? 间充质干细胞治疗自身免疫病的探索与前景*
·专家述评·
间充质干细胞治疗自身免疫病的探索与前景*
刘毅 林辉
(四川大学华西医院风湿免疫科， 四川 成都 610041)
【摘要】自身免疫病是一类免疫应答异常激活，自身免疫耐受失衡的异质性疾病。目前治疗仍以传统药物为主，难以根治，且有较多毒副作用。间充质干细胞(MSCs)是一群具有低免疫原性和免疫调节功能的细胞，可从骨髓和其他组织中成功分离出来，通过分泌调节分子和细胞-细胞直接接触，调节免疫，诱导免疫耐受。因此，MSCs逐渐成为自身免疫病细胞治疗的理想来源。近年来，动物试验和临床研究证实了MSCs治疗自身免疫病的有效性和安全性。本文结合本科室研究成果，就MSCs的免疫调节特性和MSCs治疗系统性红斑狼疮(SLE)、系统性硬化症(SSc)和类风湿关节炎(RA)的研究成果做一述评并提出展望。
【关键词】间充质干细胞；自身免疫病；低免疫原性；免疫调节
执行编委简介：刘毅，教授，博士生导师，四川大学华西医院风湿免疫科主任。从事风湿免疫性疾病基础及临床研究30余年，对风湿免疫性疑难重症疾病的诊治具有丰富的临床经验。曾在芬兰国立卫生研究所、美国田纳西大学健康科学中心、康奈尔大学医学院附属特殊外科医院风湿科进行多年“自身免疫性疾病发病机制”的研究。现为中国医师协会风湿免疫科医师分会副会长，中华医学会风湿病专业委员会常任委员，中华医学会风湿病专业委员会四川省分会主任委员，四川省学术技术带头人，四川省卫计委学术技术带头人，美国风湿病学院(ACR)会员，《西部医学》常务编委。目前已培养硕士、博士研究生40余名，负责国家“十一五”重大科技攻关项目、卫生部临床学科重点建设项目、国家自然科学基金、四川省卫生厅重点项目等各级科研课题10余项。先后获解放军科技进步一等奖、四川省科技进步一等奖。多次参加国际会议并进行论文交流，发表国际国内高水平论文50余篇。
自身免疫病是一类免疫应答异常激活，自身免疫耐受失衡的异质性疾病。其发病机制尚未完全明确，由于淋巴细胞功能异常导致多种细胞因子及多种自身抗体产生，进一步损伤组织、脏器。因此，调节异常免疫，重建免疫耐受，是治疗自身免疫病的主要方向。目前，绝大多数自身免疫病治疗仍以糖皮质激素和免疫抑制剂等传统药物为主，但具有较多毒副作用，且难以根治，容易复发。过去十多年中，造血干细胞移植(hematopoietic stem cell transplantation，HSCT)治疗重症自身免疫病方面的疗效，为患者带来了曙光。遗憾的是，异基因HSCT需要大剂量环磷酰胺预处理，相关死亡率高，并且在移植后易出现移植物抗宿主病(graft-versus-host disease，GVHD)，而自体HSCT虽然较前者安全，但疾病复发率高，从而限制了其临床应用。因此，寻找新的细胞治疗策略具有重要的临床意义。近年来，间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)逐渐进入人们视野，成为治疗自身免疫病的一种新模式。本文就MSCs的免疫调节特性及其在治疗自身免疫病的探索性研究做一述评并提出一些展望。
1 MSCs的生物学特性
MSCs是一群不具备造血功能，而具有多向分化潜能的基质前体细胞，不仅定居于骨髓，也可从骨骼肌、脂肪、牙齿、滑膜、胎盘、脐带等其他组织成功分离[1]。早期大多研究关注骨髓来源的MSCs(bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BM-MSCs)，但其取材相对困难，需行侵入性操作，增加供者痛苦，而且，骨髓中MSCs含量极低，存在于万分之一的有核细胞中。相比之下，脐带和脂肪组织则含有更充足的MSCs，且获取方法简单方便，成为更好的MSCs来源。虽然不同组织来源的MSCs存在免疫表型、增殖能力、分化能力和基因表达差异，但也具有很多相似的生物学共性[2]。MSCs仅表达非特异性表面标志CD105、CD90和CD73，不表达造血细胞表面标志，如CD34、CD45、CD14、CD11b、CD19[3]，而且，MSCs仅表达中等水平MHCⅠ类分子，不表达MHCⅡ类分子、HLA-DR和共刺激分子CD40、CD80和CD86[4]。因此，MSCs具有低的免疫原性，即使用第三者的MSCs移植，也不会被排斥，这就可以解决在异基因HSCT中HLA不相合的问题，也使其成为异基因干细胞移植的合适来源。MSCs还能合成营养介质，调节造血功能、细胞信号和免疫应答。
2 MSCs的免疫调节特性
MSCs不仅通过自我更新分化参与组织损伤修复，而且还能与免疫细胞相互作用调节免疫应答[5]。在固有免疫应答中，MSCs不仅可抑制中性粒细胞凋亡及活性氧产生，还可以通过细胞-细胞直接接触抑制NK细胞细胞毒活性及IFN-γ分泌，诱导单核细胞转化为抗炎表型巨噬细胞，促进IL-10产生，从而削弱固有免疫应答，抑制炎症进展，保护组织免于免疫损伤[6]。在适应性免疫应答方面，大量体内和体外试验证明，MSCs可分泌前列腺素E2(PGE2)、吲哚胺2，3-双加氧酶(IDO)、转化生长因子β(TGF-β)等[7]，抑制CD4+T细胞、CD8+T细胞、幼稚和记忆T细胞增殖分化和前炎症细胞因子产生，维持T细胞稳态和存活[8]，促进Treg细胞扩增，诱导免疫耐受[9]。除此之外，MSCs还可与血管内皮相互作用调节循环中白细胞的募集[10]。在体外MSCs与内皮细胞共培养模型中，BM-MSCs和脐带来源MSCs(umbilical cord-derived mesenchymal stem cells，UC-MSCs)可有效下调内皮细胞对细胞因子TNF-α的反应[11]，而UC-MSCs较BM-MSCs有更强的抑制作用。因此，MSCs具有调节异常免疫，诱导免疫耐受的特性，这就意味着MSCs可作为一种“内生炎症调节剂”应用于自身免疫病的临床治疗。
3 MSCs治疗自身免疫病
MSCs的低免疫原性及免疫调节活性，非常适合细胞治疗。近年来已有多项试验探索MSCs治疗自身免疫病的有效性，包括系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)、系统性硬化症(systemic sclerosis,SSc)、类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)等，均取得了较好的疗效和良好的安全性，为自身免疫病治疗提供了新的机遇。
3.1 MSCs治疗SLE MSCs在治疗MRL/lpr狼疮鼠时，显示出较环磷酰胺更好的疗效。MSCs输注可显著降低MRL/lpr小鼠血清自身抗体ANA、dsDNA和免疫球蛋白IgG1、IgG2a、IgG2b和IgM水平，并能提升血清白蛋白水平。而环磷酰胺治疗仅能部分降低自身抗体和IgG2a浓度，并不能改善IgG1、IgG2b和IgM水平。MSCs还能改善肾损伤，减少IgG沉积，甚至完全恢复肾功能，而环磷酰胺虽然也能减少IgG沉积，但并不能恢复肾功能[12]。有人认为，这种作用是通过抑制TNF家族的B细胞活化因子(BAFF)，抑制B细胞过度活化来完成的[13]。进一步研究结果提示，异基因MSCs较狼疮小鼠同基因MSCs治疗效果更优[14]；健康人群BM-MSCs和UC-MSCs较狼疮患者BM-MSCs更有效缓解MRL/lpr小鼠病情[15]。由此可见，异基因MSCs移植治疗SLE安全、有效、可行[16]。临床上，BM-MSCs和UC-MSCs已用于重症难治性SLE患者治疗。研究显示，异基因BM-MSCs或UC-MSCs治疗87例传统治疗无效的活动性SLE患者，随访4年，患者生存率为94%，临床缓解率为50%，SLEDAI评分、血清抗体、白蛋白、补体水平均明显改善，23%患者治疗后复发，无移植相关副作用发生[17]。一项Ⅱ期多中心试验给予16名难治性SLE患者注射异基因UC-MSCs，随访2年，患者疾病活动度显著改善，狼疮肾炎缓解，伴Treg细胞扩增和Th1/Th2细胞因子平衡[18]。我国多中心临床研究显示，异基因UC-MSCs治疗40例活动性SLE患者，治疗后生存率为92.5%，随访12月，其中32.5%患者临床缓解，27.5%患者部分缓解，仅17.5%患者在治疗后6月复发[19]。现有资料表明，MSCs移植治疗SLE患者，虽有复发，但总的疗效令人满意。
3.2 MSCs治疗SSc 由于SSc缺少经典的动物模型，MSCs抗纤维化的经验主要来自博来霉素诱导的肺纤维化模型。多项动物试验显示，注射BM-MSCs或UC-MSCs治疗该模型小鼠，可减轻炎症和纤维化，抑制TGF-β、IFN-γ、TNF-α和胶原沉积，减少病死率[20-21]。MSCs治疗SSc患者的研究较少。Keyszer等[22]报道，5例SSc患者接受异基因MSCs治疗后，皮肤状况改善，肢端溃疡好转，且均无严重副作用。Akiyama等[23]报道MSCs可引起T细胞凋亡，Treg细胞扩增，从而诱发免疫耐受，缓解病情。近年，我们也尝试用异基因UC-MSCs移植联合传统药物(小剂量糖皮质激素和免疫抑制剂)治疗SSc患者，共完成22例，取得了较好的疗效。这些患者中女性18例，男性4例，皮肤弥漫型12例，皮肤局限型10例，治疗共输注4次MSCs，单次1×106个细胞/kg，移植过程均无不良反应，无移植相关死亡。MSCs移植后随访12周，联合治疗组相较于单纯常规治疗组，皮肤厚度减低，肢端溃疡缩小，甲襞微循环改善，疾病活动度降低。虽然本研究样本量小，但也为SSc患者的免疫细胞治疗提供了新的证据。
3.3 MSCs治疗RA BM-MSCs或UC-MSCs静脉或腹膜注射治疗DBA/1小鼠，IL-6、TNF-α水平下降，IL-10水平上升，Treg细胞回升，关节炎活动度显著降低[24-25]。说明不同来源MSCs，不同治疗方法，均可抑制胶原诱导性关节炎免疫反应。然而，不同种属关节炎小鼠模型异基因输注的结果并不尽人意。DBA/1小鼠接受BALB/c小鼠BM-MSCs后关节炎症状反而加重[26]。还有研究显示，BM-MSCs仅能抑制佐剂性关节炎启动阶段，而对完全成模的小鼠无效[27]。上述研究提示，MSCs对周围环境异常敏感，且环境因素可以改变MSCs的治疗潜能。体外使用TNF-α预处理小鼠MSCs即可逆转其免疫抑制功能[28]。若MSCs暴露于含有高水平炎症因子的关节环境，可能丧失免疫调节功能。将对MSCs在RA中的临床应用提出挑战。
4 小结和展望
现有的动物试验和临床研究都说明了MSCs用于治疗自身免疫病的潜能；其优点在于能使免疫重建，支持造血，诱导免疫调节及免疫耐受，更重要的是MSCs的低免疫原性，不会被排斥。此外，费用低，操作方便，易推广等优点使MSCs移植有更广阔的应用前景。然而，MSCs治疗自身免疫病的作用机制及操作流程仍需进一步探讨。
4.1 MSCs的可塑性 MSCs的免疫调节和诱导免疫耐受的特性并不是一成不变的。MSCs周围环境可能干扰其行为，已有大量证据表明不论是炎症环境中的细胞因子还是与靶细胞的相互作用，都可以改变MSCs效应功能[29]，甚至使其由抗炎表型MSCs2向促炎表型MSCs1转化。MSCs治疗RA动物模型结果的争议也说明了这一点。而且，体内其他危险信号、细菌成分也可能潜在影响MSCs免疫调节能力。因此， MSCs的可塑性，MSCs的表型转换还需深入研究，以便正确评估MSCs治疗条件，合理筛选病人。
4.2 MSCs的归巢 不同自身免疫病受累靶器官不同，不同患者器官损伤程度也各不相同。因此，尽可能使MSCs归巢到受累靶器官，减少无目标效应和安全风险，是一个需要解决的重要问题。有研究报道，MSCs注入后定植于肺和肾脏[30]，可以解释MSCs治疗减少狼疮小鼠尿蛋白，减轻博来霉素诱导小鼠肺纤维化的原因。因此，如何引导MSCs靶向归巢于受累器官或定位注射MSCs于受累器官也是我们未来研究的方向。
4.3 试验设计 目前研究报道虽然肯定了MSCs治疗自身免疫病的疗效，但是大多临床试验为治疗前后的对比研究，缺少合适的安慰剂对照，且样本量少，因此很难客观地评价MSCs的有效性。我们需要扩大样本，寻找基线平行的安慰剂对照组，设计合理的随机对照试验，以便比较MSCs移植与传统治疗，MSCs移植联合免疫抑制剂与单用免疫抑制剂之间的临床疗效差异。相信随着研究的不断深入，MSCs在自身免疫病上的广泛应用将变为现实。
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Mesenchymal stem cells therapy for autoimmune diseases: discovery and prospect
LIU Yi, LIN Hui
(Department of Rheumatology and Immunology, West China Hospital，Sichuan University，Chengdu 610041，China)
【Abstract】Autoimmune diseases are a group of heterogeneous diseases characterized by aberrant activation of the immune system with failure of the immune tolerance. Current systemic therapies show adverse side effects, and are rarely curative for patients with autoimmune diseases. Multipotent mesenchymal stem cells (MSCs), isolated from bone marrow and other sites, display low immunogenicity and immunomodulatory properties, which they exert through soluble mediators and through direct cell-cell contact. MSCs appear as ideal tools to treat autoimmune diseases. The current data from animal experiments and clinical trials have confirmed MSCs efficacy and safety in the treatment of autoimmune diseases. In this review, we highlight the immunomodulatory properties and the recent development of MSCs therapies for systemic lupus erythematosus, systemic sclerosis and rheumatoid arthritis.
【Key words】Mesenchymal stem cells; Autoimmune diseases; Low immunogenicity; Immunomodulatory properties
基金项目：国家自然科学基金(81102274)；四川省科技厅国际合作项目(HH0027)；成都市科技攻关项目(10GGYB644SF-023)
【中图分类号】R 593.2
【文献标志码】A
doi：10.3969/j.issn.1672-3511..11.001
(收稿日期：-07-01； 编辑： 张文秀)
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