间充质干细胞的鉴定、表征和组织来源及临床应用

经过仔细研究，间充质干细胞/基质细胞（MSC）在再生医学中具有巨大的潜力。凭借其免疫调节和再生特性，间充质干细胞在临床领域有着广泛的应用。间充质干细胞具有多谱系分化、旁分泌信号传导的特性，并且可以从各种组织中分离出来，这使得它们成为在许多器官系统中应用的关键候选者。为了强调MSC治疗对一系列临床适应症的重要性。

本综述重点介绍了大多数试验报告中针对肌肉骨骼、神经、心血管和免疫系统的间充质干细胞特异性研究。此外，还包括临床试验中使用的不同类型间充质干细胞的更新列表，以及每种类型间充质干细胞的关键特征。提到的许多研究都围绕间充质干细胞的特性，例如外泌体的使用以及间充质干细胞与其他细胞类型的共培养。值得注意的是，间充质干细胞的临床用途并不局限于这四个系统，间充质干细胞的修复、再生或调节其他患病或受伤的器官系统的功能仍在不断被测试。这篇综述提供了临床试验中间充质干细胞的最新汇编，为间充质干细胞治疗领域的改进铺平了道路。

背景

间充质干细胞/基质细胞（MSC）是具有自我更新、多谱系分化和免疫调节能力的成体干细胞。间充质干细胞可以从多种来源分离，包括骨髓、脂肪组织、脐带、脐带血、胎盘以及其他组织来源。最初，间充质干细胞被鉴定为骨髓中造血干细胞的基质细胞或支持细胞。

MSC易于分离且易于获取，使其成为不同临床应用的理想来源。大量研究展示了MSC在炎症调节中的免疫调节和稳态作用，通过细胞间接触和旁分泌信号传导展示了这种免疫调节作用。间充质干细胞还表现出生长因子分泌，并且可以流向受伤区域。

这些特性加上易于体外扩增，使间充质干细胞成为实验研究、临床前研究和临床试验的合适候选者。当前的综述简要讨论了来自不同组织来源的间充质干细胞的关键特征，并总结了肌肉骨骼、神经、心血管和免疫修复治疗潜力的关键证据，强调了间充质干细胞在治疗所考虑的每个器官系统内的一些常见疾病方面的临床效用。

间充质干细胞的鉴定、表征和组织来源

国际细胞治疗学会 (ISCT) 制定了定义间充质干细胞/基质细胞的四个最低标准，其中包括成纤维细胞样形态、塑性粘附、多谱系和分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞的多潜能能力，以及表达细胞表面蛋白 CD73、CD90和CD105，并且缺乏谱系特异性标记CD45、CD34、CD14、CD19、CD11b和HLA-DR的表达。在早期的研究中，间充质干细胞主要是从骨髓中获得的。然而，随着间充质干细胞研究的扩大，人们发现了其他组织来源，包括脂肪组织、胎盘、羊水、脐带、牙髓等。此外，这些不同的来源产生了具有独特特征的间充质干细胞。

骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）被认为是应用最广泛的，并表现出MSCs的所有典型特征。根据 ClinicalTrials.gov 提供的数据，与任何其他来源的MSC相比，该来源的细胞已用于更多的临床试验。然而，它们并不容易获得，因为捐赠者必须经历通常从髂嵴抽取骨髓的痛苦且侵入性的过程。这促使研究人员寻找更容易大量获得的间充质干细胞的替代来源。

脂肪组织已成为同种异体间充质干细胞的主要替代来源之一，并且由于其易于分离且可在大量组织中获得，可用于获取足够的原代细胞，因此正在得到广泛研究。脂肪间充质干细胞（Ad-MSCs）可以分化成各种类型的细胞，如脂肪细胞、成骨细胞、肌细胞、软骨细胞、神经细胞、肝细胞、上皮细胞。Ad-MSC的表征揭示了非经典标记的识别，包括CD36、CD200和CD274。Ad-MSC需要更大剂量的生长因子（TGF-β和IGF-1）才能具有与BM-MSC中观察到的相当的软骨形成分化能力。

源自胎盘的间充质干细胞来源广泛且数量丰富。除了表达满足ISCT最低标准的经典细胞表面标志物外，胎盘MSC (P-MSC) 还对UEA-1（BM-MSC呈阴性）、CD166、CD73、CD44、CD105、CD29和HLA呈阳性。同时CD31、CD34、CD14、CD45和HLA-DR呈阴性。此外，这些细胞还表达肾素和flt-1，而BM-MSCs中不表达它们。胎盘间充质干细胞可以成功分化为多种细胞类型。然而，同一胎盘来源的间充质干细胞的增殖能力存在差异，一些胎盘细胞表现出超过20代的增殖能力，而另一些则仅在10至20代之间增殖。另一种合适的MSC替代来源是人羊水 (AF-MSC)。此外，源自该来源的间充质干细胞比骨髓间充质干细胞具有更好的自我更新能力，并且具有更高、更快的增殖能力。此外，它们具有更高的分化为肝细胞和表达肝脏特异性标记物的能力。此外，它们具有与BM-MSC相同的基因稳定性和免疫表型。

脐带和脐带血是一种方便的MSC来源，因为它易于采集，而且脐带血来源的MSC（UCB-MSC）和BM-MSC在免疫表型和形态方面没有显着差异。然而，UCB-MSCs的CD105和CD90表达较低；与BM-MSC相比，集落频率较低。此外，UCB-MSC不具有成脂分化能力。尽管如此，与BM-MSCs相比，UCB-MSCs可以培养更长时间并且具有更高的增殖能力。UCB来源的MSC的缺点是分离效率低。相反，脐带源性间充质干细胞（UC-MSCs）的分离效率要高得多。UC-MSC在基因表达方面与BM-MSC相似：当比较两种细胞类型之间丰富的转录本时，只有0.8%在UC-MSC中发现的标签在BM-MSC中没有发现。另一方面，在 BM-MSC 中发现的标签中只有2.9%在UC-MSC中没有发现。

牙髓可以成为干细胞的有效来源，因为来自乳牙牙髓的干细胞比BM-MSC具有更高的增殖能力。此外，源自牙髓的干细胞 (DP-SC) 具有较高的碱性成纤维细胞生长因子、BMP-2、RUNX2和ALP基因表达。相比之下，BM-MSCs具有更高的成骨分化能力和更高的碱性磷酸酶表达。DP-SCs比骨髓基质干细胞表现出更强的牙源分化能力，并且具有更高的矿化率。此外，DP-SC表达多种干细胞嵴衍生的表面标记，如 GFAP、HNK-1、巢蛋白、P75和S-100，表明它们源自颅神经嵴细胞。

间充质干细胞的治疗应用

最近的研究提供的证据表明，间充质干细胞不仅通过植入和分化发挥治疗作用，还通过分泌对其他细胞发挥有益作用的生物活性分子来发挥治疗作用。MSC的旁分泌作用可大致分为营养作用、免疫调节作用和化学吸引作用。具体而言，已知来自MSC的分泌因子介导血管生成、促有丝分裂、抗纤维化、抗细胞凋亡、抗疤痕形成和神经原性功能（图1）。研究人员一直在众多研究中积极使用间充质干细胞，clinicalTrials.gov上列出了超过1476项临床试验（截至2023年3月），其中大多数旨在治疗肌肉骨骼、神经、心血管和免疫相关疾病（图2）。参与每种疾病系统的再生或修复的关键分子参与者如图所示（图3）。

在这篇综述中，我们将讨论利用 MSC 治疗这四种主要疾病类别的临床前和临床研究的结果。用于特定临床应用的MSC的来源列于表1。

使用从Clinical Trials.gov获得的MSC临床试验编号（截至2023年3月）绘制饼图，并计算MSC试验在不同疾病类别中的百分比分布

表1利用间充质干细胞治疗各种临床病症的关键研究列表

结论

由于其多谱系分化、增殖能力、分泌因子以及相对容易从不同身体部位分离，MSC 可应用于多种情况。此外，人们还积极努力优化间充质干细胞的给药和疾病治疗技术。许多临床试验使用了不同剂量的MSC，比较了不同来源的MSC的有效性，使用MSC的外泌体代替实际细胞，并将MSC与其他物质/细胞结合。

尽管这篇综述论文的重点是损害肌肉骨骼、神经、心血管和免疫系统的疾病，但间充质干细胞的临床试验并不局限于这四个系统，它们正在更多领域进行测试。因此，再生医学中需要进一步研究间充质干细胞以有效治疗疾病/病症。

参考资料：Maldonado, V.V., Patel, N.H., Smith, E.E. et al. Clinical utility of mesenchymal stem/stromal cells in regenerative medicine and cellular therapy. J Biol Eng 17, 44 (2023). https://doi.org/10.1186/s13036-023-00361-9

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