间充质干细胞利用微环境相互作用治疗类风湿性关节炎：机制、临床应用的进展

2025年7月16日，西北工业大学医学研究院联合西安市干细胞与再生医学重点实验室在国际权威期刊杂志《Stem Cell Res Ther》发表了一篇“利用间充质干细胞/基质细胞治疗类风湿性关节炎：机制、临床应用和微环境相互作用”的文献综述[1]。

本综述全面探讨了间充质干细胞及其与微环境的相互作用在RA治疗中的作用。我们分析了已完成和正在进行的基于间充质干细胞治疗类风湿性关节炎的临床试验，并提出了优化临床应用的标准化参数。通过解决这些关键方面，本综述旨在推动基于MSC的RA疗法的发展。

疾病背景与治疗困境

类风湿关节炎 (RA) 是一种自身免疫性疾病，患者的免疫系统会攻击全身的关节内膜。RA的一般特征如图1所示。RA的主要病理特征是滑膜增生、基质炎性细胞浸润、血管生成、血管翳形成以及软骨和骨组织的破坏。

类风湿性关节炎是一种无法治愈的自身免疫性疾病，女性患者较多，通常发生在手、腕和足的小关节，反复发作，呈对称性分布，并伴有全身并发症，最终导致残疾。

RA的诊断依靠体格检查、血清学标志物、影像学检查以及以美国风湿病学会 (ACR) 和欧洲风湿病学会联盟 (EULAR) 分类标准为指导的鉴别诊断。全球RA的患病率为0.25–1%，女性发病率是男性的3到5倍。《全球类风湿关节炎流行病学2017年数据》报告显示，全球类风湿关节炎的患病率、发病率、发病年龄均有所上升，但病情严重程度和死亡率却呈下降趋势。

类风湿关节炎的病因与发病机制

RA病因未明，但风险因素包括遗传、表观遗传和环境因素。已发现100多个易感基因（如HLA-DRB1、PTPN22），多与免疫通路相关；表观遗传修饰（如DNA甲基化）可整合遗传与环境效应。环境因素（如呼吸道暴露、口腔/肠道健康、激素、生活方式）能直接或间接（通过表观遗传）影响基因表达。

目前普遍接受的假说是，类风湿性关节炎（RA）源于高危遗传背景，该背景与表观遗传标记和环境因素相结合，产生了新的表位。它引发一系列级联事件，诱导免疫细胞浸润滑膜、滑膜细胞增殖和侵袭，导致炎性细胞因子、趋化因子、基质降解酶和核因子κB受体活化因子配体（RANKL）水平升高，最终导致慢性破坏性关节炎（图2）。

当前核心治疗类风湿关节炎的策略与药物

类风湿关节炎（RA）的现代治疗遵循“达标治疗”（T2T）原则，强调严密监测疾病活动度并及时调整方案以达成治疗目标（缓解或低疾病活动度）。这一策略得到国际权威指南（如ACR2021、EULAR2022）的支撑。

主要治疗药物包括：缓解症状的非甾体抗炎药（NSAIDs）和糖皮质激素（GCs），以及能延缓疾病进展的改善病情抗风湿药（DMARDs）。DMARDs细分为：传统合成类（csDMARDs，如甲氨蝶呤）、生物制剂类（bDMARDs，靶向特定免疫分子/细胞）及其生物类似药、以及靶向合成类（tsDMARDs，主要为JAK抑制剂）。表1列出了主要批准用于RA治疗的药物。

现有治疗类风湿关节炎的局限性与挑战

尽管bDMARDs和tsDMARDs的出现显著提高了RA缓解率，使其成为可及目标，但该病目前仍无法根治。

现有疗法面临显著挑战：约20%-30%的中重度患者对治疗反应不足；长期使用（尤其传统药物）可能导致严重副作用（如代谢紊乱、感染风险增加）及耐药性；许多患者即使达到临床缓解，仍饱受残留疼痛困扰。因此，开发能纠正免疫失衡的新型疗法成为迫切需求。

治疗类风湿关节炎的新兴希望：间充质干细胞（MSC）疗法

间充质干细胞（MSC）作为一种具有自我更新和多向分化潜能的多能祖细胞，被视为治疗自身免疫性疾病（如RA）的潜力来源。它们可从多种组织（如骨髓、脂肪、脐带、胎盘等）中分离获得。

MSC的核心价值在于其强大的免疫调节与抑制能力，能够与多种免疫细胞相互作用，抑制过度活跃的体液和细胞免疫反应，从而有望纠正RA中的免疫失衡状态。

间充质干细胞在类风湿性关节炎中的治疗机制

MSC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3）。

间充质干细胞在类风湿性关节炎治疗中的临床应用

临床研究现状与数据基础

截至2024年1月，全球注册的MSC治疗RA临床试验共17项（图4），主要处于早期阶段（I/II期居多，仅1项II/III期）。其中8项完成，7项公布了结果，其余状态多为未知、未招募、招募中或终止。

现有数据有限，因此研究主要参考了12篇已发表的临床试验文章（与完成且有结果的试验有重叠），这些文献聚焦于MSC在RA的应用（表2重点列出）。

治疗方案特征

这12项研究同样集中于I/II期试验，入组患者中约83.33%为难治性RA（图5A, B）。

治疗方案上：给药次数以单次为主，多次给药多为2-4剂，间隔1周至3个月（图5C）；细胞剂量多按体重计算（1–4×10⁶/kg），部分按固定细胞数（2.5×10⁷–3×10⁸）（图5D）；使用细胞来源包括脐带(UC)、骨髓(BM)、脂肪(AD)和脐带血(UCB)-MSCs（图5E），其中UC-MSC多用于异体移植，BM/AD-MSC多用于自体移植（但BM-MSC获取有创且效率较低）（图5F）；主要给药途径为静脉注射(IV)，关节内注射(IA)次之，仅1项研究联合使用（图5G）。

图5：已发表的基于MSCs应用的RA临床试验

安全性与不良事件

大多数临床试验报告MSC治疗未观察到毒性或严重不良事件（表2）。总体而言，MSC输注被认为是治疗RA患者的一种安全方法。

间充质干细胞治疗类风湿关节炎的临床疗效与安全性

基于12篇临床研究文献的综合分析，间充质干细胞（MSCs）移植对难治性类风湿关节炎（RA）患者展现出显著疗效：

• 症状改善：患者步行距离增加、站立时间延长、疼痛缓解，关节功能（如DAS28评分）和疾病活动性指标（ACR20/50/70）明显提升；
• 血清学指标下降：包括红细胞沉降率（ESR）、C反应蛋白（CRP）、类风湿因子（RF）、抗环瓜氨酸抗体（anti-CCP）及促炎因子（IL-6、TNF-α）水平显著降低；
• 安全性验证：多数研究随访≥3个月，未报告严重不良反应，证实自体和异体MSCs移植均具有较高安全性。

IFN-γ联合疗法的突破性进展

徐建军团队的研究揭示了免疫微环境对疗效的关键影响：

• 机制创新：干扰素（IFN-γ）是激活MSCs免疫调节功能的必需因子，其缺失会导致滑膜炎和关节损伤加剧；
• 临床增效：与单用MSCs相比，脐带MSCs（UC-MSCs）联合IFN-γ治疗使临床有效率从53.3%提升至93.3%，疾病活动度显著改善。该研究因大样本、长随访及微环境调控策略，为优化MSCs疗法提供了新方向。

综上所述，已发表的12项临床研究表明，自体和异体MSC移植对于治疗难治性类风湿性关节炎患者均安全有效。在这些临床试验中，类风湿性关节炎患者几乎没有报告出现严重不良反应。接受MSC移植的患者血清炎症标志物水平降低、症状改善，病情显著缓解。然而，目前的临床研究缺乏大规模的随机对照试验。大多数研究仅针对单一中心入组的类风湿性关节炎患者进行，有时甚至未纳入安慰剂对照。

此外，一些用于评估安全性和有效性的临床试验入组患者数量较低。在某些情况下，MSC治疗组仅包含三到四名患者。因此，为了确认MSC治疗对类风湿性关节炎的临床疗效，应开展一项多中心、纳入大量类风湿性关节炎患者的对照试验。

既然干细胞治疗类风湿性关节炎具有巨大的潜力，为什么现在没有此类干细胞新药上市？

在过去的几十年里，基于MSC的研究和治疗因其诸多优势（包括免疫逃避、组织来源多样、易于分离、快速扩增以及具有组织修复和免疫调节功能）取得了巨大的进步。MSC产品开发进展缓慢的原因可能是缺乏一些精确的标准。

如图6所示，影响MSC疗效的关键参数有很多，包括细胞质量、剂量、途径和患者病情，必须将这些参数标准化才能促进MSC的临床应用。其主要障碍有四大：

一、细胞制备与标准化难题

为确保MSC产品的质量，需要选择合适的细胞来源，优化细胞制备工艺，包括分离方法、培养条件（培养基成分、O2水平、汇合度、培养表面和培养体系、传代次数、改造）、冻存和复苏方法，以及建立标准的MSC质量检测方法。所有这些都会影响MSC的活力、异质性和生物学效力。许多报道分析了细胞来源和制备工艺对细胞质量和异质性的影响。

总之，需要根据疾病的病理特点确定MSC需要发挥的治疗作用，然后选择合适的培养基和培养体系，以降低MSC的异质性，确保MSC的活力和生物学效力。MSC需要存活并完成肺清除才能最大限度地发挥其治疗作用。

在类风湿性关节炎（RA）治疗中，从已注册的临床试验数据来看，源自UC、BM、AD和UCB的MSC已被广泛使用，其中UC-MSC最为常用（图3C）。这可能是因为UC-MSC相对容易获得，且不受伦理限制，可大量获取，且具有较高的增殖和分化能力。此外，同种异体移植比自体移植更常见（图3D）。因此，UC-MSC移植似乎是治疗RA最合适的选择。

二、给药途径问题

在注册的临床试验中，MSC移植选择的给药途径是静脉注射和体内注射，主要为静脉注射（图3E）。静脉注射因其给药简便、侵袭性低和可重复性而最常用于治疗，但大多数输注的MSC会在肺部积聚并被免疫系统清除。

据报道，只有约28%的MSC在一天后存活，不到1%的MSC能存活超过一周。体内注射可以更快地输送MSC并避免脱靶效应。然而，氧化应激微环境和过量的ROS（主要来自RA患者发炎关节部位的巨噬细胞和中性粒细胞）显著降低了MSC的存活率。因此，很难确定哪种给药方式最佳，需要根据患者的综合状况来确定。

三、给药剂量问题

在MSC临床应用中，给药剂量标准混乱且缺乏科学依据，范围从四千至数亿个细胞不等。多数试验按体重（1–4×10⁶/kg）或总量（2.5×10⁷–5×10⁸个细胞）给药，部分未公开数据。三项剂量对比试验（NCT01663116等）仅证实无剂量毒性，未明确剂量与疗效关系；其中NCT01663116显示RA患者用AD-MSCs后3个月疗效减弱或波动。

给药频次：多数临床试验采用单次移植，少数为多次（2-5次）。唯一完成的多次给药试验（NCT01547091）未明确频次疗效差异。

动物研究显示：长间隔多次输注hUCB-MSCs（如每2周1次×3）可剂量依赖性改善RA症状，但高频高剂量注射（如每周5×10⁶个×3周）会加重滑膜炎和肌肉恶病质，故长间隔多次给药可能是提升疗效的关键。

四、患者情况

细胞药物与传统化学药物的一个显著区别在于，细胞是活的，而化学药物是死的。MSCs作为活细胞进入生物体后，必然会与生物体内部的微环境发生相互作用。患者的炎症状态以及组织微环境的变化，例如缺氧和细胞外基质状态，都是影响MSCs疗效的重要因素。

微环境的关键影响：患者体内微环境状态是决定MSC疗效的核心因素。MSCs作为活细胞，其迁移、分化及免疫调节功能受炎症状态、缺氧、细胞外基质等微环境条件直接影响。徐建军团队发现：血清干扰素(IFN)-γ水平是预测MSC治疗类风湿性关节炎(RA)疗效的关键生物标志物。

一项1/2期随机对照研究，3个月随访结果显示，MSC移植联合IFN-γ联合治疗的有效率为93.3%，ACR20缓解率为53.3%。与MSC移植单药治疗相比，MSC联合IFN-γ联合治疗可显著改善小鼠的临床症状和疾病活动性，包括DAS28-ESR、健康评估问卷-残疾指数、ESR和CRP值以及RF水平。

此外，MSC联合IFN-γ联合治疗可迅速提高类风湿性关节炎（RA）患者体内调节性T细胞（Treg）/辅助性T细胞（Th）17的比例，提示Tregs活性增强，有利于类风湿性关节炎的治疗。该研究明确了循环IFN-γ的关键作用，提高了MSC移植治疗RA的临床疗效。

未来有望调控MSC的促炎和抗炎能力，从而达到更好、更精准的治疗效果。因此，如何调控和评估MSC的免疫调节能力是研究MSC免疫调节机制时需要关注的重要问题。

氧化应激的负面作用：RA患者滑膜腔内高活性氧(ROS)环境会显著降低移植MSCs的存活率。研究表明，联合抗氧化剂（如HSD）或具抗氧化活性的中药成分（脱氢姜油酮、黄根醇、川芎嗪等）可改善关节炎严重程度。

因此，联合使用抗炎和抗氧化剂，特别是中药，来改善类风湿性关节炎患者的炎症和氧化应激环境，似乎是提高类风湿性关节炎治疗效果的有效方法。

免疫抑制剂的干扰风险：免疫抑制剂可能破坏MSC的免疫调节可塑性。典型案例显示：同种异体BM-MSC产品Prochymal联合类固醇治疗移植物抗宿主病(GvHD)时完全失效；地塞米松则通过抑制诱导型一氧化氮合酶和IDO表达削弱MSC功能。这些证据提示应避免MSC疗法与免疫抑制剂联用。

总体而言，我们可以结合患者的综合状况和MSC的治疗作用，在MSC移植前评估患者是否适合接受MSC治疗。同时，我们可以采取适当的方案，消除患者自身对MSC治疗的影响。

例如，根据病情严重程度/发展阶段对患者进行分组，缩小适应症范围，精准招募能够从MSC治疗中获益的患者。或者，可以对患者进行预处理，改变患者体内的组织微环境，以提高MSC的疗效和反应性。又或者，可以通过生物工程方案，例如工程改造和预活化，来增强MSC的“天然属性”。

结论

MSCs因其诸多优势，成为类风湿性关节炎（RA）治疗最有前景的候选对象。临床试验中已观察到一些治疗类风湿性关节炎的令人满意的疗效，并提出了多种增强MSCs疗效的策略，包括生物工程、预激活、联合给药策略以及无细胞疗法。这些策略的有效性和安全性仍需进一步研究，以决定其是否可用于临床。

此外，从细胞到受体，各种参数都需要优化，包括MSCs的质量、MSCs的给药途径和剂量以及患者病情。患者病情往往容易被忽视，但却是影响MSCs疗效的重要因素。因此，未来需要开展更多研究，以推进MSCs疗法的发展。

参考资料：[1]:Gao, YF., Zhao, N. & Hu, CH. Harnessing mesenchymal stem/stromal cells-based therapies for rheumatoid arthritis: mechanisms, clinical applications, and microenvironmental interactions. Stem Cell Res Ther 16, 379 (2025). https://doi.org/10.1186/s13287-025-04495-z

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