间充质干细胞的免疫调节：机制和治疗潜力

间充质干/基质细胞（MSCs）是一种多能细胞，正在成为最有前途的异体细胞疗法手段。间充质干细胞具有固有的免疫调节特性、营养活性、较高的体外自我更新能力，并可被轻易改造以增强其免疫调节功能。间充质干细胞通过与免疫细胞和局部微环境因素直接接触，影响大多数免疫效应细胞的功能。

以往的研究证实，间充质干细胞的免疫调节作用主要是通过间充质干细胞分泌的细胞因子传递的；但最近的研究表明，凋亡和代谢失活的间充质干细胞也具有免疫调节潜力，其中调节性T细胞和单核细胞发挥了关键作用。我们回顾了间充质干细胞和工程间充质干细胞的免疫调节功能，并讨论了提高临床成功使用间充质干细胞潜力的策略。

间充质干细胞免疫调节：机制和治疗潜力

什么是间充质干细胞？

间充质干细胞/基质细胞 (MSC) 是具有自我更新分化能力和免疫调节特性的多能性T细胞。它们最吸引人的两个特点是可塑性（见术语表）和趋向性。

它们与其他细胞类型的区别在于，它们表达CD73、CD90和CD105等细胞表面标志，但不表达CD45、CD34、CD14、CD19、CD11b或人类白细胞抗原-DR同种型 (HLA-DR) ，除具有抗肿瘤、抗纤维化、抗凋亡、抗炎、促血管生成、神经保护、抗菌和化学吸引作用外，还在组织修复中发挥核心作用。这些独特的特性使得MSCs在再生医学、炎症性疾病以及日益增长的癌症治疗等领域具有广阔的治疗潜力。

最初，MSC主要用于组织修复和再生。然而，它们越来越多地用于治疗移植物抗宿主病 (GVHD) 和狼疮和克罗恩氏病等自身免疫性疾病。此外，MSC的临床潜力已扩展到治疗心肌梗死、中风、多发性硬化症、肝硬化、糖尿病、肺损伤和癌症。MSC已从多种成人和围产期组织中获得和扩增，如骨髓、脂肪组织、外周血、胎儿组织、牙髓、脐带组织和胎盘组织。

大多数临床前研究都是使用骨髓来源的MSCs (BM-MSC) 进行的；然而，脂肪组织来源的MSCs (A-MSCs) 和脐带血来源的 MSCs (UC-MSCs) 近年来也受到了相当大的关注。

间充质干细胞的免疫调节机制

最近的研究表明，间充质干细胞具有免疫调节潜力，其中与调节性T细胞（Tregs）和单核细胞的相互作用起着关键作用。一些研究表明，间充质干细胞比骨髓-间充质干细胞具有更强的免疫调节作用，这意味着间充质干细胞是免疫调节疗法的更好选择。另一方面，脐带-间充质干细胞被认为在体内给药时引发异体免疫反应的风险极低。这一点以及其易于采集的特点也使脐带间充质干细胞成为合适的候选疗法。

下面，我们将重点讨论间充质干细胞和工程间充质干细胞的免疫调节方面，并总结目前对间充质干细胞调节对免疫细胞影响的认识。

通过细胞间接触发挥免疫调节作用

MSCs参与先天免疫和适应性免疫，其免疫调节功能主要通过与免疫细胞的相互作用发挥，包括细胞间接触和旁分泌活动，涉及T细胞、B细胞、自然杀伤 (NK) 细胞、巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞 (DC)和中性粒细胞（图1）。

MSCs主要通过与T细胞、B细胞、自然杀伤 (NK) 细胞、巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞 (DC) 和中性粒细胞等免疫细胞相互作用发挥免疫调节功能，通过细胞间接触（蓝色箭头）和旁分泌活动（分泌组显示）。MSCs的分泌组携带多种细胞因子、生长因子和趋化因子，免疫调节功能因MSCs的来源、靶细胞和微环境而异。

适应性免疫细胞与免疫细胞之间的接触

体外研究表明，间充质干细胞可通过上调细胞间粘附分子-1（ICAM-1）和血管细胞粘附分子-1（VCAM-1）抑制幼稚T细胞和记忆T细胞与抗原递呈细胞沟通的反应，而细胞间粘附分子-1和血管细胞粘附分子-1对T细胞活化和白细胞（WBC）招募到炎症部位至关重要。

与先天免疫的免疫细胞进行细胞间接触

除了适应性免疫系统之外，MSC还通过细胞间接触影响先天免疫系统。追踪研究显示，输注的UC-MSC短暂停留在肺部，并被单核细胞迅速吞噬，随后迁移到身体其他部位。UC-MSC吞噬作用会诱导单核细胞的表型和功能变化，进而调节适应性免疫系统的细胞，从而在介导、分布和转移MSC的免疫调节作用中发挥关键作用。

通过旁分泌活动发挥免疫调节作用

重要的是，MSC还通过旁分泌机制分泌多功能分子，发挥其免疫调节特性 （图1分泌蛋白组是一类多样化的细胞因子、生长因子和趋化因子组，它们共同调节免疫细胞和癌细胞的功能，其中包括转化生长因子-β1 (TGF-β1)、肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、前列腺素E2、干扰素-γ、肝细胞生长因子 (HGF)、成纤维细胞生长因子 (FGF)、吲哚胺吡咯2,3-双加氧酶 (IDO) 和一氧化氮等。

旁分泌活性对适应性免疫系统的影响

已证实MSCs通过旁分泌作用于适应性免疫系统，特别是T细胞。MSCs通过诱导IL-10和PGE2的产生并抑制 IL-17、IL-22和IFN-γ来抑制辅助性T细胞17 ( Th17)分化。

旁分泌活性对先天免疫系统的影响

在先天免疫系统中，MSC可通过抑制IL-2诱导的NK细胞增殖并通过分泌IDO和PGE2诱导细胞毒活性或细胞因子产生来与NK细胞相互作用。MSC还被证实能增强IL-12/IL-18刺激的NK细胞分泌IFN-γ的能力，IFN-γ有可能改善损伤部位对感染的防御能力，并影响组织再生。此外，MSC衍生的IL-6已被证实能保护中性粒细胞免于凋亡，从而将其保存在骨髓微环境。MSC衍生的外泌体已被证实能增强中性粒细胞活力，而MSC条件培养基 (CM) 可增强中性粒细胞功能，表明MSC衍生的外泌体和CM均可通过调节中性粒细胞来增强免疫力。

预处理MSCs以增强其免疫调节功能和治疗效果

众所周知，间充质干细胞的预处理会影响其疗效，因此，人们探索了用不同的因素和各种条件来调节间充质干细胞的分泌特征，提高其疗效。用缺氧、氧化应激、热休克、饥饿或炎症生物制剂对间充质干细胞进行预处理已被证明有可能提高其存活率和有效性。预处理的主要方法是缺氧和使用免疫调节因子。下面我们将简要讨论这些方法。

对MSCs进行工程改造，以增强其免疫调节功能和治疗效果

MSC具有暂时逃避免疫反应的内在能力。在使用 MSC 进行靶向治疗的背景下，它们主要被视为IFN和IL等免疫调节分子的基因递送载体，或被设计用于递送溶瘤病毒 (OV)（图2A)。通过改造MSC使其表达特定的免疫调节剂有助于提高MSC的免疫调节能力和多能性，还使它们能够通过单剂量输送大剂量的癌症靶向生物制剂。一些通过改造MSC表达多种免疫调节分子的例子如下表格1并在此讨论。

(A) MSC可通过免疫调节分子（如干扰素 (IFN)、白细胞介素 (IL) 和 miRNA）进行改造，或改造为溶瘤病毒载体。

(B) MSC也可进行引发，这有助于其有效归巢和迁移到目标组织。

(C) 已对不同的方法进行了修改和标准化，以改善MSC的冷冻保存。

间充质干细胞介导的免疫调节在临床研究和试验中的作用

MSC输注已显示出在治疗多种对标准治疗有抵抗力的疾病方面的潜在疗效。

例如，在涉及自体肿瘤特异性单纯疱疹病毒胸苷激酶 (HSV-TK) 的I/II期临床试验中，MSC在胃肠道肿瘤患者中表现出良好的安全性和耐受性：中位进展时间为1.8个月，中位总生存期为15.6个月（表格2) 。

疾病	MSCs 的来源	治疗途径	临床试验编号	阶段	治疗效果	参考
胃肠道腺癌	自体 骨髓间充质干细胞	静脉输液	EudraCT编号 : 2012-003741-15	一/二	安全性和耐受性良好，中位总生存期为15.6个月	[82，83]​​
骨关节炎	自体 骨髓间充质干细胞	病灶内注射	临床试验编号ii : NCT02351011	一/二	安全、改善疼痛和症状并减少滑膜炎症	[ 84 ]
移植物抗宿主病 (GVHD)	同种异体 骨髓间充质干细胞	输液	UMIN-CTR 编号iii : UMIN000006719	二/三	提高总体生存率	[ 85 ]
多发性硬化症	自体 骨髓间充质干细胞	静脉输液	NCT00395200	亚组	安全有效的神经保护	[ 86 ]
特应性皮炎	人类 脐带间充质干细胞	皮下	NCT01927705	一/二	特征明显改善，且无严重不良事件	[ 87 ]
克罗恩病	同种异体间充质 干细胞	病灶内注射	NCT01541579	三	缓解率提高，治疗相关不良事件减少	[ 89 ]

然而，由于患者数量不足，该研究提前终止。另一项近期的I/IIa期试验（临床试验编号：NCT02351011）使用BM-MSC治疗骨关节炎患者，证明自体BM-MSC是安全的，并能显著改善疼痛和滑膜炎症。

同样，一项扩展的 II/III 期研究（临床试验编号：（UMIN-CTR 编号：UMIN000006719）证明BM-MSC输注可提高类固醇抗性GVHD患者的总体存活率（表格2) 。

在干细胞治疗继发性进行性多发性硬化症的IIa期研究中，自体BM-MSC可产生安全有效的神经保护作用（临床试验编号：NCT00395200）。对于中度至重度特应性皮炎患者，皮下注射人类UC-MSC可显着改善疾病特征，且无严重不良事件，55%的患者湿疹面积和严重程度指数 (EASI)评分降低了50% （表格2) 。

对于难治性瘘管性克罗恩病，一项试点研究证明自体BM-MSC治疗可行、安全且有益，12名患者中7名观察到持续完全闭合。

另一项重要的III期研究（临床试验编号：NCT01541579）评估了扩增的A-MSC（Cx601）治疗克罗恩病患者复杂性肛周瘘的疗效和安全性。Cx601治疗使患者病情显著缓解，且治疗相关不良事件减少，表明MSCs 是一种有效的临床应用策略。

然而，需要注意的是，基于MSCs的治疗可能会产生一些潜在的意想不到的副作用。例如，最近的临床前研究表明，急性低温引起的脑微环境改变会调节MSC的功能，从而产生促炎环境，并增加新生儿缺氧缺血性脑的长期运动认知缺陷。

结论和未来展望

MSCs因其对其他细胞类型的趋向性以及其免疫调节功能而成为一种有前途的治疗策略。MSCs的免疫调节能力受不同炎症细胞因子的调节，免疫细胞与MSCs之间的相互作用可能有助于再生以及不同炎症疾病的进展。MSC免疫调节的主要机制是细胞间接触和旁分泌活动，这些活动由细胞因子、趋化因子、细胞外囊泡、炎症刺激或与其他细胞共培养引发。因此，MSCs的引发或许可使无细胞疗法成为一种可控、可管理且可行的方法。

但是，仍有几个问题需要解决（参见未解决的问题）。MSCs非常异质，会随着炎症或抗炎刺激而发生显著变化。因此，很难理解MSC的变异性如何影响其诱导的免疫调节作用。

由于MSC分泌体完整，存活的MSC可能会引发更复杂的免疫调节机制。未来的研究应探索其他因素和/或慢性炎症对MSC介导的免疫调节的影响。这有可能找到新的预处理方法，以增强MSC功效并最大限度地减少MSC旁分泌效力和治疗功效的变化，尤其是在临床可转化性方面。

未解决的问题

• 哪些外界因素可以影响MSCs介导的免疫调节？
• 我们如何才能最大限度地减少MSC旁分泌效力和临床转化治疗效果的变化？
• 哪些新的预处理技术可以带来更好的MSC治疗结果并进一步提高治疗效果？
• 能否利用多种免疫调节剂来介导关键生物信号通路？
• 我们如何才能有效地将有前景的临床前研究转化为临床研究？

强调

• 间充质干细胞 (MSCs) 是一种多能细胞，正在成为最有前途的同种异体细胞治疗手段。
• MSCs参与先天免疫和适应性免疫，其免疫调节功能主要通过细胞间接触和旁分泌活动与免疫细胞相互作用而发挥。
• 对MSCs进行工程改造以表达特定的免疫调节剂有助于提高MSCs的容量和多能性，同时还使它们能够通过单剂量输送大剂量的靶向癌症的生物制剂。
• MSC 疗法已显示出对多种标准疗法无效的疾病的潜在疗效。然而，将MSC疗法有效应用于临床仍存在一些挑战。
• 高效归巢和迁移MSCs至目标组织对于未来开发基于MSC的疗法至关重要。

参考资料：Song N, Scholtemeijer M, Shah K. Mesenchymal Stem Cell Immunomodulation: Mechanisms and Therapeutic Potential. Trends in Pharmacological Sciences. 2020 Sep;41(9):653-664. DOI: 10.1016/j.tips.2020.06.009. PMID: 32709406; PMCID: PMC7751844.

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