“不同组织来源的MSC是否有差异性?这些差异会影响到最终疗效吗?”
作为一种广泛存在于人体的细胞,我们能在骨髓、脂肪、脐带等多种组织中发现MSC的踪迹,“产地”的迥异也引发了科学家们的浓厚兴趣:
“不同组织来源的MSC是否有差异性?这些差异会影响到最终疗效吗?”
答案不出所料,尽管这些MSC在医学上都能被统称为“间充质干细胞”,但不同的组织来源确实赋予了它们“异质性”。
间充质干细胞是一类具有多向分化能力的细胞,若论起发现史,可以追溯到1966年。
苏联生物研究员Friedenstein等人偶然发现了一种能滋养造血和分化成骨细胞的细胞,它们在随后的研究中还被证实可体外分化为成骨细胞、脂肪细胞或软骨细胞。
这种强大的分化能力立刻引发了医学界的关注,在得名“间充质干细胞”后,MSC也被逐渐制定了判定标准。
根据国际细胞治疗协会的规定:MSCs表达(阳性≥95%)CD105、CD73和CD90,而不表达(阴性<2%)CD45、CD34、CD11b或CD14、CD19或CD79a和HLA-DR,同时在标准培养条件下贴壁生长,并具备可体外分化为成骨细胞、脂肪细胞或软骨细胞的能力。

2006年国际细胞治疗协会提出用表面抗原来定义人类 MSC
然而在符合泛用标准之下,不同来源的MSC也展现了差异化。
我们以临床上最为三种常见的:骨髓间充质干细胞(BM-MSC)、脂肪间充质干细胞(AT-MSC)和新生围产组织MSC(主要来源于脐带(UC-MSC))为例,逐一对比它们的细胞形态、增殖能力,分化潜能、分泌组与免疫调节特性。
细胞形态PART 01

MSC衰老后胞体会增大,增殖能力减弱
在干细胞的世界里,“个头大”并不是一件好事。
我们知道,MSC一般会呈现出特别的纺锤形态,但在经历多次细胞分裂后,这种经典形象便会慢慢瓦解,MSC会逐渐变得大而扁平。换而言之,“个头大”是MSC衰老的体现。
这一点也被体现在不同组织来源的MSC上,有研究发现[1],取自新生儿围产组织来源的MSC的细胞直径普遍偏小,AT-MSC次之,而伴随人体成长最久的BM-MSC最大。
而“体型差”带来的最直接影响就是MSC的增殖代谢能力。
增殖代谢能力PART 02
通常情况下,一场研究中的MSC需求量是按百万级计算的,想要获得大量的MSC,势必要进行足够的体外培养扩增。
但就如同大多数细胞一样,MSC的增殖能力会随着衰老而减弱,直至停止分裂,如果MSC本身就不够“年轻”,那么即便最终数量达标,也会有一堆凋亡细胞在其中“浑水摸鱼”--这些细胞不但缺乏疗效,还有可能让身体产生毒性反应。
所以当前的临床研究更倾向于使用有“零岁细胞”之称的围产组织(如脐带、羊膜、胎盘等)MSC。
而对比另两种临床试验中的常客:BM-MSC与AT-MSC,则明显是后者优于前者。
当科学家尝试使用细胞倍增时间(DT)来描述细胞老化时,BM-MSC呈现出了较慢的增殖速率,它的DT时间通常需要40-60小时,甚至在传代至第6/7代时就已经出现衰老的迹象。
相比之下,AT-MSC的表现更好,DT时间数据缩短到20-45小时,且在传至第8代时也没有出现衰老迹象。值得注意的是:当研究者剥离其他因素,尝试对比由同一个供体提供的BM-MSC和AT-MSC时,这种差异也仍旧存在。
所以单就增殖能力而言,新生围产组织MSC>AT-MSC>BM-MSC。
分化潜能PART 03
拥有体外向中胚层谱系分化的能力,可能是生物学上MSC最独特的特性之一,与此同时,科学家们还发现MSC存在一种由表观遗传因素驱动的“组织记忆”效应。
在这种效应的驱使下,BM-MSC更容易分化为成骨细胞和软骨细胞,AT-MSC更容易分化为脂肪。
不过,围产期组织MSC是个例外,实验证明:他们在分化为成骨细胞及软骨细胞上潜力非凡,甚至能力压BM-MSC。
而如果撇开“记忆效应”回看,UC-MSC还具有相对较高的胰腺再生和神经再生潜力,可被应用在肝脏和神经疾病的治疗中。
BM-MSC则有较高的心肌生成潜力,是心脏相关疾病的潜在治疗方法。
总而言之,分化潜能的高低无法一概而论,每一种MSC似乎都能在某个特定领域发挥出其他两种无法比拟的分化能力,需要视情况而定。
分泌组PART 04
医学上普遍认为,MSC的治疗作用主要是通过其分泌的可溶性因子和囊泡实现的。这些分泌体由小分子、趋化因子、细胞因子、生长因子以及外泌体等物质组成,微小的体积让他们能在人体内无障碍穿梭,甚至能无视令科学家们头疼的血脑屏障(BBB)发挥功效。
可溶性因子
MSC分泌的可溶性因子功效多样,能够促进血管生成、促进细胞增殖、抵抗细胞凋亡、抗炎、抗纤维化和基质重塑等。但不同来源的MSC在功能上略有区别。
UC-MSC分泌的可溶性因子富含抗炎细胞因子(如IL1RA和IFNα),促炎细胞因子(如IL6和IL8);有丝分裂因子(如HGF、TGFβ2、PDGFAA和GCSF(240))。这种源自新生围产组织的MSC拥有多样化的分泌组,其中的蛋白质更为丰富,促血管生成阵列更为完整,有研究表明:UC-MSC还拥有着比母体来源的MSC更强大的诱导血管样结构能力。

间充质干细胞的旁分泌作用会分泌多种细胞因子发挥作用
而BM-MSC则不同,其分泌的细胞因子(如IL6、IL7、IL8和IL12)水平较低,但据研究,它能分泌浓度较高的PDGFBB、MCP1、SDF1、TGFβ1和VEGF,表现出一种更强的抗炎特性,尤其是在缺氧条件的下。它还能分泌如ANG、HIFα、MMP9等促进血管生成和抗凋亡因子。
最后是AT-MSC,虽然部分研究显示由它分泌的可溶性因子中缺少类似AKT1和FGF2血管生成的核心成分,但AT-MSC在生成血管方面并不逊色,它仍能分泌VEGFA、TGFβ、bFGF和HGF--这些都是内皮细胞能够存活、增殖与迁移的关键。科学家们还在AT-MSC分泌组中发现了大量 IL7 、 IL12 、金属蛋白酶(MMP1、MMP3 和 MMP13)和细胞外基质成分,这是一套完全不同与BM-MSC的血管生成机制。
囊泡
囊泡是由细胞释放到外部空间的脂质双层分隔颗粒,携带一系列如线粒体、蛋白质、脂质、微小 RNA (miR)等“货物”,它能像同城闪送般将这些“亚细胞成分”精准送达给另一个细胞,以此完成细胞间的信号传导。而这些货物也被认为是 MSC治疗益处的潜在机制。
我们谈论的三种MSC,虽然来自于不同的组织,但囊泡中的蛋白质却有50%相似,BM-MSC与UC-MSC囊泡之间的相似度甚至直奔60%,但这并不意味着它们没有差异,事实上,它们依旧导向了不同的效果。

不同来源的MSC囊泡的治疗效果(部分)
据研究表明,BM-MSC、AT-MSC与UC-MSC囊泡都具有血管修复的能力,但一定要进行比较,AT-MSC的囊泡中血管生成相关物质的含量更高,能促进伤口愈合。而UC-MSC囊泡可以通过增加毛细血管密度、减少细胞凋亡和恢复线粒体动力,帮助伤口愈合并减少缺血事件后的肾纤维化。
在抑制炎症方面,BM-MSC、AT-MSC与UC-MSC囊泡都能有效抗炎,只是机制略有不同。除此以外,BM-MSC与UC-MSC的囊泡还能增强组织修复功能。
免疫调节特性PART 05
在展开这个问题前,我们得先明白:“过强”或“太弱”的免疫力都有可能带来疾病,都有可能击垮我们的身体,而MSC刚好能成为一个维持平衡的“砝码”。
MSCs 能够调节包括T /B 淋巴细胞、自然杀伤细胞 (NK)、树突细胞巨噬细胞等多种免疫细胞的激活、增殖,它会产生细胞因子,创造出一个有利于损伤消退或组织修复的再生环境。
在这个基础之上,一些研究深入比较了UC-MSC、AT-MSC与 BM-MSC的免疫调节特性。
在共培养和跨孔混合淋巴细胞反应 (MLR)体外测定中。研究者发现UC-MSC 对 T 细胞增殖具有最显著的抑制作用,其次是AT-MSC和BM-MSC。UC-MSC的囊泡中还富含PDL1,可以增强MSC的免疫抑制作用,在对抗免疫介导疾病(如系统性红斑狼疮、银屑病、类风湿性关节炎等)中有显著效果。

间充质干细胞抑制T细胞增殖,其中WJ指脐带沃顿氏胶,PL为胎盘间充质干细胞
综上所述,三种来源的MSC确实存在异质性(汇总信息参考下图),它们在一些疾病的治疗中也会显现差异,如胶质母细胞瘤、伤口愈合治疗中。
此外,UC-MSC的 HLA 抗原(HLA-DMA、HLA-DPB1 和 HLA-DR)表达最低,BM-MSC表达最高。这意味着在一般情况下,回输的UC-MSC可以在机体停留更长的时间,最不容易被免疫系统清除。
故从免疫调节潜力来说,UC-MSC>AT-MSC和BM-MSC,如果把停留机体的时间同步考量进去,BM-MSC就会是“吊车尾”了。
综上所述,三种来源的MSC确实存在异质性(汇总信息参考下图),它们在一些疾病的治疗中也会显现差异,如伤口愈合治疗等。

UC-MSC、AT-MSC及BM-MSC生物差异性对比,图中额外增加表面标志物对比
忽略其他外部因素,UC-MSC是临床中泛用性更强,生物学特性更优异的间充质干细胞。
获取来源也无需担心,我们在之前的文章中提到过,MSC支持异体使用。这些年同种异体MSC的研究数量也在逐年攀登,UC-MSC被视作是可大规模生成“药品”的有力候选者。

2004-2018年间充质干细胞临床试验趋势
当然,我们也必须要意识到:在不同临床条件下选择何种MSC仍要视情况而定,UC-MSC并不是唯一最优解。更何况,基于细胞疗法领域不断发展,这种因来源而造成的功能差异也有被完全抵消的可能性,毕竟科学技术的突破,一直在路上。
LIFE SEEK
写在最后
除却正文中的来源差异,不同的分离方法、不同的培养体系都会影响最终的结果。想要获得安全有效的间充质干细胞治疗,我们可能亟待一个通用的量化标准。
目前,中国的干细胞产业也被按下了加速键,相信随着政策的完善及再生医学的发展,干细胞疗法将更加精准有效地造福广大人民群众。
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