间充质干细胞是一类具有自我更新、多向分化和免疫调节功能的多能干细胞,在再生医学领域展现出巨大的应用潜力。目前,科学家们已经从脂肪、脐带血、牙髓、胎盘和脐带等多种组织中成功分离出了间充质干细胞。
间充质干细胞的生物学特性
根据国际细胞治疗学会(ISCT)的定义,间充质干细胞需满足三个基本标准:塑料贴壁生长、特定表面标志物表达(CD73、CD90、CD105阳性率≥95 ,造血标志物CD34、CD45等阴性率≤2 )以及体外向成骨、成软骨和成脂方向分化的能力。
这些生物学特性使间充质干细胞成为多种疾病治疗的理想种子细胞,尤其在免疫介导性炎症性疾病、呼吸系统疾病、骨关节病变、心脑血管损伤、神经退行性变,以及代谢紊乱等难治性病症领域展现出应用潜力。
间充质干细胞的研究与转化史
间充质干细胞的研究历史可追溯至20世纪60年代,苏联科学家Friedenstein领导的团队首次发现骨髓中的某些细胞能够在体外贴壁生长,并分化为骨细胞和软骨细胞。随后的数十年间,研究人员逐步明确了这种细胞具有多向分化潜能、造血支持作用及免疫调节功能。1991年,Caplan教授首次将这种起源于中胚层的细胞命名为“间充质干细胞”。
2011年后,间充质干细胞的临床转化取得积极进展。韩国、日本、加拿大、印度、欧盟及伊朗均已批准多款干细胞药物上市,用于治疗心肌梗死、软骨缺损、克罗恩病瘘管、渐冻症、移植物抗宿主病、脊髓损伤、骨关节炎及肢体缺血等多种疾病。
2024年12月,美国FDA首次批准异体骨髓来源的间充质干细胞产品Ryoncil用于儿童类固醇难治性急性移植物抗宿主病;2025年1月2日,国家药监局附条件批准艾米迈托赛注射液上市,用于治疗14岁以上消化道受累为主的激素治疗失败的急性移植物抗宿主病。中美两国间充质干细胞药物的成功上市,标志着该疗法正式跻身主流医疗行列。
间充质干细胞的作用机制
研究发现,间充质干细胞的治疗作用主要通过两种机制实现:一是多向分化能力,可直接替代受损组织;二是旁分泌效应,通过释放生物活性分子(如生长因子、细胞因子和细胞外囊泡)调节局部微环境。
在免疫调节方面,间充质干细胞具有多重抗炎与修复功能。它能抑制T细胞增殖,促进调节性T细胞的生成,并引导巨噬细胞向抗炎M2型转化。同时,通过释放吲哚胺2,3-双加氧酶、前列腺素E2等物质,进一步发挥抗炎作用。此外,间充质干细胞释放的细胞外囊泡可作为信号载体,携带microRNA等活性分子,调节靶细胞功能,从而减轻炎症并促进组织修复。
间充质干细胞的研究进展
在免疫介导的炎症性疾病领域,间充质干细胞展现出治疗潜力。对于移植物抗宿主病,它能分泌物质诱导生成调节性T细胞,还能抑制T细胞增殖。临床研究发现,给对激素耐药的急性移植物抗宿主病患儿输注异体骨髓间充质干细胞,54 的孩子病情得到缓解。
系统性红斑狼疮方面,脐带来源的间充质干细胞可促进特定免疫细胞衰老,减轻肾脏损伤。类风湿关节炎患者使用间充质干细胞,不仅能减轻关节滑膜炎症,其携带的物质还能延缓关节破坏。炎症性肠病中的复杂肛瘘,用脂肪来源的间充质干细胞治疗,Ⅲ期临床试验显示50 的患者实现联合缓解,效果显著优于对照组。
呼吸系统疾病是间充质干细胞应用的另一重要领域。在急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征模型里,它能增强肺泡细胞功能,抑制中性粒细胞浸润。新冠疫情期间,多项临床试验证实脐带间充质干细胞能降低炎性因子水平,改善重症患者氧合功能。它可能通过激活特定通路调节巨噬细胞,让巨噬细胞发挥抗炎作用。
骨骼疾病治疗中,间充质干细胞在骨质疏松、骨不连、骨关节炎等领域取得进展。骨质疏松时,它能平衡骨形成和脂肪形成,延缓骨丢失;在骨关节炎治疗中,它既能促进软骨再生,又能缓解疼痛。它的外泌体还能延缓骨关节炎发展。对于脊髓损伤,它能抑制小胶质细胞活化,促进轴突再生和血管修复。
在心脑血管疾病领域,间充质干细胞主要通过旁分泌机制发挥治疗作用。脑卒中模型中,它分泌的因子能促进血管新生,改善神经元代谢功能。动脉粥样硬化方面,牙龈来源的间充质干细胞可调节免疫细胞状态,减少动脉斑块炎症。心肌梗死治疗中,经过基因修饰的间充质干细胞能增强心肌修复能力,缩小梗死面积。这为间充质干细胞的基因工程改造提供了思路。
神经退行性疾病方面,间充质干细胞在多发性硬化、阿尔茨海默病、帕金森病等疾病模型中显示出潜力。实验性自身免疫性脑脊髓炎模型里,它能抑制特定免疫细胞分化,促进髓鞘再生,改善神经功能。阿尔茨海默病治疗中,它能减少有害物质沉积,调节小胶质细胞表型,缓解神经炎症。它的外泌体还可能跨越血脑屏障,为中枢神经系统疾病提供新疗法。
在代谢性疾病领域,间充质干细胞通过免疫调节和促进组织修复双重机制发挥治疗作用。Ⅰ型糖尿病患者输注间充质干细胞,能调节细胞因子,增加调节性T细胞数量,保护胰岛β细胞功能。糖尿病足溃疡治疗中,脐带间充质干细胞来源的外泌体能加速伤口愈合。多次输注脐带间充质干细胞还能改善Ⅱ型糖尿病患者糖化血红蛋白水平,有长期治疗价值。
间充质干细胞未来发展方向包括:利用单细胞测序等技术解析间充质干细胞亚群功能,开发高效递送系统提高靶向性,探索无细胞治疗策略(如工程化外泌体),以及通过基因编辑技术增强间充质干细胞特定功能。随着对间充质干细胞作用机制认识的深入和治疗策略的优化,其有望在个性化医疗中发挥更重要角色,为多种难治性疾病提供新的治疗选择。
综上所述,间充质干细胞作为一种多功能“治疗工具”,在再生医学领域展现出广阔前景。从基础研究到临床应用的转化过程中,通过多学科合作解决细胞异质性、标准化生产和长期安全性等问题,将推动间充质干细胞疗法真正成为临床实践的重要组成部分,为人类疾病治疗提供新的突破。