间充质干细胞：治疗肝硬化的潜在应用

简介：目前，原位肝移植被认为是治疗慢性肝硬化终末期最有效的方法。由于原位肝移植的局限性，干细胞是一种有吸引力的治疗选择。间充质干细胞 (MSC) 在动物模型和临床试验中尤其显示出作为肝硬化替代疗法的希望。然而，移植的MSCs归巢到肝脏的数量有限。因此，我们回顾了增强间充质干细胞归巢的策略，主要是通过传递途径、优化细胞培养条件、刺激靶位点和基因修饰。

背景

肝硬化是由于各种原因引起的进行性纤维化的终末期，对药物保守治疗反应不佳。肝脏的慢性损伤导致肝细胞中细胞外基质 (ECM) 的广泛积累。流行病学数据表明，全世界每年有103万肝硬化患者死于严重的相关并发症。

目前，肝移植是晚期肝病最有效的治疗方法。在有幸接受肝移植的患者中，3、12和36个月的生存率分别为94%、88%和79%。但要考虑供体器官缺乏、费用高、移植后需要长期使用免疫抑制剂等问题。因此，迫切需要寻找替代治疗策略。近期研究表明，肝硬化肝细胞仍有再生潜力，但再生与坏死之间存在不平衡。一个潜在的假设表明，可以通过注入的细胞增殖来重塑受损的肝脏，从而形成一个功能齐全的肝脏部分。仅增加肝细胞数量是否对患者有效是值得怀疑的。

基于概念验证，移植肝细胞以治疗肝脏相关疾病。由于肝细胞数量有限，且缺乏体外增殖和稳定性，移植肝细胞的疗效逐渐下降。因此，找到另一个容易获得的细胞来源至关重要。

本综述旨在强调目前所有关于使用干细胞治疗肝硬化的可用证据，并确定其潜力是否有任何事实依据。

再生医学中的干细胞

干细胞，称为克隆形成未分化细胞，不能无限期地自我更新，而是可以分化成多种细胞谱系，包括多能胚胎干细胞 (ESC)、诱导多能干细胞 (iPSC)、造血干细胞 (HSC)、肝细胞干细胞、间充质干细胞 (MSC) 等（图 1）。

目前应用治疗肝硬化的干细胞主要是间充质干细胞

有证据表明，间充质细胞通过间充质-上皮或上皮-间质转化 (MET/EMT) 过程可能有助于慢性肝损伤期间的成人肝再生。肝脏中的间充质细胞可能不仅来自其自身的祖细胞，还可能通过迁移至受损肝脏而来自骨髓 (BM) ，尽管这种说法存在争议。这表明不仅 HPC，而且间充质细胞同时促进肝病的发生和发展，尽管其机制仍不清楚。这表明 HPC 和间充质细胞之间的相互作用对于损伤肝脏的重塑很重要。越来越多的证据表明，HPC 可能是治疗肝损伤的最佳替代疗法；然而，HPC可能会导致癌变和纤维化，正如体外研究显示的那样。在全面了解其治疗潜力之前，有必要更好地了解决定HPC分化及其可能恶性转化的因素。

MSCs的治疗潜力以及它们的分化、免疫调节特性和营养因子的分泌已得到广泛研究。与ESC、iPSC和HPC 相比，MSC不存在任何伦理问题，已成为理想的替代品。

在过去的几年中，MSCs主要是从骨髓 (BM-MSCs) 中分离出来的。已经提出了MSC的替代来源，例如脂肪组织 (AD-MSC)、脐带血 (CB-MSC)、脐带 (UC-MSC) 和羊水。

间充质干细胞治疗肝硬化的应用

BM-MSCs 能够分化为肝细胞并恢复肝功能，表现为肝星状细胞凋亡、转化生长因子 (TGF)-β1 和α-平滑肌肌动蛋白 (α-SMA) 基因表达降低。AD-MSCs比BM-MSCs具有更高的免疫相容性和更容易分离，对肝纤维化具有保护作用。与BM-MSC相比，UC-MSC显示出更有益的免疫原性特征和更强的整体免疫抑制潜力。

尽管已经在体内证实了MSC向肝细胞的分化，但有证据表明，各种营养和免疫调节因子在肝纤维化的治疗中起着关键的治疗作用。MSCs分泌的营养因子在抗凋亡因子（肝细胞生长因子（HGF）和胰岛素样生长因子（IGF-1））、血管生成因子（血管内皮生长因子（VEGF））的帮助下阻止肝细胞凋亡)、有丝分裂因子（表皮生长因子 (EGF)、HGF和神经生长因子 (NGF)）和TGF-α。由于较小且不太复杂的免疫原性效力，无 MSC 疗法可能构成更好的替代疗法。

进一步的临床试验评估了移植的MSCs治疗肝纤维化患者的效率。已经设计了多项临床试验来评估它们在肝硬化治疗中的治疗潜力（表格1)。

研究结果似乎很有希望，终末期肝病 (MELD) 评分和代谢参数模型有所改善，但组织学改善的数据薄弱。UC-MSC治疗后的长期结果更适合肝硬化患者，尽管输注BM-MSC的短期疗效良好。应该注意的是，每个患者的输注细胞数量、递送途径和注射频率在研究中有所不同。不同来源的MSCs和不同的患者群体可能对任何治疗效果更有说服力。

Gholamrezanezhad等人表明，在1个月的随访期后，肝功能没有显着改善，因为BM-MSC进入肝脏的归巢能力仅发生在有限数量的输注细胞中。彭等还提到，MSCs的归巢能力是自体MSCs移植未能对患者预后取得可接受的长期效果的主要原因。基于细胞的疗法的挥之不去的问题是递送的细胞是否在受伤部位内归巢以及如何提高它们的归巢能力。

增强间充质干细胞归巢的策略

受损组织内的迁移或归巢受多种因素影响，包括递送途径、注入细胞的数量、培养条件等。我们回顾了与 MSC迁移相关的各种因素。

MSCs的给药途径

MSC的递送途径似乎对治疗效率至关重要。MSCs的传统给药主要通过肝内注射、脾内注射和静脉输注。细胞的全身输送可能会导致毛细血管内细胞的大量快速丢失，尤其是在肺部，这会缩短剩余MSC的寿命。此外，用肝素输注细胞会显着减少肺内截留的AD-MSC数量，并增加肝脏中积累的细胞数量。血管通畅可能是MSC流入目标组织的重要因素。肝内注射似乎是施用干细胞的理想方式，循环中的细胞滞留较少，并且更多的MSC分化为肝细胞。此外，通过门静脉或肝动脉给予MSCs的归巢效率分别低于5%和20-30%。因此，肝动脉似乎是最好的输送途径，并显示出更好的归巢效果；但输液前应检查血管通畅情况。

优化栽培条件

在扩张过程中，新分离的MSC会失去响应迁移信号的配体或受体。迁移是一个依赖通道的过程；传代次数越多，归巢的效率就会降低。此外，由于金属蛋白酶组织抑制剂 (TIMP)-3的上调，高培养汇合度会损害 MSC的迁移。此外，缺氧会诱导瘦素的表达，瘦素与STAT3/缺氧诱导因子-1α (HIF-1α)/VEGF 和基质细胞衍生因子 (SDF)-1/CXCR4信号通路的激活有关。建议缺氧预处理增加 MSCs 的募集。

刺激目标位点募集MSC动员

在损伤的急性期，受损组织释放的炎性细胞因子募集单核细胞进行组织修复。与未受照射的小鼠相比，接受全身照射的小鼠体内有更多的MSCs，这表明注入的 MSCs 首先被移动到受伤部位。然而，在疾病处于亚慢性或慢性期的患者中，一些不可或缺的归巢趋化因子可能很少或不存在；因此，外部刺激可能为归巢提供一种简单且可用的新方法。

转基因MSC

由于配体和受体之间存在特异性整合，一种假设是改变 MSC 上受体/配体的水平可能会提高目标组织内的归巢效率。

在损伤的急性期，受损组织释放大量基质细胞衍生因子 (SDF-1α)，但它们的受体 (CXCR4) 在培养的 MSCs 上处于低水平。具有过表达CXCR4的MSC具有更好的向SDF-1α迁移的潜力，并分泌更多的营养因子，包括刺激肝细胞再生的HGF和VEGF。Ryu 等人进一步解释了Akt、ERK和p38信号通路也与SDF-1/CXCR4轴有关。

HGF是肝细胞再生中最有效的有丝分裂原，在组织损伤期间，其生物学效应依赖于酪氨酸激酶受体和细胞间充质上皮转化因子 (c-met) 。c-met 的遗传缺失会损害肝卵圆细胞的潜能，包括它们的增殖、迁移和分化。刘等人证明HGF/c-met 信号通路对于MSC在受损肝脏内归巢至关重要，并且它促进肝脏修复。MSCs 上过表达的受体或配体对应于从受伤器官释放的特定细胞因子，可以直接在目标组织内诱导归巢。

结论

本综述表明干细胞疗法具有良好的治疗效果。目前，决定间充质干细胞益处的关键因素是归巢功效。间充质干细胞治疗在临床试验中的缺点包括医源性肿瘤发生、细胞栓塞和细胞输注的最佳时间的风险。此外，其在临床试验中的安全性应得到机构伦理委员会的批准。总之，干细胞治疗肝硬化的结果是有希望的。

参考资料：Zhang Y, Li Y, Zhang L, Li J, Zhu C. Mesenchymal stem cells: potential application for the treatment of hepatic cirrhosis. Stem Cell Res Ther. 2018 Mar 9;9(1):59. doi: 10.1186/s13287-018-0814-4. PMID: 29523186; PMCID: PMC5845383.