间充质干细胞治疗类风湿性关节炎中的作用机制

间充质干细胞治疗类风湿性关节炎中的作用机制

间充质干细胞具有强大的组织和器官再生能力以及免疫调节特性。MSC通过多种途径发挥作用：

• (1) MSC可以分化并整合到靶组织中。
• (2) MSC分泌多种因子，包括细胞因子、血管生成因子和抗凋亡因子，作为旁分泌作用。
• (3) 它们分泌细胞外囊泡 (EV)，被靶细胞吸收并影响细胞功能。
• (4) MSC会发生细胞凋亡，并被组织巨噬细胞吞噬，从而改变巨噬细胞功能。
• (5) MSC可以通过细胞间受体相互作用或通过线粒体转移进行细胞间接触发挥作用。

总体而言，MSCs在RA治疗中的作用机制在于两点：一是抑制免疫反应，消除炎症，恢复机体免疫平衡；二是在免疫调节的基础上，促进软骨细胞和成骨细胞增殖，抑制破骨细胞活性，从而促进骨和软骨的修复（图1）。

01、MSCs在RA中的免疫微环境调节

1.1、MSCs的免疫调节特性

众所周知，MSCs能够对先天性和适应性免疫反应发挥免疫调节作用，其免疫调节功能主要通过细胞间接触和旁分泌活性与T细胞、B细胞、自然杀伤 (NK) 细胞、巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞 (DC) 和中性粒细胞等免疫细胞相互作用来实现。所有这些机制都可能有助于缓解RA的炎症。

MSC通过与细胞表面分子和受体相互作用，直接调节免疫细胞的各种下游通路，从而影响细胞增殖、效应物产生和细胞存活。MSC上参与此类细胞间相互作用的两个主要分子是共刺激分子PDL1和TNF配体超家族成员。通过旁分泌作用，MSC的分泌蛋白组包含丰富的免疫抑制分子、生长因子、趋化因子、细胞外载体(EVs)、补体成分和各种代谢物。

MSCs可产生一系列生物活性分子，如一氧化氮、吲哚胺 2,3-双加氧酶 (IDO) 、肿瘤坏死因子 (TNF) 刺激基因 (TSG)-6、前列腺素 E2 (PGE2) 、白细胞介素 (IL)-1 受体拮抗剂、IL-6、IL-10、转化生长因子 (TGF)-β1、血红素加氧酶-1、人类白细胞抗原-G5、肝细胞生长因子 (HGF) 、血管内皮生长因子，以及趋化因子的拮抗变体，如CC趋化因子配体9、CXC趋化因子受体(CXCR) 3、CC趋化因子受体5。这些分泌因子有助于免疫调节、组织重塑和再生过程中的细胞稳态。

然而，MSC的免疫调节特性并非与生俱来且不可改变，其可塑性依赖于炎症微环境的诱导。有报道指出，细胞因子激活PI3K和AKT启动糖酵解，这是产生高水平趋化因子、粘附分子和效应分子的关键；凋亡小体可赋予MSC增强的免疫调节特性；细胞外基质和支架也支持MSC的免疫调节功能；MSC也可以牺牲自身来完成免疫抑制的使命。

在炎症环境（高水平的IFN-γ和TNF-α）下，MSC转变为Toll样受体（TLR）3引发的抗炎表型，也称为MSC。在缺乏炎症环境（低水平的 IFN-γ 和 TNF-α）的情况下，MSC会转变为TLR4启动的促炎表型，也称为MSC。总体而言，MSC的免疫调节效力受其微环境中存在的炎症介质的种类和浓度的动态调节。

1.2、MSCs在RA中重建免疫耐受

类风湿性关节炎 (RA) 是一种自身免疫性疾病，其发病机制涉及先天免疫、获得性免疫、细胞因子和细胞内信号传导。利用 MSC 的免疫调节功能，可以与RA病理相关的免疫细胞相互作用，改善患者的炎症微环境，重塑患者的免疫耐受性。

T细胞在RA发病中的核心地位：T细胞在类风湿性关节炎（RA）发病机制中起主导作用，其异常激活导致过度分化为促炎亚群（Th1、Th17、Tfh）。这些细胞释放大量淋巴因子（如IL-17、IL-22），直接驱动滑膜炎症与关节破坏，构成RA病理的核心环节。

1.2.1、MSCs体外调控T细胞的直接证据：多项共培养实验证实MSCs可重塑T细胞平衡：

• 转录因子调控：AD-MSCs使RA患者PBMC中Th2/Treg标志物（GATA3、FoxP3）上调，Th1/Th17标志物（T-box21、RORγt）下调；
• 功能抑制：hUC-MSCs显著抑制患者外周血及滑液T细胞增殖活化（CD4⁺/CD8⁺），减少促炎因子分泌，并扩增Tregs；
• 条件培养基作用：AD-MSCs分泌因子直接降低Th17比例，提升Treg数量。

1.2.2、MSCs体内调节T细胞的治疗效应：动物模型揭示MSCs通过T细胞重编程改善RA：

• 免疫平衡重建：MSCs调节脾脏Th17/Treg比例，延缓CIA大鼠关节破坏；
• 靶向致病Tfh：hUC-MSCs通过IDO途径抑制Tfh分化，阻断其对B细胞的促炎支持；
• 长间隔给药优势：重复输注UCB-MSCs提升Treg，下调IL-1β/IL-6，上调抗炎因子IL-10。

1.2.3、记忆T细胞表型转换的关键机制：MSCs诱导致病性记忆T细胞向抗炎表型转化：

• 抑制致病Th17：减少记忆性Th17频率及IL-17/GM-CSF产生，促其向抗炎状态分化；
• 增强Treg功能：提升记忆Treg分泌IL-10/TGF-β的能力，延长免疫抑制时效，维持关节微环境稳态。

核心结论：MSCs通过多途径重塑T细胞亚群平衡（Th17↓/Treg↑），直接纠正RA免疫失衡，为临床干预提供关键靶点。

1.3、B细胞在RA中的核心作用及MSC调控

B细胞通过产生自身抗体（ACPA/RF）和调节T细胞/巨噬细胞，驱动类风湿性关节炎（RA）进展（80%患者阳性）。关键研究表明：

• MSC干预机制：MSCs分泌的IL-1受体拮抗剂（IL1Ra）可抑制B细胞向浆母细胞分化（CD19⁺CD138⁺），减少IgG抗体分泌；
• 功能验证：IL1Ra缺失的MSCs（IL1Ra⁻/⁻）无法阻止B细胞活化，且在胶原诱导性关节炎（CIA）模型中加剧关节损伤，证实IL1Ra是MSC调控B细胞的核心介质。

1.4、树突状细胞的炎症级联与MSC重塑

树突状细胞（DC）通过呈递自身抗原、刺激Th细胞分化，维持RA慢性炎症。MSCs通过独特途径逆转其致病性：

耐受性诱导：藻酸盐水凝胶包裹的MSCs显著提升CD39⁺CD73⁺表达，催化ATP水解为腺苷，激活DC的A₂A/₂B受体，促使未成熟DC转化为耐受性DC（tolDC）；

协同效应：tolDC进一步诱导Treg分化，3D共培养证实MSCs直接抑制DC成熟及促炎因子释放，阻断炎症级联。

1.5、巨噬细胞极化失衡与MSC再平衡策略

RA滑膜中M1型巨噬细胞浸润驱动炎症，MSCs通过多通路重塑M1/M2平衡：

• 表型转换：hUCB-MSCs经TNF-α激活COX-2/TSG-6通路，抑制M1增殖并促进M2生成；
• 炎症小体抑制：下调NLRP3介导的IL-1β分泌及caspase-1产生，阻断IL-1β正反馈循环；
• IL1Ra依赖性：IL1Ra缺失使MSCs丧失M2极化能力，关节炎症改善作用完全失效。

核心结论：MSCs通过靶向三大免疫细胞（B细胞/DC/巨噬细胞），系统性纠正RA免疫失衡，其中IL1Ra通路（调控B细胞/巨噬细胞）与腺苷能通路（调控DC）是关键作用枢纽。

1.6、中性粒细胞

越来越多的证据表明，中性粒细胞在类风湿性关节炎（RA）的病理生理中起着关键作用，它参与了免疫失调的启动和持续。中性粒细胞在自身免疫损伤发生的部位丰富，例如受累关节的关节软骨（SF）和关节翳/软骨界面。活化的中性粒细胞释放的中性粒细胞胞外诱捕网（NET）对于启动和持续滑膜炎症至关重要。

综上所述，MSCs通过调控T细胞、B细胞、树突状细胞（DC）、巨噬细胞和中性粒细胞等多种免疫细胞和多种细胞因子通路，缓解RA微环境中促炎和抗炎细胞因子失衡，从而恢复RA患者的免疫耐受，从而减轻RA炎症微环境对MSCs的影响，维持MSCs的抗炎能力，是一个亟待探索的问题。

02、MSCs在RA中恢复滑膜稳态

类风湿性关节炎 (RA) 的特征是滑膜转变为增生性侵袭性组织，从而导致软骨和骨的破坏。FLS构成关节内膜，通过产生基质降解酶和 RANKL 等致病介质，在破坏性关节炎的引发和持续中起着重要作用。RANKL促进破骨细胞分化和活化，导致骨侵蚀。据报道，MSCs可通过抑制FLS中RANKL的减少来改善RA骨侵蚀程度。

综上所述，MSCs通过调控FLS来恢复滑膜稳态并抑制骨和软骨的破坏。如何利用MSCs在其生命周期和活化的不同阶段对FLS产生影响是一个值得探索的问题。

03、MSCs促进类风湿性关节炎骨代谢和修复

类风湿性关节炎 (RA) 是一种慢性炎症性关节疾病，可导致关节软骨和骨损伤。RA的主要特征是骨侵蚀，随着病情进展而逐渐加重。MSC作为成骨细胞和破骨细胞的祖细胞来源，在疾病状态下的骨代谢过程中发挥着重要作用，无论是直接作用还是间接作用。

MSCs在RA骨代谢中的核心作用：类风湿性关节炎（RA）的特征性骨侵蚀源于慢性炎症对骨稳态的破坏。间充质干细胞（MSCs）作为成骨细胞与破骨细胞的祖细胞来源，通过双重机制干预骨代谢：

1. 直接分化：在特定炎症因子（如IL-1）刺激下分化为成骨细胞，或在IL-6/sIL-6R微环境中向软骨细胞分化；
2. 间接调控：调节RANKL/OPG比值（抑制破骨活性）并抑制CXCL10-CXCR3通路（减轻骨破坏）。

3.1、促进骨软骨再生的多途径协同机制

MSCs通过细胞自主性与旁分泌效应协同促进修复：

分化证据：移植的BM-MSCs（GFP标记）在软骨损伤区检测为Ⅱ型胶原⁺/GFP⁺双阳性细胞，证实直接参与软骨再生；

旁分泌作用：分泌生长因子（VEGF、BMPs等）激活三向效应：

①修复受损驻留MSCs，逆转其成骨抑制状态；
② 刺激成骨细胞增殖/矿化，促进内皮细胞募集加速骨重塑；
③ 增强内源性软骨细胞合成基质，驱动血管生成支持软骨修复。

综上所述，MSCs通过分化为成骨细胞和成软骨细胞或通过旁分泌修复受损的驻留组织，促进类风湿性关节炎（RA）炎症关节中的骨和软骨再生。MSCs还能刺激内源性软骨细胞和成骨细胞的增殖和迁移。如何在RA炎症微环境中促进MSCs向骨和软骨的分化，并增强MSCs对内源性软骨细胞和成骨细胞的调控，仍是未来研究的挑战。

3.2、抑制骨和软骨破坏

RA骨侵蚀的病理机制与靶点

类风湿关节炎（RA）的骨破坏源于破骨细胞异常活化与成骨修复失衡：

• 关键驱动因子：M-CSF/RANKL通过RANK信号通路促进破骨细胞分化，炎性细胞因子（TNF-α、IL-1、IL-6）进一步放大此效应；
• 病理后果：滑膜中破骨细胞浸润导致进行性骨侵蚀。

MSCs抑制破骨细胞的核心通路

MSCs通过CD39-CD73-腺苷轴直接干预骨破坏：

分子证据：人牙龈MSCs（GMSC）显著降低破骨细胞内NF-κB p65/p50水平，抑制RANKL表达；脂肪MSCs（AD-MSC）独立于Treg发挥抑制作用，阻断CD39可消除疗效；

动物验证：GMSC输注使CIA小鼠骨侵蚀频率↓60%，关节炎评分↓45%；腺苷受体拮抗剂完全逆转保护作用。

炎症微环境下的双向调节困境

MSCs对破骨细胞存在环境依赖性双效作用：

• 促破骨效应：在基础条件下，MSCs直接支持CD11b⁺单核细胞向破骨细胞分化（M-CSF/RANKL增强此作用）；
• 抑制破骨效应：高炎症环境中，MSCs转而分泌抗破骨因子（如腺苷），逆转骨破坏进程。

综上所述，MSCs通过减少破骨细胞的形成，在抑制骨和软骨的破坏方面发挥着至关重要的作用。如何增强MSCs在RA炎症微环境中的组织保护作用有待未来进一步研究。

总结

间充质干细胞（MSCs）治疗类风湿性关节炎（RA）的核心价值在于其多维度免疫重塑与组织修复能力。当前研究已明确三大作用轴心：

免疫再平衡：通过抑制致病性T细胞（Th1/Th17）活化、扩增调节性T细胞（Tregs）、阻断B细胞分化为浆细胞，并诱导巨噬细胞向抗炎M2型极化，重建免疫耐受；

微环境重构：分泌IL-1Ra、PGE2等因子中和炎性风暴，通过CD39-CD73-腺苷轴抑制破骨细胞活化，逆转骨侵蚀进程；

组织再生：分化为软骨细胞或通过旁分泌VEGF/HGF等因子激活内源性修复，促进血管生成与基质合成。

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