代 凱 綜述，陳潔平 審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院血液病中心，重慶 400038)

間充質(zhì)干細(xì)胞在骨髓造血重建中作用的研究進(jìn)展

代 凱 綜述，陳潔平△審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院血液病中心，重慶 400038)

間充質(zhì)干細(xì)胞；造血干細(xì)胞；移植后造血重建

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)是機(jī)體內(nèi)具有自我更新和多向分化潛能的非造血類干細(xì)胞，具有支持造血、免疫抑制、促進(jìn)微血管形成等功能。MSC與造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cell，HSC)共移植可促進(jìn)移植后造血重建，機(jī)體造血功能恢復(fù)加快。但是MSC促進(jìn)造血重建的機(jī)制仍有爭(zhēng)議，對(duì)MSC作用機(jī)制的探討，將有助于實(shí)現(xiàn)MSC在臨床上的更廣泛應(yīng)用。輻射及HSC移植(HSC transplantation，HSCT)前預(yù)處理均可損傷骨髓造血微環(huán)境，致受者移植后造血重建延遲，造血恢復(fù)緩慢，移植后感染等發(fā)生率增加，最終可能導(dǎo)致移植失敗[1]。加速造血重建，盡快恢復(fù)外周血象是確保移植最終成功的關(guān)鍵。MSC促進(jìn)造血重建在動(dòng)物模型中已得到證實(shí)，臨床試驗(yàn)也證明MSC與HSC聯(lián)合移植加速造血恢復(fù)應(yīng)用于人體的安全性，推測(cè)MSC促進(jìn)造血重建的機(jī)制是為造血細(xì)胞創(chuàng)造一個(gè)合適的造血微環(huán)境[2-3]?，F(xiàn)就MSC在骨髓造血重建中作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 MSC的生物學(xué)特性及其功能

MSC屬于中胚層多能干細(xì)胞，存在于人體骨髓、脂肪、牙周膜組織、新生兒臍帶等組織，不同組織來源MSC具有相似但不完全相同特性，骨髓中MSC水平為豐富。體外誘導(dǎo)條件下，MSC可分化為骨髓基質(zhì)細(xì)胞(成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞)。MSC主要表達(dá)基質(zhì)細(xì)胞表面抗原CD105、CD73、CD44、CD90、CD71、Stro-1、CD106、CD166、CD54和CD29。目前，Nestin+已成為用于識(shí)別MSC的新方法，小鼠實(shí)驗(yàn)中，Nestin+MSC高表達(dá)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1)、干細(xì)胞因子 (stem cell factor，SCF)、血管生成素-1(Ang-1)、細(xì)胞間黏附因子-1(ICAM-1)、血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)以及骨橋蛋白，這些因子與MSC支持造血功能密切相關(guān)[4]。

MSC能使B/T淋巴細(xì)胞分化停滯于G0/G1期，阻止單核細(xì)胞的抗原提呈作用均能誘導(dǎo)機(jī)體對(duì)移植的異基因HSC產(chǎn)生免疫耐受，增加移植HSC在受體的成活率，有助于減輕移植物抗宿主病(graft-versus-host disease，GVHD)[5]。MSC上訴生物學(xué)特性決定了其在HSCT中的優(yōu)勢(shì)：MSC與HSC聯(lián)合移植，能顯著加快移植后的造血重建過程[3]。

2 MSC促造血重建的可能機(jī)制

2.1MSC與造血細(xì)胞相互作用

2.1.1分泌黏附因子加快HSC歸巢 MSC的本質(zhì)作用是抑制“免疫監(jiān)控”及創(chuàng)造一個(gè)有利于受損組織修復(fù)再生的微環(huán)境，這種效應(yīng)的達(dá)成可通過細(xì)胞因子的分泌及細(xì)胞間直接接觸獲得[6]。MSC分泌黏附因子如ICAM-1、VCAM-1和SDF-1。Bernardo等[7]發(fā)現(xiàn)，CXC趨化因子受體4(CXC chemokine receptor 4,CXCR4))與其配體SDF-1結(jié)合介導(dǎo)HSC歸巢，誘導(dǎo)HSC穿過血管進(jìn)入骨髓；MSC也大量表達(dá)CXCR-4，SDF-1/CXCR-4同樣介導(dǎo)MSC歸巢。急性髓系白血病(acute myelocytic leukemia，AML)患者化療和HSC移植后體內(nèi)SDF-1水平始終較低，提高SDF-1水平能加速造血恢復(fù)[8]，提示人體SDF-1/CXCR-4介導(dǎo)的MSC與HSC歸巢效應(yīng)能加速造血重建。此外，MSC還能產(chǎn)生大量的細(xì)胞外基質(zhì)分子，如纖連蛋白、層粘連蛋白、膠原蛋白等介導(dǎo)HSC與骨髓基質(zhì)的黏附，使歸巢的HSC穩(wěn)定黏附于骨髓微環(huán)境。

2.1.2分泌細(xì)胞因子調(diào)控造血細(xì)胞增殖分化 HSCT預(yù)處理對(duì)細(xì)胞因子受體的損傷使機(jī)體對(duì)細(xì)胞因子反應(yīng)低下，導(dǎo)致細(xì)胞因子相對(duì)缺乏。體外培養(yǎng)，MSC能分泌大量細(xì)胞因子如IL-3、IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-12、IL-14、IL-15、白血病抑制因子、巨噬細(xì)胞集落刺激因子、Flt-3配體(FL)、SCF、促血小板生成素(Thromboietin，TPO) 等可以解決機(jī)體細(xì)胞因子相對(duì)不足的問題[9]。靜脈輸注c-Kit+HSC后，HSC沿SCF濃度梯度遷移到骨髓，并與表達(dá)SCF的骨髓基質(zhì)細(xì)胞黏附結(jié)合，以此加速HSC的歸巢，開啟HSC細(xì)胞周期進(jìn)程。FL與HSC表面Flt-3結(jié)合同樣能誘導(dǎo)HSC/造血祖細(xì)胞(HPC)由靜止期進(jìn)入增殖期。SCF、FL單獨(dú)作用只有很弱的集落刺激活性，其發(fā)揮作用是與其他細(xì)胞因子協(xié)同作用的結(jié)果。Walenda等[10]發(fā)現(xiàn)MSC與SCF、TPO、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-1(FGF-1)聯(lián)合應(yīng)用能顯著增強(qiáng)MSC造血支持作用。

2.1.3MSC分化為基質(zhì)細(xì)胞修復(fù)HSC niche 造血細(xì)胞的生長(zhǎng)依賴多種骨髓基質(zhì)細(xì)胞組成的黏附層，體外培養(yǎng)缺乏基質(zhì)細(xì)胞層，即使加入外源性生長(zhǎng)因子，造血細(xì)胞也不能持續(xù)生長(zhǎng)[11]。目前認(rèn)為HSC niche有3種：成骨細(xì)胞niche、網(wǎng)狀基質(zhì)niche和血管/竇狀隙內(nèi)皮細(xì)胞niche，HSC定植于這3個(gè)部位，其中MSC與前2種niche密切相關(guān)[12]。骨髓MSC分化為成骨細(xì)胞，構(gòu)建成骨細(xì)胞niche。成骨細(xì)胞支持CD34+細(xì)胞體外擴(kuò)增：分泌粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)、IL-1、IL-6等促造血細(xì)胞增殖分化；合成具有抑制HSC分化的巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1α(MIP-1α)，利于維持HSC干性。分化為脂肪細(xì)胞，成纖維細(xì)胞，分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，參與構(gòu)建HSC網(wǎng)狀基質(zhì)niche，調(diào)節(jié)定植于其中的造血細(xì)胞生理活動(dòng)。

2.1.4MSC與造血細(xì)胞之間的細(xì)胞-細(xì)胞作用 MSC與歸巢的HSC主要富集于骨內(nèi)膜區(qū)和血管旁。CD34+HSC與骨髓MSC共培養(yǎng)有助于HSC增殖，Chou等[13]通過共聚焦顯微鏡觀察到MSC通過與HSC表達(dá)的鈣黏附蛋白受體直接結(jié)合。馬俐君等[14]在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，MSC與臍血CD34+細(xì)胞共移植中，二者比例為10∶1，可達(dá)最佳促進(jìn)造血重建作用。

2.2MSC與骨髓非造血細(xì)胞(主要是內(nèi)皮細(xì)胞)相互作用 MSC能夠分泌內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子、FGF-1、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1、IL6、IL8等刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免于凋亡。小鼠模型中，MSC早期支持內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移，后期參與微血管形成。內(nèi)皮細(xì)胞同樣能分泌多種造血生長(zhǎng)因子參與調(diào)控造血細(xì)胞活動(dòng)。MSC、內(nèi)皮細(xì)胞與HSC體外共培養(yǎng)能顯著增強(qiáng)HSC增殖分化[15-16]。

3 MSC在血液病中的應(yīng)用

MSC主要用于涉及免疫紊亂或造血微環(huán)境損傷的血液病，包括良性血液病[如再生障礙性貧血(aplastic anemia，AA)、免疫性血小板減少癥(immune throm-bocytopenia，ITP)等]、惡性血液病及HSCT。動(dòng)物和臨床試驗(yàn)已證實(shí)MSC治療AA的可行性：AA動(dòng)物模型和臨床患者經(jīng)MSC輸注治療后外周血象恢復(fù)較快，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)表達(dá)升高，其免疫紊亂狀態(tài)可得到明顯糾正[17-18]。而MSC治療ITP的臨床及實(shí)驗(yàn)研究仍處于探索階段。有研究發(fā)現(xiàn)臍帶MSC能明顯抑制T、B淋巴細(xì)胞增殖擴(kuò)散和血小板破壞，逆轉(zhuǎn)外周血巨核細(xì)胞功能障礙，調(diào)節(jié)T細(xì)胞反應(yīng)平衡，提示MSC可能用于ITP臨床治療，但是其具體作用機(jī)制及應(yīng)用需進(jìn)一步論證[19]。

惡性血液病治療中MSC可能扮演二元角色：(1)MSC能誘導(dǎo)白血病細(xì)胞早期凋亡，使細(xì)胞周期停滯于G0/G1期，從而抑制不同來源的白血病細(xì)胞增殖。而Ning等[20]發(fā)現(xiàn)，MSC共移植治療白血病后，MSC輸注組患者復(fù)發(fā)率顯著高于未輸注組?？梢奙SC在抑制白血病細(xì)胞增殖的同時(shí)可能會(huì)引起HSCT后白血病復(fù)發(fā)率增高。而這種復(fù)發(fā)率的升高可能與MSC異常激活腫瘤細(xì)胞信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)有關(guān)[21-22]。因此，目前MSC應(yīng)用于惡性血液病方面的安全性、治療的利弊仍需進(jìn)一步研究。(2)促造血重建方面，大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明MSC共移植明顯促進(jìn)HSC植入，移植后造血恢復(fù)明顯加快[23-25]。Wu等[6]對(duì)20只小鼠，其外周血CD45+臍血HSC植入率平均為28.2%(24.6%～33.1%)，而單獨(dú)HSCT 10只小鼠HSC植入率僅平均為 5.3%(4.2%～6.5%) (P=0.001)；骨髓中CD45+臍血HSC植入率：共移植實(shí)驗(yàn)組平均為6.9%(5.9%～7.3%)，而單獨(dú)移植對(duì)照組僅平均為1.7%(1.5%～2.3%)(P=0.015)。

隨后的臨床試驗(yàn)也證實(shí)了MSC在人體內(nèi)的促造血重建作用，患者中性粒細(xì)胞和血小板恢復(fù)明顯加快[26-27]。Wu等[28]對(duì)50例難治/復(fù)發(fā)惡性血液病患者進(jìn)行人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)半合HSC與MSC共移植，結(jié)果表明接受共移植的50例患者全部擁有穩(wěn)定持續(xù)造血能力，未發(fā)現(xiàn)MSC輸注相關(guān)不良反應(yīng)。50例患者恢復(fù)中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)大于 0.50×109/L和血小板計(jì)數(shù)大于20×109/L的中位時(shí)間分別為12 d和15 d。Wu 等[6]對(duì)20例高危白血病患者進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)，其中8例接受共移植患者中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù) 大于0.50×109/L的中位時(shí)間是12 d(8～16 d)，血小板計(jì)數(shù)大于20×109/L的中位時(shí)間是30 d(20～45 d)；而另外12例只接受HSC移植患者中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù) 大于0.50×109/L的中位時(shí)間則長(zhǎng)達(dá)21 d(17～43 d)，血小板計(jì)數(shù)大于20×109/L的中位時(shí)間為73 d(42～135 d)。接受共移植的患者中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)(P=0.003) 和血小板計(jì)數(shù)(P=0.004)恢復(fù)明顯快于單獨(dú)HSC移植患者，證明MSC確實(shí)能夠促進(jìn)患者造血重建，加快造血恢復(fù)。

4 展 望

盡管MSC在血液病治療方面療效肯定，特別是其加速造血重建作用已得到證實(shí)，但是MSC在人體內(nèi)加速造血重建背后的真正機(jī)制仍待澄清。其他問題如MSC缺乏特異免疫標(biāo)志物，只能粗略采用排除法和逆推法進(jìn)行鑒定，準(zhǔn)確性較低；MSC在HSCT中能否增加細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)變風(fēng)險(xiǎn)，還存在疑問；MSC共移植時(shí)的最佳輸注途徑，輸注時(shí)機(jī)和劑量等都是急需解決的問題。

綜上所述，MSC在血液病如AA、ITP、惡性血液病治療，以及HSCT中得到大量應(yīng)用，并顯著提高了的臨床療效，特別是其促造血重建，加快造血恢復(fù)作用在動(dòng)物和臨床試驗(yàn)中均已經(jīng)明確。澄清MSC在人體內(nèi)發(fā)揮造血重建作用的真正機(jī)制，可促使MSC更安全有效，更大規(guī)模應(yīng)用于臨床，在治療血液系統(tǒng)疾病特別是造血微環(huán)境損傷的血液病中發(fā)揮重要的作用。

[1]Sokolov M,Neumann R.Lessons learned about human stem cell responses to ionizing radiation exposures:a long road still ahead of us[J].Int J Mol Sci,2013,14(8):15695-15723.

[2]Ding L,Zhu H,Yang Y,et al.Functional mesenchymal stem cells remain present in the bone marrow microenvironment of leukemia patients post allogeneic hematopoietic stem cell transplantation[J].Leuk Lymphoma,2014,55(7):1635-1644.

[3]Kim EJ,Kim N,Cho SG.The potential use of mesenchymal stem cells in hematopoietic stem cell transplantation[J].Exp Mol Med,2013,45(1):e2.

[4]Law S,Chaudhuri S.Mesenchymal stem cell and regenerative medicine:regeneration versus immunomodulatory challenges[J].Am J Stem Cells,2013,2(1):22-38.

[5]Mohammadian M,Shamsasenjan K.Mesenchymal stem cells:new aspect in cell-based regenerative therapy[J].Adv Pharm Bull,2013,3(2):433-437.

[6]Wu KH,Tsai C,Wu HP,et al.Human application of ex vivo expanded umbilical cord-derived mesenchymal stem cells:enhance hematopoiesis after cord blood transplantation [J].Cell Transplant,2013,22(11):2041-2051.

[7]Bernardo ME,Cometa AM,Locatelli F.Mesenchymal stromal cells:a novel and effective strategy for facilitating engraftment and accelerating hematopoietic recovery after transplantation?[J].Bone Marrow Transplant,2012,47(3):323-329.

[8]Fouillard L,Francois S,Bouchet S,et al.Innovative cell therapy in the treatment of serious adverse events related to both chemo-radiotherapy protocol and acute myeloid leukemia syndrome:the infusion of mesenchymal stem cells post-treatment reduces hematopoietic toxicity and promotes hematopoietic reconstitution[J].Curr Pharm Biotechnol,2013,14(9):842-848.

[9]Mohammadian M,Shamsasenjan K.Mesenchymal stem cells:new aspect in cell-based regenerative therapy[J].Adv Pharm Bull,2013,3(2):433-438.

[10]Walenda T,Bokermann G,Ventura-Ferreira MS,et al.Synergistic effects of growth factors and mesenchymal stromal cells for expansion of hematopoietic stem and progenitor cells[J].Exp Hematol,2011,39(6):617-628.

[11]Hu KX,Sun QY,Guo M,et al.The radiation protection and therapy effects of mesenchymal stem cells in mice with acute radiation injury [J].Br J Radiol,2010,83(985):52-58.

[12]Frenette PS,Pinho S,Lucas D,et al.Mesenchymal stem cell:keystone of the hematopoietic stem cell niche and a stepping-stone for regenerative medicine [J].Annu Rev Immunol,2013,31(1):285-316.

[13]Chou SH,Lin SZ,Day C H,et al.Mesenchymal stem cell insights:prospects in hematological transplantation[J].Cell Transplant,2013,22(4):711-721.

[14]馬俐君,胡曉霞,周虹,等．間充質(zhì)干細(xì)胞與人臍血CD 34+細(xì)胞共移植對(duì) NOD/SCID小鼠造血重建的影響[J].中華血液學(xué)雜志,2008,29 (10):684-688.

[15]Mizer JC,Ichim TE,Alexandrescu DT,et al.Exogenous endothelial cells as accelerators of hematopoietic reconstitution[J].J Transl Med,2012,10(1):231-243.

[16]Bronckaers A,Hilkens P,Martens W,et al.Mesenchymal stem/stromal cells as a pharmacological and therapeutic approach to accelerate angiogenesis[J].Pharmacol Ther,2014,143(2):181-196.

[17]劉增慧,肖揚(yáng),蔣祖軍,等.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞上調(diào)再生障礙性貧血患者CD4+CD25+Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的臨床研究[J].實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志,2011,27(9):1582-1585.

[18]董毅,朱太崗,夏瑞祥,等.骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療再生障礙性貧血的研究[J].中華全科醫(yī)學(xué),2009,7(6):552-554.

[19]Ma L,Zhou Z,Zhang D,et al.Immunosuppressive function of mesenchymal stem cells from human umbilical cord matrix in immune thrombocytopenia patients[J].Thromb Haemost,2012,107(5):937-950.

[20]Ning H,Yang F,Jiang M,et al.The correlation between cotransplantation of mesenchymal stem cells and higher recurrence rate in hematologic malignancy patients:outcome of a pilot clinical study[J].Leukemia,2008,22(3):593-599.

[21]Torsvik A,Bjerkvig R.Mesenchymal stem cell signaling in cancer progression[J].Cancer Treat Rev,2013,39(2):180-188.

[22]Vianello F,Villanova F,Tisato V,et al.Bone marrow mesenchymal stromal cells non-selectively protect chronic myeloid leukemia cells from imatinib-induced apoptosis via the CXCR4/CXCL12 axis[J].Haematologica,2010,95(7):1081-1089.

[23]Angelopoulou M,Novelli E,Grove JE,et al.Cotransplantation of human mesenchymal stem cells enhances human myelopoiesis and megakaryocytopoiesis in NOD/SCID mice[J].Exp Hematol,2003,31(5):413-420.

[24]Bensidhoum M,Chapel A,Francois S,et al.Homing of in vitro expanded Stro-1-or Stro-1+human mesenchymal stem cells into the NOD/SCID mouse and their role in supporting human CD34 cell engraftment[J].Blood,2004,103(9):3313-3319.

[25]Li Y,Chen S,Yuan J,et al.Mesenchymal stem/progenitor cells promote the reconstitution of exogenous hematopoietic stem cells in Fancg-/- mice in vivo[J].Blood,2009,113(10):2342-2351.

[26]Le Blanc K,Samuelsson H,Gustafsson B,et al.Transplantation of mesenchymal stem cells to enhance engraftment of hematopoietic stem cells[J].Leukemia,2007,21(8):1733-1738.

[27]Ball LM,Beruardo ME,Roelofs H,et al.Cotransplantation of ex vivo expanded mesenchymal stem cells aceelerates lymphocyte recovery and may reduce the risk of graft failure in haploidentical hematopoietic stem cell transplantation[J].Blood,2007,110(7):2764-2767.

[28]Wu Y,Wang Z,Cao Y,et al.Cotransplantation of haploidentical hematopoietic and umbilical cord mesenchymal stem cells with a myeloablative regimen for refractory/relapsed hematologic malignancy[J].Ann Hematol,2013,92(12):1675-1684.

述·

10.3969/j.issn.1671-8348.2015.11.042

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(NSFC，81270605)；重慶市科委攻關(guān)資助項(xiàng)目(CSTC,2008BA5001)。

代凱(1990-)，在讀碩士研究生，主要從事間充質(zhì)干細(xì)胞與造血干細(xì)胞移植方面的研究。

△通訊作者，Tel:(023)68765196;E-mail:chenjpxn@163.com。

R551.3

A

1671-8348(2015)11-1553-03

2014-10-18

2015-01-10)