一、MSC概述

（一）MSC的標(biāo)準(zhǔn)和來源

半個(gè)世紀(jì)以來，MSC已成為實(shí)驗(yàn)細(xì)胞治療中研究最深入的細(xì)胞類型。國際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)規(guī)定，MSC的標(biāo)準(zhǔn)為：具有塑料黏附性；表面標(biāo)記為CD14-、CD19-、CD34-、CD45-、HLA-、DR-、CD73+、CD90+、CD105+；具有三系分化能力，可分化成軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞^［4］。MSC最初分離自骨髓^［5］，后來在臍帶、臍血、脂肪，羊水、甚至牙齦等組織中相繼被發(fā)現(xiàn)^［6］。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone mesenchymal stem cell，BMSC）是臨床試驗(yàn)中最常用的細(xì)胞，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀讟?biāo)準(zhǔn)化^［7］。除了從組織中分離原代的MSC之外，利用細(xì)胞工程的策略，從誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（human induced pluripotent stem cell，iPSC）中獲取MSC成為MSC來源的重要策略。研究表明，iPSC獲取的MSC比MSC具有更好的細(xì)胞增殖能力、更長的壽命（超過50次傳代）和更少的細(xì)胞衰老^［8］。在臨床應(yīng)用中，iPSC中獲取的MSC可能是一種更容易獲得和接受的MSC的來源。

（二）MSC治療的機(jī)制

MSC的治療機(jī)制主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是通過分化成不同的細(xì)胞系來替代受損組織；二是通過免疫調(diào)節(jié)功能來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。免疫調(diào)節(jié)功能則主要通過細(xì)胞間接觸和相互作用，分泌可溶性因子和外泌體來實(shí)現(xiàn)。

1. MSC的分化潛能：外源輸入的MSC可以遷移到肺組織，在損傷部位聚集，分化成特定的細(xì)胞^［9］。MSC在體內(nèi)可以分化成為Ⅰ和Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞并參與組織再生修復(fù)^［10］。然而當(dāng)靜脈輸注MSC時(shí)，由于低效的歸巢，只有少數(shù)能最終到達(dá)目標(biāo)組織^［11］。這些少數(shù)細(xì)胞且只有少部分細(xì)胞發(fā)生定植與分化^［12］。越來越多的研究表明，MSC對(duì)受損和患病組織的保護(hù)作用主要?dú)w功于其免疫調(diào)節(jié)功能，而不是MSC的移植和分化。

2.MSC的免疫調(diào)節(jié)功能：MSC可通過細(xì)胞接觸調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。參與細(xì)胞間相互作用的兩個(gè)主要分子是共刺激分子程序性死亡配體1（programmed death ligand 1，PDL1）和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）配體超家族成員6 （FASL）^［13］。MSC通過與細(xì)胞表面分子和受體相互作用，直接調(diào)節(jié)各種免疫細(xì)胞的下游通路，影響細(xì)胞增殖、效應(yīng)物的產(chǎn)生和細(xì)胞存活。來自MSC的線粒體轉(zhuǎn)移是細(xì)胞接觸調(diào)節(jié)形式的一種，是近幾年研究的熱點(diǎn)。線粒體轉(zhuǎn)移可通過納米管、縫隙連接、微泡、細(xì)胞融合和分離線粒體發(fā)生轉(zhuǎn)移發(fā)生^{［14, 15, 16］}。目前認(rèn)為MSC可以將線粒體轉(zhuǎn)移到幾種不同的細(xì)胞類型，包括上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞^［17］。MSC線粒體轉(zhuǎn)移在肺損傷、支氣管上皮損傷、過敏性疾病等方面均有保護(hù)作用^{［18, 19］}。

MSC還可通過分泌可溶性因子和外泌體來發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。可溶性因子主要包括轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）、肝生長因子、一氧化氮、吲哚胺2，3-雙加氧酶、白細(xì)胞介素（IL）-10、IL-6，白細(xì)胞抑制因子（LIF），IL-1受體拮抗劑（IL-1Ra）、半乳凝素、TNFα刺激基因-6、人類白細(xì)胞抗原G、血紅素加氧酶-1和前列腺素E2等。其中只有LIF和IL-6在間充質(zhì)干細(xì)胞中組成性表達(dá)，而其他可溶性因子均是在MSC對(duì)炎癥環(huán)境做出反應(yīng)后產(chǎn)生的^［20］。這些可溶性因子可以抑制細(xì)胞凋亡，刺激增殖，促進(jìn)血管化，調(diào)節(jié)固有免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，從而誘導(dǎo)MSC調(diào)控免疫抑制^［21］。外泌體是細(xì)胞外囊泡的一種，直徑在40~100 nm。外泌體表達(dá)與其來源細(xì)胞相似的細(xì)胞表面蛋白，并包含各種細(xì)胞質(zhì)成分，包括蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)、線粒體和DNA^［22］。外泌體在細(xì)胞間通訊中發(fā)揮重要作用，能夠通過直接的表面受體相互作用、細(xì)胞間受體傳遞、向靶細(xì)胞傳遞蛋白或遺傳信息水平傳遞等方式改變靶細(xì)胞的活性^［23］。它們參與細(xì)胞過程，如血管生成調(diào)節(jié)、細(xì)胞增殖、免疫調(diào)節(jié)^［24］。其中微小RNA（miRNA）在外泌體的生物學(xué)功能中發(fā)揮著重要作用。這些miRNA調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和遷移（例如miR191、miR-222、miR-21和let-7a）、炎癥（例如miR-204-5p）和血管生成（例如miR-222和miR-21）^［25］。研究還表明線粒體和線粒體DNA（MtDNA）的轉(zhuǎn)移可以通過MSC分泌胞外囊泡發(fā)生。MSC可以釋放細(xì)胞外囊泡中的線粒體顆粒，這些顆粒攜帶MtDNA被巨噬細(xì)胞攝取，可以增強(qiáng)其氧化磷酸化活性^［26］。Monsel等^［27］還發(fā)現(xiàn) MSC的胞外囊泡對(duì)重癥肺炎小鼠的治療作用，一部分可能是通過轉(zhuǎn)移線粒體或者關(guān)鍵線粒體基因的mRNA來實(shí)現(xiàn)的。

3.MSC的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀：多種疾病，包括肝硬化^［28］、克羅恩病^［29］和移植物抗宿主病^［30］都已經(jīng)進(jìn)入了MSC治療的臨床試驗(yàn)。2018年，一種MSC產(chǎn)品獲得了歐洲藥品管理局的首個(gè)上市許可，用于治療克羅恩病患者復(fù)雜的肛周瘺.這是MSC治療的重大標(biāo)志性進(jìn)展^［31］。對(duì)于呼吸系統(tǒng)疾病而言，MSC也展現(xiàn)了有希望的應(yīng)用前景。截止到2020年5月，在臨床注冊研究數(shù)據(jù)庫中，共有68個(gè)與呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)的MSC臨床實(shí)驗(yàn)^［32］。Weiss等^［33］發(fā)現(xiàn)雖然經(jīng)MSC治療和未治療的慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）患者之間肺功能檢測和生活質(zhì)量指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但研究最重要的結(jié)論在于發(fā)現(xiàn)對(duì)中度至重度COPD患者靜脈注射異基因MSC是安全的，未觀察到嚴(yán)重不良事件、COPD加重頻率增加或病情惡化。基于MSC的治療特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）患者的安全性和有效性在臨床試驗(yàn)中也得到評(píng)估^{［34, 35］}。MSC最近也被認(rèn)為是一種治療新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）的方法^［36］。截至目前，已經(jīng)有31項(xiàng)與COVID-19相關(guān)的MSC臨床實(shí)驗(yàn)^［32］。已有的結(jié)果表明，MSC對(duì)于治療COVID-19患者是安全有效的，特別是對(duì)于病情非常嚴(yán)重的患者^［37］。

截至2019年1月，在全球范圍內(nèi)進(jìn)行了900多項(xiàng)MSC注冊研究。大多數(shù)基于MSC的試驗(yàn)仍處于早期Ⅰ或Ⅱ階段，只有一小部分（少于50個(gè)）處于Ⅲ階段^［38］，目前只有9種產(chǎn)品（約1%）已獲全球市場批準(zhǔn)^［39］。這些試驗(yàn)，主要是一期和二期，證實(shí)了積極的安全性，但MSC的治療效果在臨床試驗(yàn)中并不令人滿意^［40］。在MSC從臨床研究轉(zhuǎn)移到臨床應(yīng)用之前，還有很多工作要做。在劑型、給藥途徑、劑量、頻率和適應(yīng)癥等方面仍有待明確^［41］。這些問題對(duì)基于MSC的治療的臨床發(fā)展提出了挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研究來更好地了解它們對(duì)不同疾病狀態(tài)的影響，然后MSC的治療效益才能轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐。

二、間充質(zhì)干細(xì)胞治療重癥哮喘的機(jī)制

重癥哮喘不同于輕-中度哮喘，它具有獨(dú)特的炎癥過程。在重癥哮喘患者的氣道內(nèi)有更多的嗜中性粒細(xì)胞浸潤、組織損傷及氣道重塑。氧化應(yīng)激與氣道炎癥相互作用，互為因果，是導(dǎo)致重癥哮喘發(fā)生發(fā)展兩個(gè)重要因素。重癥哮喘患者對(duì)糖皮質(zhì)激素的反應(yīng)性降低也是重癥哮喘患者的重要特征。

（一）MSC與氣道炎癥

Lathrop等^［42］發(fā)現(xiàn)在更嚴(yán)重的Th2/Th17介導(dǎo)的由真菌引發(fā)的急性中性粒細(xì)胞性過敏性氣道炎癥模型中，在激發(fā)階段給予MSC刺激，可改善氣道高反應(yīng)性和肺部炎癥。但在復(fù)發(fā)型重癥哮喘模型中，MSC干預(yù)雖然可以改善氣道高反應(yīng)性，但并沒有改善氣道炎癥，反而使中性粒細(xì)胞增多。這可能和氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性并不總是同步發(fā)生有關(guān)，二者可能受到不同機(jī)制途徑和遺傳背景的影響。Hong等^［43］發(fā)現(xiàn)人MSC可以通過減少中性粒細(xì)胞浸潤和Th2激活來減輕聚肌苷酸胞苷酸［Poly（I：C）］誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞哮喘小鼠模型的氣道炎癥：將MSC與人支氣管上皮細(xì)胞（BEAS-2B）共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)在MSC干預(yù)下，IL-8的水平得到抑制；之后又將MSC與重癥哮喘的外周血單個(gè)核細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)MSC抑制γ干擾素（IFN-γ）和IL-4的水平的同時(shí)，可以提高IL-10的水平。該研究表明對(duì)于重癥哮喘的治療而言，MSC是一個(gè)有前景的治療手段。

（二）MSC與激素不敏感

部分重癥哮喘人群即使長期或大量使用糖皮質(zhì)激素，哮喘癥狀仍難以得到控制。此類重癥哮喘患者多屬于中性粒細(xì)胞性哮喘。中性粒細(xì)胞從根本上對(duì)糖皮質(zhì)激素具有耐藥性，激素治療可以延長中性粒細(xì)胞的生存期^［44］?；謴?fù)糖皮質(zhì)激素敏感性是重癥哮喘患者治療研究的一個(gè)重要方向。Fang等^［45］成功地從iPSC中培養(yǎng)出MSC，并用其刺激卵清蛋白（OVA）/脂多糖（LPS）構(gòu)建的激素抵抗小鼠模型，發(fā)現(xiàn)輔助性T細(xì)胞17（T helper cell 17，Th17）水平得到明顯抑制，并改善了激素抗性中性粒細(xì)胞性哮喘小鼠模型的氣道炎癥。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)MSC改善激素抵抗的機(jī)制一部分原因是通過抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)的。國內(nèi)有研究表明人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞能通過旁分泌作用調(diào)控IL-17發(fā)揮效應(yīng)從而糾正糖皮質(zhì)激素受體（glucocorticoid receptor，GR）α的核轉(zhuǎn)運(yùn)異常及GRβ的表達(dá)上調(diào)，從而達(dá)到治療對(duì)激素不敏感的過敏性鼻炎的作用^［46］。目前MSC對(duì)于重癥哮喘激素不敏感的具體治療機(jī)制仍需要進(jìn)一步的研究，這對(duì)于重癥哮喘的治療有重大意義。

（三）MSC與氧化應(yīng)激

當(dāng)前越來越多的證據(jù)顯示氧化應(yīng)激在哮喘氣道炎癥中占有重要作用?；钚匝酰≧OS）的增加，可以引起氣道高反應(yīng)增強(qiáng)和氣道炎癥加重，導(dǎo)致哮喘進(jìn)一步惡化^［47］。氧化應(yīng)激還與重癥哮喘的激素抵抗有關(guān)。氧化應(yīng)激不僅可引起核因子-κB和激活子蛋白-1活性的增強(qiáng)，也可上調(diào)磷脂酰肌醇3-激酶δ亞型（PI3K-δ）的表達(dá)導(dǎo)致組蛋白去乙?；?活性下調(diào)，從而降低GRα活性^{［48, 49］}。研究表明，MSC可以修復(fù)氧化應(yīng)激導(dǎo)致的多種損傷，具有修復(fù)細(xì)胞、促進(jìn)血管生成、抑制組織纖維化以及調(diào)節(jié)免疫的作用^［50］。目前還沒有間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)重癥哮喘中氧化應(yīng)激影響的研究，但在其他疾病的臨床實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，均表明間充質(zhì)干細(xì)胞可以減緩氧化應(yīng)激。Chen等^［51］發(fā)現(xiàn)脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞可以通過抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)來減少缺血再灌注損傷后的腎臟損害。Chi等^［52］發(fā)現(xiàn)脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞可抑制腦中動(dòng)脈閉塞模型大鼠的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，減輕炎癥反應(yīng)，從而改善血腦屏障狀態(tài)。我們推測MSC也可以減少重癥哮喘的氧化應(yīng)激水平，從而改善氣道炎癥。另外，其是否能通過減弱氧化應(yīng)激從而影響下游通路來改善激素抵抗也值得進(jìn)一步的研究。

（四）MSC外泌體與重癥哮喘

作為一種細(xì)胞治療手段，MSC在很多炎癥疾病中都證明了有效性。但MSC移植也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。MSC治療可能會(huì)引起機(jī)體的免疫反應(yīng)過度抑制。有研究表明，在較短時(shí)間內(nèi)接受MSC治療的部分特發(fā)性肺纖維化患者中出現(xiàn)感染和呼吸道癥狀，提示基于MSC的治療導(dǎo)致?lián)p傷肺的免疫反應(yīng)過度抑制^［34］。因此，應(yīng)該明確確定移植MSC的最佳數(shù)量，以便在免疫抑制可能產(chǎn)生的有利和不利影響之間找到合適的平衡。另外，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植的局部微環(huán)境中含有誘導(dǎo)移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞不必要分化的因子^［53］。移植的MSC可能會(huì)產(chǎn)生不必要的分化。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植的局部微環(huán)境中含有誘導(dǎo)移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞不必要分化的因子。間充質(zhì)干細(xì)胞有可能分化成不需要的組織，包括骨和軟骨。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植后心肌梗死區(qū)域可見包膜結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)包含鈣化或骨化^［54］。將未分化的骨髓基質(zhì)細(xì)胞移植到急性梗死心肌可能會(huì)誘發(fā)心肌梗死心肌內(nèi)鈣化的發(fā)展^［55］。因此，新的研究應(yīng)集中于定義影響MSC體內(nèi)給藥后命運(yùn)的因素和信號(hào)通路。MSC有抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)和產(chǎn)生可能促進(jìn)腫瘤生長的潛力。MSC可通過抑制抗腫瘤免疫和通過產(chǎn)生促血管生成因子誘導(dǎo)新生血管，促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。由于其免疫調(diào)節(jié)特性，MSC向原發(fā)腫瘤遷移^［56］；抑制導(dǎo)致腫瘤生長增加的抗腫瘤免疫反應(yīng)。研究表明，注射人MSC可促進(jìn)荷瘤小鼠的腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，同時(shí)NK細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞的細(xì)胞毒活性降低，MSC促進(jìn)免疫反應(yīng)向抗炎Th2通路極化，創(chuàng)造免疫抑制環(huán)境，促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的進(jìn)展^［57］?？紤]到MSC在世界范圍內(nèi)經(jīng)常被作為普遍的人類療法卻可能促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，利用MSC的研究應(yīng)集中于持續(xù)監(jiān)測和長期隨訪MSC治療患者以確定MSC可能的促腫瘤以及其他不利影響。

這些風(fēng)險(xiǎn)限制了MSC的進(jìn)一步臨床應(yīng)用。一些研究人員建議，應(yīng)將外泌體作為藥物使用，而不是使用MSC^［58］。因?yàn)橥饷隗w與MSC相比，其具有更好的免疫原性，且無致瘤和栓塞形成的不良反應(yīng)^{［59, 60］}。MSC分泌的外泌體在哮喘中的作用已被證實(shí)與MSC自身對(duì)哮喘的作用相似。Du等^［61］證實(shí)，MSC外泌體可以通過促進(jìn)哮喘患者外周血中IL-10和人TGF-β1的分泌，促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）的增殖和免疫調(diào)節(jié)能力，減輕肺部炎癥。2018年國內(nèi)研究者證實(shí)了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體可以通過調(diào)節(jié)Treg/Th17的平衡來改善ova誘導(dǎo)哮喘小鼠的癥狀，減輕肺部炎癥^［62］。而對(duì)于重癥哮喘而言，Cruz等^［63］發(fā)現(xiàn)從人骨髓MSC提取的外泌體，可以減輕由真菌誘發(fā)的中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的難治性哮喘模型的氣道炎癥以及氣道高反應(yīng)性，并且外泌體的抑制能力相比間充質(zhì)干細(xì)胞更加有效。去除外泌體和可溶性因子后的間充質(zhì)干細(xì)胞的抗炎效果明顯減弱。但在外泌體治療完全轉(zhuǎn)化到臨床實(shí)踐之前，仍有一些障礙需要克服。其中一個(gè)主要障礙是產(chǎn)生外泌體的復(fù)雜過程。其成分多樣性大，在生產(chǎn)和使用過程中受到不同因素的影響^［64］。產(chǎn)生外泌體的過程中的質(zhì)量控制（如鑒別、純度、效力和穩(wěn)定性）和藥效學(xué)（如作用方式、有效成分）在進(jìn)行臨床試驗(yàn)前必須得到確認(rèn)^［65］。

三、展望

MSC治療作為目前的研究熱點(diǎn)，未來需要對(duì)其治療機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步探索。另外，對(duì)于MSC治療的安全性和有效性還需得到進(jìn)一步評(píng)估。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)了MSC治療重癥哮喘是一種有潛力的治療手段，其可以有效地減少氣道炎癥和氣道重塑。但對(duì)于其能否改善重癥哮喘的氧化應(yīng)激和激素抵抗，以及改善的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究。相比較MSC在不少其他疾病進(jìn)入臨床試驗(yàn)甚至作為藥物獲得市場認(rèn)可，在哮喘方面，目前只有三項(xiàng)研究在官方臨床試驗(yàn)中心注冊，這表明目前MSC在哮喘治療中的應(yīng)用仍處于臨床前階段^［66］。仍需更多的臨床試驗(yàn)來觀察MSC在重癥哮喘臨床應(yīng)用的效果和安全性。