细胞等免疫细胞的增殖；诱导巨噬细胞从促炎表型分化为抗炎表型；通过分泌白细胞介素10 (IL-10) 和白细胞介素4 (IL-4) 来减轻炎症。总之，这些免疫反应的改变促进组织修复。
(3)旁分泌作用：HUC-MSCs通过分泌可溶性分子如角质形成细胞生长因子（KGF）、肝细胞生长因子（HGF）、表皮生长因子（EGF）等细胞因子促进组织再生。
(4)抗炎作用：HUC-MSCs抑制炎症因子白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-8（IL-8）的分泌，减轻炎症和炎症反应。氧化应激，从而抑制细胞凋亡。
(5)抗纤维化活性：HUC-MSCs刺激纤维化相关细胞凋亡和HGF等分子的分泌。抗纤维化功能还可以通过调节相关信号通路和促进血管重塑来介导。
(6)非编码RNA调节：HUC-MSCs可以影响微小RNA（miRNA）、长链非编码（ lncRNA）和环状RNA（circRNA）的表达，间接调节其靶基因并达到治疗效果。
目前，HUC-MSCs已用于治疗十多种疾病，并在治疗上取得了重大突破。本文将总结近5年来HUC-MSCs的应用进展，以期指导进一步的研究和临床应用（图1）。
该图描绘了HUC-MSC在治疗各种疾病中的应用，如糖尿病及其并发症、肝脏疾病、系统性红斑狼疮、关节炎、脑损伤和脑血管疾病、心脏病、脊髓损伤、呼吸系统疾病。
人脐带间充质干细胞在临床治疗中的应用
人脐带间充质干细胞在糖尿病及其并发症中的应用
糖尿病是一组以胰岛素分泌不足、胰岛素反应受损或两者兼有所致的高血糖为特征的代谢性疾病。
临床上，公认的糖尿病有两种类型：1型胰岛素依赖型糖尿病（T1DM）和2型胰岛素非依赖型糖尿病（T2DM）。T1DM的典型特征是由于胰岛β细胞功能受损而导致胰岛素和C肽水平降低，而T2DM则与胰岛素受体敏感性降低有关。
研究表明，糖尿病动物静脉注射的HUC-MSC可以归巢于胰岛并分化为功能性胰岛样细胞。这些细胞影响巨噬细胞极化，同时阻断NLRP3炎症小体和炎症因子的激活。这些抗炎作用可以改善糖尿病的病程。糖尿病患者静脉注射HUC-MSCs后6个月至1年，代谢指标改善，胰岛素和C肽水平升高，Treg细胞数量升高，同时糖化血红蛋白、空腹血糖和血糖升高。每日胰岛素需求量减少。HUC-MSCs治疗糖尿病是安全有效的。
糖尿病并发症，例如糖尿病足、糖尿病肾病、糖尿病伤口溃疡和糖尿病视网膜病变，常常是残疾和死亡的主要原因。
在糖尿病足的临床治疗中，HUC-MSCs可以靶向溃疡，增加血管内皮生长因子（VEGF）和脑源性神经营养因子（BDNF）的形成。这些因子可以通过刺激角质形成细胞释放细胞角蛋白19和细胞外基质形成来促进溃疡组织的上皮化。所有接受治疗的患者在踝臂压力指数、经皮氧分压和跛行距离方面均表现出显着改善。此外，新形成的血管密度增加，溃疡部分或完全愈合。基于这些结果，建议HUC-MSC为治疗糖尿病足提供有效的策略。
HUC-MSC应用于糖尿病肾病的治疗时，通过降低炎症细胞因子的表达、增加支持细胞的数量、上调其蛋白的表达、增强抗凋亡蛋白的表达来发挥治疗作用。在肾脏中。对糖尿病大鼠的实验表明，治疗后血糖、血尿素氮和24小时尿白蛋白排泄率均显着降低。
在一项临床研究中，5名年龄在30-60岁、患有慢性糖尿病伤口不愈合的患者接受了HUC-MSC移植，并随访1个月。HUC-MSC治疗后愈合时间和伤口大小显着缩短，但造成这种益处的机制尚不清楚。可能与巨噬细胞极化有关；IL-10、VEGF和其他细胞因子的分泌增加；IL-6的分泌减少；或某些基因的上调。
综上所述，HUC-MSCs具有以下特点：
- (1)靶向炎症组织，分化为功能性胰岛样细胞，阻断炎症小体的活性，发挥抗炎作用；
- (2)靶向溃疡组织，促进细胞因子的释放，进而促进溃疡组织上皮化，最终导致溃疡部分或完全愈合；
- (3)具有在体外分化为功能细胞并移植到体内的潜力，提供令人满意的治疗效果。
因此，我们认为，当HUC-MSCs用于治疗时，它们首先需要靶向受损或发炎的组织，然后分化为分化细胞或分泌免疫调节因子。HUC-MSC还可以在体外诱导分化为功能细胞，随后用于移植以产生足够的治疗效果。
人脐带间充质干细胞在肝病中的应用
肝炎、肝硬化、肝癌是常见的肝脏疾病，纤维化是多种肝脏慢性病发生的共同途径。肝星状细胞（HSC）的激活是肝纤维化病因学的关键因素，可被HUC-MSC抑制。HUC-MSCs通过下调转化生长因子-1（TGF-1）和Smad3的表达同时增加Smad7的表达来抑制HSC的增殖。此外，HUC-MSCs可以通过旁分泌机制阻止HSCs的激活，阻断IL-10和TGF-α的合成，从而消除HUC-MSCs对HSC增殖和胶原蛋白产生的抑制作用。
因此，HUC-MSCs似乎是HSC增殖和凋亡的重要调节因子，这意味着HUC-MSCs的输注可以延缓甚至逆转肝纤维化和随之而来的肝脏疾病。
此外，HUC-MSC衍生的外泌体（HUC-MSC-ex）可以通过抑制与该复合物相关的蛋白质的激活并降低丙氨酸转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）的水平来减少NLRP3炎症小体的表达，和促炎细胞因子，发挥抗炎作用。因此，HUC-MSCs可能为肝纤维化和其他肝脏疾病提供新的治疗策略。
我们认为HUC-MSCs能够治疗肝病是基于以下特性：
- （1）HUC-MSCs抑制HSCs增殖并促进HSCs凋亡，延缓甚至逆转肝纤维化及纤维化相关肝病；
- （2）HUC-MSCs释放的外泌体可以减少NLRP3炎性小体的表达，降低促炎因子水平，从而达到抗炎作用；
- （3）HUC-MSCs可降低ALT、AST水平，抑制中性粒细胞浸润，减少肝细胞氧化应激和凋亡，保护肝脏免受氧化损伤和缺血再灌注损伤。
目前，HUC-MSC在肝病治疗领域的应用已取得初步进展，但其作用机制仍有待深入研究。例如，需要确定移植的最佳时间、给药方法和有效剂量。
此外，必须考虑HUC-MSC移植的副作用。解决这些问题并更好地了解HUC-MSC的生物学特性，这些细胞的移植必将在肝脏疾病的治疗中获得更广泛的应用。
人脐带间充质干细胞在系统性红斑狼疮中的应用
系统性红斑狼疮（SLE）是一种累及多个器官的结缔组织自身免疫性炎症性疾病。SLE普遍影响年轻女性。对于大多数患者来说，传统的SLE治疗可以控制病情，但不良反应发生率很高，如感染、卵巢功能衰竭、恶性肿瘤、骨质疏松等疾病，严重影响患者的生活质量。
HUC-MSCs的免疫调节功能已被广泛应用于治疗各种自身免疫性疾病，特别是对药物治疗无效的严重难治性SLE病例，并取得了一些有益效果。
HUC-MSCs治疗SLE是安全有效的。HUC-MSCs治疗的患者总生存率超过80%，不同研究的缓解率存在差异，复发率约为20%，BILAG或SLEDAI评分显着降低。此外，血清白蛋白、抗体和补体水平，以及外周血白细胞、血小板数量和24小时蛋白尿水平均得到改善。
HUC-MSCs可以通过抑制T细胞增殖、增加Treg细胞数量、抑制Tfh细胞扩增、维持辅助性T细胞1和辅助性T细胞2（Th1/Th2）之间的平衡来发挥治疗SLE的作用。
上述研究结果指出HUC-MSCs治疗SLE的两种可能机制：
- （1）抑制T和Tfh细胞增殖，上调Treg细胞，维持Th1/Th2平衡，降低TNF-α水平
- （2）某些miRNA表达的调节。多项体外和体内研究已经证明了HUC-MSC的免疫调节特性，为这些细胞在临床实践中的应用提供了基础科学支持。
虽然目前HUC-MSCs的研究临床应用已开始具体化并显示出良好的前景，但HUC-MSCs过度的免疫抑制可能会带来感染和肿瘤发生的风险。此类不良影响的可能性需要进一步研究和深入讨论。
人脐带间充质干细胞在关节炎中的应用
关节炎是一种影响关节和周围组织的炎症性疾病。其病因复杂，主要与自身免疫反应、感染、外伤有关。传统治疗方法不能有效解决免疫耐受机制缺乏的问题，且副作用明显。干细胞的使用成为这种疾病的新治疗策略。
HUC-MSCs已被证明可以通过分化成成骨细胞来有效治疗关节炎；抑制T淋巴细胞增殖、促进细胞凋亡；减少IL-1、IL-6、IL-7、IL-17和TNF-α的分泌；并抑制炎症反应。治疗后，关节功能和生活质量显着改善，如Lysholm评分、WOMAC评分、SF-36量表评分、健康指数 (HAQ) 和关节功能指数 (DAS28) 所示。
HUC-MSC还具有软骨保护作用，这被认为取决于炎症的减少，从而延缓软骨破坏。同时，HUC-MSCs抑制MMP-13、X型胶原α1链、环氧合酶-2的表达，增强软骨细胞的增殖，而骨关节炎软骨细胞则促进HUC-MSCs向软骨细胞分化。此外，HUC-MSC具有抗纤维化特性，可能通过分泌HGF影响关节炎的病程。据报道，单次注射HUC-MSC的治疗方案并不能提供令人满意的结果，在临床实践中，通常建议注射3-5轮细胞。
综上所述，HUC-MSCs可以通过以下机制治疗关节炎：
- （1）分化为软骨或成骨细胞，修复软骨，再生膝关节软骨；
- （2）释放细胞因子、生长因子、免疫调节因子等可溶性分子，发挥免疫调节作用；
- （3）抑制未成熟树突状细胞(DC)和自然杀伤(NK)细胞的增殖，抑制细胞因子的细胞毒性，诱导巨噬细胞从促炎M1表型分化为抗炎M2表型，以及分泌IL-10、营养因素。
HUC-MSC的这些特性可减少炎症并促进组织修复。此外，HUC-MSCs可以抑制T细胞和B细胞的增殖，HUC-MSCs的免疫调节特性显着减弱骨关节炎的进展。因此，HUC-MSCs在关节炎的治疗中具有广泛的应用潜力。
人脐带间充质干细胞在脑损伤及脑血管疾病中的应用
脑损伤、中风等脑血管疾病的死亡和致残发生率较高。传统的药物治疗效果不佳，而且损伤后遗症也很严重，这表明中风和其他疾病尚无有效的治疗方法。
研究表明，接受HUC-MSC移植治疗的患者运动和神经功能评分均得到改善，这表明这种治疗方式可以显着逆转脑功能损伤。动物实验表明，HUC-MSC移植增加了VEGF的释放，刺激血管生成，并通过降低炎症因子水平产生抗炎作用。此外，HUC-MSC通过增加胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和BDNF的表达并减少肥大的小胶质细胞/巨噬细胞的数量来减少神经元凋亡，从而产生神经保护作用。
近年来，鼻内施用HUC-MSC-ex治疗脑损伤和脑血管疾病作为一种无创且安全的治疗方法也受到了广泛关注。HUC-MSC-ex可以抑制炎症相关基因和促炎因子的表达。此外，外泌体的输注会增加髓磷脂的形成并减少神经胶质的增生。HUC-MSC-ex可以调节小胶质细胞和星形胶质细胞的活化，降低TNF-α和IL-1β的水平，并增加IL-10、BDNF和胶质细胞源性神经营养因子的形成。这些外泌体产生抗炎作用并增强神经功能。
HUC-MSCs及其外泌体主要通过下调炎症相关基因和降低促炎因子水平诱导抗炎作用，同时促进VEGF释放和新生血管形成来治疗脑血管疾病。此外，HUC-MSCs和HUC-MSC-ex可增加BDNF和胶质细胞源性神经营养因子的水平，从而保护神经元并增强其功能。
由于HUC-MSC的生物学特性和脑血管疾病的独特性，不同的移植途径会影响归巢脑实质的HUC-MSC的数量和空间分布，从而影响这些细胞的治疗效果。因此，HUC-MSCs治疗脑血管疾病的递送途径成为当前研究的热点。
人脐带间充质干细胞在心脏疾病中的应用
心脏病是全世界死亡的主要原因，每年约有2000万名30至70岁的人死于该疾病。目前，这种疾病往往影响年轻人。可用的治疗方法包括心脏移植、手术干预和药物治疗。手术治疗通常会出现并发症，除非病情严重，否则一般不建议进行手术治疗。即使患者存活下来并且病情好转，也需要长期的维持治疗。HUC-MSCs为心脏病提供了一种相对安全有效的替代疗法。
HUC-MSC已被证明可以治疗和缓解多种心血管疾病，包括心肌梗塞、心力衰竭、心肌缺血和心肌炎。这些细胞促进心脏组织再生和血管生成，抑制炎症，并显着减少梗塞面积和死亡率。此外，HUC-MSC的移植改善了纽约心脏协会的功能分级以及明尼苏达心力衰竭生活问卷和6分钟步行测试的结果，显着改善了患者的生活质量。
HUC-MSCs可以分泌HGF发挥抗炎作用。HUC-MSCs产生的白细胞介素、TNF-α、集落刺激因子和趋化细胞因子可以抑制心肌炎症，减轻心肌纤维化程度。
HUC-MSCs还可以上调超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）的水平，降低梗塞心肌中丙二醛（MDA）的浓度，减少氧化应激和细胞外基质（ECM）重塑。HUC -MSC还可以通过调节miRNA、lncRNA和circRNA的表达来间接发挥治疗心脏病的作用。
综上所述，HUC-MSCs通过以下机制在心脏相关疾病中发挥治疗作用：
- （1）分化为心肌细胞以改善心脏功能，
- （2）分化为血管内皮细胞以促进血管生成和血液供应，
- （3）改善心脏功能通过抑制心肌细胞凋亡来改善心脏性能，
- （4）通过旁分泌作用发挥抗炎和抗纤维化活性，
- （5）调节参与心脏修复的miRNA、lncRNA和circRNA的表达水平。HUC-MSCs在心脏病治疗方面具有广阔的临床应用前景。
人脐带间充质干细胞在脊髓损伤中的应用
脊髓损伤（SCI）是由创伤、炎症等因素引起的脊髓横断面损伤。SCI 导致损伤部位以下的运动、感觉和其他神经功能受损或丧失。一旦发生SCI，特别是外伤，应尽快抢救，维持血容量，防止神经源性休克。复苏后，应对患者给予药物治疗，修复受损的神经纤维，维持脊髓稳定性，防止进一步的神经损伤。然而，药物的作用非常有限，而皮质类固醇的副作用却很大。
在此背景下，HUC-MSCs以其强大的增殖、分化和自我更新潜力引起了科学家的兴趣。HUC-MSCs代表了一种治疗脊髓损伤的新策略，该策略有效且副作用少。因此，HUC-MSCs治疗有望成为SCI的替代疗法。
临床研究表明，SCI患者接受HUC-MSC治疗可以恢复肠道和膀胱功能，并显着改善感觉、运动和自理能力，较高的美国脊柱损伤协会评分和日常生活活动评分表明。多项研究表明，及时移植HUC-MSCs可以通过促进神经功能恢复来有效治疗SCI。单独重复剂量的HUC-MSC或与人神经干细胞 (HNSC)、GDNF和缺氧条件联合使用可增强细胞治疗的效果。
HUC-MSC改善SCI影响的机制包括抑制SCI后激活的丝裂原激活蛋白激酶 (MAPK) 途径，以及减少脊髓神经元的凋亡。HUC-MSCs还减少炎症细胞因子IL-6、IL-7和TNF-α的分泌，从而减轻损伤部位的炎症反应，促进神经元再生，减少胶质疤痕的形成。然而，详细的机制和疗效需要在大规模临床试验中确定。
综上所述，HUC-MSCs主要通过两种机制治疗SCI脊髓损伤：
- （1）减少脊髓神经元凋亡；
- （2）抑制炎性细胞因子IL-6、IL-7和TNF-α的分泌分泌，从而抑制受伤部位的炎症反应，促进神经元再生，减少神经胶质疤痕的形成。
尽管利用HUC-MSC治疗SCI已取得快速进展，但其临床应用仍面临许多问题。未来的工作重点应集中于各种HUC-MSC技术的标准化、神经修复机制的识别、对信号分子和传导通路的更好理解以及不同治疗方案的综合评估。
人脐带间充质干细胞在呼吸系统疾病中的应用
目前，利用HUC-MSC治疗呼吸系统的实例并不多。典型疾病包括急性肺损伤、支气管哮喘和慢性阻塞性肺病。对于呼吸系统疾病，HUC-MSC治疗显着提高了功能评分并增加了患者生存率。
肺内输注HUC-MSC可以通过旁分泌KGF减轻肺部炎症并改善肺功能。减少肺部炎症的其他机制包括白细胞介素33 (IL-33) 和拮抗剂白细胞介素1受体样1 (IL-1受体样1) 的过度表达、抑制蛋白质外渗、抑制中性粒细胞增殖，以及炎症因子TNF-α、IL-6和巨噬细胞炎症蛋白2 (MIP-2) 的分泌。
间充质干细胞对哮喘的有益作用主要是通过调节免疫反应和抗炎活性来实现的。肺内注射MSC可以通过调节Th1、Th2和Treg细胞之间的比例来减轻哮喘气道炎症，并通过抑制Th17信号通路来减弱气道高反应性。
HUC-MSCs在慢性阻塞性肺炎中的作用主要依赖于以下机制：
- (1)减轻气道炎症；抑制IL-1β、TNF-α、TGF-β、IL-6、IL-8等炎症因子的分泌；抑制炎症引起的氧化应激；和抗凋亡信号传导；
- (2)促进生长因子的分泌，如KGF、干细胞生长因子、HGF、EGF等；激活组织修复；和增强肺灌注；
- (3)重塑肺血管，改善肺功能；
- (4)通过miR-410、miR-451和miR- 145的表达调节肺功能。
HUC-MSC 用于治疗肺部疾病已有10多年的历史。HUC-MSC主要通过抗炎和抗纤维化活性、免疫调节和旁分泌机制来保护肺组织。HUC-MSC还通过调节microRNA的表达来间接治疗肺部疾病。
总之，这些细胞提供了重要的治疗作用，在呼吸系统疾病的治疗中具有广泛的应用。
人脐带间充质干细胞的临床应用相关基础研究
HUC-MSC细胞库的建立：目前临床上使用的HUC-MSC大多是由大规模收集、制备和储存干细胞的干细胞库提供的。干细胞库也被称为“生命银行”。HUC-MSC细胞库是多种干细胞库之一。目前，专门的HUC-MSC细胞库很少，大多数情况下，HUC-MSC都是由综合性干细胞库提供。
2004年，世界上第一家储存HUC-MSC的干细胞库在英国成立。美国国家生物标准与控制研究所 (NIBSC) 负责胚胎、胎儿、成体组织和各种干细胞系（包括 HUC-MSC 系）的操作和储存。
2006年4月，中国第一家HUC-MSC细胞库在天津成立，存储容量达数万份。建立了干细胞分离、鉴定、培养、扩增、储存、配套技术和质量控制的标准化方案，细胞库制定了国内首个HUC-MSCs技术标准，并满足ISO 9001:2008质量管理体系要求。
2011年，Kushnuma Cooper博士报道了一种构建HUC-MSC细胞库的方法，并认为HUC-MSC具有广泛的临床应用前景。
HUC-MSC细胞库可以为临床应用提供合法来源的优质干细胞“种子”，很多公司和医院都有能力建设HUC-MSC细胞库。然而，干细胞库尚无统一的质量控制标准，这将直接影响临床治疗的效果。这个问题是干细胞库最大的问题，应该尽快解决。
结论
目前，间充质干细胞是再生医学领域的研究热点。本文分析了间充质干细胞与临床应用相关的五种功能及其对肝脏、呼吸系统疾病等八种疾病的治疗作用。
HUC-MSCs为再生医学的未来带来了新的希望。间充质干细胞的进一步深入研究和临床应用必将在不久的将来造福人类。间充质干细胞具有显着的分化潜力、增殖能力强、免疫原性低等特点。它们的使用不受道德和伦理的限制，并且很容易以工业规模制备。它们可能成为最有广泛临床应用前景的多能干细胞。
参考资料：Xie Q, Liu R, Jiang J, Peng J, Yang C, Zhang W, Wang S, Song J. What is the impact of human umbilical cord mesenchymal stem cell transplantation on clinical treatment? Stem Cell Res Ther. 2020 Dec 1;11(1):519. doi: 10.1186/s13287-020-02011-z. PMID: 33261658; PMCID: PMC7705855.
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