背景：臍帶組織中存在的人臍帶間充質干細胞（HUC-MSC）具有自我更新和多能性。它們可以不斷自我更新，并在一定條件下分化為構成人體組織和器官的一種或多種細胞類型。
HUC-MSC可分化為成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞，并具有分泌細胞因子的能力。HUC-MSCs的非侵入性采集和低免疫原性的可能性使其在臨床應用中具有獨特的優勢。近年來，HUC-MSCs已廣泛應用于臨床，并在治療方面取得了一些進展。
概述：本文從兩個方面介紹了HUC-MSCs的臨床治療效果。
- 一方面解釋了HUC-MSC治療多種疾病的益處和機制。
- 另一方面總結了HUC-MSCs與臨床應用相關的基礎研究成果。
本綜述的第一部分強調了HUC-MSC的幾種對其治療特性至關重要的功能：分化為終末細胞、免疫調節、旁分泌作用、抗炎作用、抗纖維化作用和調節非編碼RNA。HUC-MSC的這些特征將在糖尿病及其并發癥、肝臟疾病、系統性紅斑狼瘡、關節炎、腦損傷和腦血管疾病、心臟病、脊髓損傷、呼吸系統疾病的背景下進行討論。
第二部分強調建立HUC-MSC細胞庫的必要性，為HUC的臨床應用提供技術和理論支持-間充質干細胞。
介紹
HUC-MSC具有自我更新和多能性。它們可以在特定條件下不斷增殖并分化為構成人體組織和器官的一種或多種細胞類型。它們影響免疫反應，并且可以輕松收獲、分離、培養、擴增和純化。HUC-MSCs在多次傳代和擴增后保留了干性。HUC-MSCs的表面抗原不突出，移植細胞排斥反應較小，配型要求不嚴格，有利于其在同種異體移植中的應用。
目前，HUC-MSCs被用于治療多種疾病。它們具有對其治療應用至關重要的幾種獨特特性。
(1)分化：HUC-MSCs產生分化細胞，促進組織再生，改善組織功能。
(2)免疫調節：HUC-MSCs抑制T細胞、B細胞、Tfh細胞等免疫細胞的增殖；誘導巨噬細胞從促炎表型分化為抗炎表型；通過分泌白細胞介素10 (IL-10) 和白細胞介素4 (IL-4) 來減輕炎癥。總之，這些免疫反應的改變促進組織修復。
(3)旁分泌作用：HUC-MSCs通過分泌可溶性分子如角質形成細胞生長因子（KGF）、肝細胞生長因子（HGF）、表皮生長因子（EGF）等細胞因子促進組織再生。
(4)抗炎作用：HUC-MSCs抑制炎癥因子白細胞介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-8（IL-8）的分泌，減輕炎癥和炎癥反應。氧化應激，從而抑制細胞凋亡。
(5)抗纖維化活性：HUC-MSCs刺激纖維化相關細胞凋亡和HGF等分子的分泌。抗纖維化功能還可以通過調節相關信號通路和促進血管重塑來介導。
(6)非編碼RNA調節：HUC-MSCs可以影響微小RNA（miRNA）、長鏈非編碼（ lncRNA）和環狀RNA（circRNA）的表達，間接調節其靶基因并達到治療效果。
目前，HUC-MSCs已用于治療十多種疾病，并在治療上取得了重大突破。本文將總結近5年來HUC-MSCs的應用進展，以期指導進一步的研究和臨床應用（圖1）。
該圖描繪了HUC-MSC在治療各種疾病中的應用，如糖尿病及其并發癥、肝臟疾病、系統性紅斑狼瘡、關節炎、腦損傷和腦血管疾病、心臟病、脊髓損傷、呼吸系統疾病。
人臍帶間充質干細胞在臨床治療中的應用
人臍帶間充質干細胞在糖尿病及其并發癥中的應用
糖尿病是一組以胰島素分泌不足、胰島素反應受損或兩者兼有所致的高血糖為特征的代謝性疾病。
臨床上，公認的糖尿病有兩種類型：1型胰島素依賴型糖尿病（T1DM）和2型胰島素非依賴型糖尿病（T2DM）。T1DM的典型特征是由于胰島β細胞功能受損而導致胰島素和C肽水平降低，而T2DM則與胰島素受體敏感性降低有關。
研究表明，糖尿病動物靜脈注射的HUC-MSC可以歸巢于胰島并分化為功能性胰島樣細胞。這些細胞影響巨噬細胞極化，同時阻斷NLRP3炎癥小體和炎癥因子的激活。這些抗炎作用可以改善糖尿病的病程。糖尿病患者靜脈注射HUC-MSCs后6個月至1年，代謝指標改善，胰島素和C肽水平升高，Treg細胞數量升高，同時糖化血紅蛋白、空腹血糖和血糖升高。每日胰島素需求量減少。HUC-MSCs治療糖尿病是安全有效的。
糖尿病并發癥，例如糖尿病足、糖尿病腎病、糖尿病傷口潰瘍和糖尿病視網膜病變，常常是殘疾和死亡的主要原因。
在糖尿病足的臨床治療中，HUC-MSCs可以靶向潰瘍，增加血管內皮生長因子（VEGF）和腦源性神經營養因子（BDNF）的形成。這些因子可以通過刺激角質形成細胞釋放細胞角蛋白19和細胞外基質形成來促進潰瘍組織的上皮化。所有接受治療的患者在踝臂壓力指數、經皮氧分壓和跛行距離方面均表現出顯著改善。此外，新形成的血管密度增加，潰瘍部分或完全愈合。基于這些結果，建議HUC-MSC為治療糖尿病足提供有效的策略。
HUC-MSC應用于糖尿病腎病的治療時，通過降低炎癥細胞因子的表達、增加支持細胞的數量、上調其蛋白的表達、增強抗凋亡蛋白的表達來發揮治療作用。在腎臟中。對糖尿病大鼠的實驗表明，治療后血糖、血尿素氮和24小時尿白蛋白排泄率均顯著降低。
在一項臨床研究中，5名年齡在30-60歲、患有慢性糖尿病傷口不愈合的患者接受了HUC-MSC移植，并隨訪1個月。HUC-MSC治療后愈合時間和傷口大小顯著縮短，但造成這種益處的機制尚不清楚。可能與巨噬細胞極化有關；IL-10、VEGF和其他細胞因子的分泌增加；IL-6的分泌減少；或某些基因的上調。
綜上所述，HUC-MSCs具有以下特點：
- (1)靶向炎癥組織，分化為功能性胰島樣細胞，阻斷炎癥小體的活性，發揮抗炎作用；
- (2)靶向潰瘍組織，促進細胞因子的釋放，進而促進潰瘍組織上皮化，最終導致潰瘍部分或完全愈合；
- (3)具有在體外分化為功能細胞并移植到體內的潛力，提供令人滿意的治療效果。
因此，我們認為，當HUC-MSCs用于治療時，它們首先需要靶向受損或發炎的組織，然后分化為分化細胞或分泌免疫調節因子。HUC-MSC還可以在體外誘導分化為功能細胞，隨后用于移植以產生足夠的治療效果。
人臍帶間充質干細胞在肝病中的應用
肝炎、肝硬化、肝癌是常見的肝臟疾病，纖維化是多種肝臟慢性病發生的共同途徑。肝星狀細胞（HSC）的激活是肝纖維化病因學的關鍵因素，可被HUC-MSC抑制。HUC-MSCs通過下調轉化生長因子-1（TGF-1）和Smad3的表達同時增加Smad7的表達來抑制HSC的增殖。此外，HUC-MSCs可以通過旁分泌機制阻止HSCs的激活，阻斷IL-10和TGF-α的合成，從而消除HUC-MSCs對HSC增殖和膠原蛋白產生的抑制作用。
因此，HUC-MSCs似乎是HSC增殖和凋亡的重要調節因子，這意味著HUC-MSCs的輸注可以延緩甚至逆轉肝纖維化和隨之而來的肝臟疾病。
此外，HUC-MSC衍生的外泌體（HUC-MSC-ex）可以通過抑制與該復合物相關的蛋白質的激活并降低丙氨酸轉氨酶（ALT）、天冬氨酸轉氨酶（AST）的水平來減少NLRP3炎癥小體的表達，和促炎細胞因子，發揮抗炎作用。因此，HUC-MSCs可能為肝纖維化和其他肝臟疾病提供新的治療策略。
我們認為HUC-MSCs能夠治療肝病是基于以下特性：
- （1）HUC-MSCs抑制HSCs增殖并促進HSCs凋亡，延緩甚至逆轉肝纖維化及纖維化相關肝病；
- （2）HUC-MSCs釋放的外泌體可以減少NLRP3炎性小體的表達，降低促炎因子水平，從而達到抗炎作用；
- （3）HUC-MSCs可降低ALT、AST水平，抑制中性粒細胞浸潤，減少肝細胞氧化應激和凋亡，保護肝臟免受氧化損傷和缺血再灌注損傷。
目前，HUC-MSC在肝病治療領域的應用已取得初步進展，但其作用機制仍有待深入研究。例如，需要確定移植的最佳時間、給藥方法和有效劑量。
此外，必須考慮HUC-MSC移植的副作用。解決這些問題并更好地了解HUC-MSC的生物學特性，這些細胞的移植必將在肝臟疾病的治療中獲得更廣泛的應用。
人臍帶間充質干細胞在系統性紅斑狼瘡中的應用
系統性紅斑狼瘡（SLE）是一種累及多個器官的結締組織自身免疫性炎癥性疾病。SLE普遍影響年輕女性。對于大多數患者來說，傳統的SLE治療可以控制病情，但不良反應發生率很高，如感染、卵巢功能衰竭、惡性腫瘤、骨質疏松等疾病，嚴重影響患者的生活質量。
HUC-MSCs的免疫調節功能已被廣泛應用于治療各種自身免疫性疾病，特別是對藥物治療無效的嚴重難治性SLE病例，并取得了一些有益效果。
HUC-MSCs治療SLE是安全有效的。HUC-MSCs治療的患者總生存率超過80%，不同研究的緩解率存在差異，復發率約為20%，BILAG或SLEDAI評分顯著降低。此外，血清白蛋白、抗體和補體水平，以及外周血白細胞、血小板數量和24小時蛋白尿水平均得到改善。
HUC-MSCs可以通過抑制T細胞增殖、增加Treg細胞數量、抑制Tfh細胞擴增、維持輔助性T細胞1和輔助性T細胞2（Th1/Th2）之間的平衡來發揮治療SLE的作用。
上述研究結果指出HUC-MSCs治療SLE的兩種可能機制：
- （1）抑制T和Tfh細胞增殖，上調Treg細胞，維持Th1/Th2平衡，降低TNF-α水平
- （2）某些miRNA表達的調節。多項體外和體內研究已經證明了HUC-MSC的免疫調節特性，為這些細胞在臨床實踐中的應用提供了基礎科學支持。
雖然目前HUC-MSCs的研究臨床應用已開始具體化并顯示出良好的前景，但HUC-MSCs過度的免疫抑制可能會帶來感染和腫瘤發生的風險。此類不良影響的可能性需要進一步研究和深入討論。
人臍帶間充質干細胞在關節炎中的應用
關節炎是一種影響關節和周圍組織的炎癥性疾病。其病因復雜，主要與自身免疫反應、感染、外傷有關。傳統治療方法不能有效解決免疫耐受機制缺乏的問題，且副作用明顯。干細胞的使用成為這種疾病的新治療策略。
HUC-MSCs已被證明可以通過分化成成骨細胞來有效治療關節炎；抑制T淋巴細胞增殖、促進細胞凋亡；減少IL-1、IL-6、IL-7、IL-17和TNF-α的分泌；并抑制炎癥反應。治療后，關節功能和生活質量顯著改善，如Lysholm評分、WOMAC評分、SF-36量表評分、健康指數 (HAQ) 和關節功能指數 (DAS28) 所示。
HUC-MSC還具有軟骨保護作用，這被認為取決于炎癥的減少，從而延緩軟骨破壞。同時，HUC-MSCs抑制MMP-13、X型膠原α1鏈、環氧合酶-2的表達，增強軟骨細胞的增殖，而骨關節炎軟骨細胞則促進HUC-MSCs向軟骨細胞分化。此外，HUC-MSC具有抗纖維化特性，可能通過分泌HGF影響關節炎的病程。據報道，單次注射HUC-MSC的治療方案并不能提供令人滿意的結果，在臨床實踐中，通常建議注射3-5輪細胞。
綜上所述，HUC-MSCs可以通過以下機制治療關節炎：
- （1）分化為軟骨或成骨細胞，修復軟骨，再生膝關節軟骨；
- （2）釋放細胞因子、生長因子、免疫調節因子等可溶性分子，發揮免疫調節作用；
- （3）抑制未成熟樹突狀細胞(DC)和自然殺傷(NK)細胞的增殖，抑制細胞因子的細胞毒性，誘導巨噬細胞從促炎M1表型分化為抗炎M2表型，以及分泌IL-10、營養因素。
HUC-MSC的這些特性可減少炎癥并促進組織修復。此外，HUC-MSCs可以抑制T細胞和B細胞的增殖，HUC-MSCs的免疫調節特性顯著減弱骨關節炎的進展。因此，HUC-MSCs在關節炎的治療中具有廣泛的應用潛力。
人臍帶間充質干細胞在腦損傷及腦血管疾病中的應用
腦損傷、中風等腦血管疾病的死亡和致殘發生率較高。傳統的藥物治療效果不佳，而且損傷后遺癥也很嚴重，這表明中風和其他疾病尚無有效的治療方法。
研究表明，接受HUC-MSC移植治療的患者運動和神經功能評分均得到改善，這表明這種治療方式可以顯著逆轉腦功能損傷。動物實驗表明，HUC-MSC移植增加了VEGF的釋放，刺激血管生成，并通過降低炎癥因子水平產生抗炎作用。此外，HUC-MSC通過增加膠質細胞源性神經營養因子（GDNF）和BDNF的表達并減少肥大的小膠質細胞/巨噬細胞的數量來減少神經元凋亡，從而產生神經保護作用。
近年來，鼻內施用HUC-MSC-ex治療腦損傷和腦血管疾病作為一種無創且安全的治療方法也受到了廣泛關注。HUC-MSC-ex可以抑制炎癥相關基因和促炎因子的表達。此外，外泌體的輸注會增加髓磷脂的形成并減少神經膠質的增生。HUC-MSC-ex可以調節小膠質細胞和星形膠質細胞的活化，降低TNF-α和IL-1β的水平，并增加IL-10、BDNF和膠質細胞源性神經營養因子的形成。這些外泌體產生抗炎作用并增強神經功能。
HUC-MSCs及其外泌體主要通過下調炎癥相關基因和降低促炎因子水平誘導抗炎作用，同時促進VEGF釋放和新生血管形成來治療腦血管疾病。此外，HUC-MSCs和HUC-MSC-ex可增加BDNF和膠質細胞源性神經營養因子的水平，從而保護神經元并增強其功能。
由于HUC-MSC的生物學特性和腦血管疾病的獨特性，不同的移植途徑會影響歸巢腦實質的HUC-MSC的數量和空間分布，從而影響這些細胞的治療效果。因此，HUC-MSCs治療腦血管疾病的遞送途徑成為當前研究的熱點。
人臍帶間充質干細胞在心臟疾病中的應用
心臟病是全世界死亡的主要原因，每年約有2000萬名30至70歲的人死于該疾病。目前，這種疾病往往影響年輕人。可用的治療方法包括心臟移植、手術干預和藥物治療。手術治療通常會出現并發癥，除非病情嚴重，否則一般不建議進行手術治療。即使患者存活下來并且病情好轉，也需要長期的維持治療。HUC-MSCs為心臟病提供了一種相對安全有效的替代療法。
HUC-MSC已被證明可以治療和緩解多種心血管疾病，包括心肌梗塞、心力衰竭、心肌缺血和心肌炎。這些細胞促進心臟組織再生和血管生成，抑制炎癥，并顯著減少梗塞面積和死亡率。此外，HUC-MSC的移植改善了紐約心臟協會的功能分級以及明尼蘇達心力衰竭生活問卷和6分鐘步行測試的結果，顯著改善了患者的生活質量。
HUC-MSCs可以分泌HGF發揮抗炎作用。HUC-MSCs產生的白細胞介素、TNF-α、集落刺激因子和趨化細胞因子可以抑制心肌炎癥，減輕心肌纖維化程度。
HUC-MSCs還可以上調超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）的水平，降低梗塞心肌中丙二醛（MDA）的濃度，減少氧化應激和細胞外基質（ECM）重塑。HUC -MSC還可以通過調節miRNA、lncRNA和circRNA的表達來間接發揮治療心臟病的作用。
綜上所述，HUC-MSCs通過以下機制在心臟相關疾病中發揮治療作用：
- （1）分化為心肌細胞以改善心臟功能，
- （2）分化為血管內皮細胞以促進血管生成和血液供應，
- （3）改善心臟功能通過抑制心肌細胞凋亡來改善心臟性能，
- （4）通過旁分泌作用發揮抗炎和抗纖維化活性，
- （5）調節參與心臟修復的miRNA、lncRNA和circRNA的表達水平。HUC-MSCs在心臟病治療方面具有廣闊的臨床應用前景。
人臍帶間充質干細胞在脊髓損傷中的應用
脊髓損傷（SCI）是由創傷、炎癥等因素引起的脊髓橫斷面損傷。SCI 導致損傷部位以下的運動、感覺和其他神經功能受損或喪失。一旦發生SCI，特別是外傷，應盡快搶救，維持血容量，防止神經源性休克。復蘇后，應對患者給予藥物治療，修復受損的神經纖維，維持脊髓穩定性，防止進一步的神經損傷。然而，藥物的作用非常有限，而皮質類固醇的副作用卻很大。
在此背景下，HUC-MSCs以其強大的增殖、分化和自我更新潛力引起了科學家的興趣。HUC-MSCs代表了一種治療脊髓損傷的新策略，該策略有效且副作用少。因此，HUC-MSCs治療有望成為SCI的替代療法。
臨床研究表明，SCI患者接受HUC-MSC治療可以恢復腸道和膀胱功能，并顯著改善感覺、運動和自理能力，較高的美國脊柱損傷協會評分和日常生活活動評分表明。多項研究表明，及時移植HUC-MSCs可以通過促進神經功能恢復來有效治療SCI。單獨重復劑量的HUC-MSC或與人神經干細胞 (HNSC)、GDNF和缺氧條件聯合使用可增強細胞治療的效果。
HUC-MSC改善SCI影響的機制包括抑制SCI后激活的絲裂原激活蛋白激酶 (MAPK) 途徑，以及減少脊髓神經元的凋亡。HUC-MSCs還減少炎癥細胞因子IL-6、IL-7和TNF-α的分泌，從而減輕損傷部位的炎癥反應，促進神經元再生，減少膠質疤痕的形成。然而，詳細的機制和療效需要在大規模臨床試驗中確定。
綜上所述，HUC-MSCs主要通過兩種機制治療SCI脊髓損傷：
- （1）減少脊髓神經元凋亡；
- （2）抑制炎性細胞因子IL-6、IL-7和TNF-α的分泌分泌，從而抑制受傷部位的炎癥反應，促進神經元再生，減少神經膠質疤痕的形成。
盡管利用HUC-MSC治療SCI已取得快速進展，但其臨床應用仍面臨許多問題。未來的工作重點應集中于各種HUC-MSC技術的標準化、神經修復機制的識別、對信號分子和傳導通路的更好理解以及不同治療方案的綜合評估。
人臍帶間充質干細胞在呼吸系統疾病中的應用
目前，利用HUC-MSC治療呼吸系統的實例并不多。典型疾病包括急性肺損傷、支氣管哮喘和慢性阻塞性肺病。對于呼吸系統疾病，HUC-MSC治療顯著提高了功能評分并增加了患者生存率。
肺內輸注HUC-MSC可以通過旁分泌KGF減輕肺部炎癥并改善肺功能。減少肺部炎癥的其他機制包括白細胞介素33 (IL-33) 和拮抗劑白細胞介素1受體樣1 (IL-1受體樣1) 的過度表達、抑制蛋白質外滲、抑制中性粒細胞增殖，以及炎癥因子TNF-α、IL-6和巨噬細胞炎癥蛋白2 (MIP-2) 的分泌。
間充質干細胞對哮喘的有益作用主要是通過調節免疫反應和抗炎活性來實現的。肺內注射MSC可以通過調節Th1、Th2和Treg細胞之間的比例來減輕哮喘氣道炎癥，并通過抑制Th17信號通路來減弱氣道高反應性。
HUC-MSCs在慢性阻塞性肺炎中的作用主要依賴于以下機制：
- (1)減輕氣道炎癥；抑制IL-1β、TNF-α、TGF-β、IL-6、IL-8等炎癥因子的分泌；抑制炎癥引起的氧化應激；和抗凋亡信號傳導；
- (2)促進生長因子的分泌，如KGF、干細胞生長因子、HGF、EGF等；激活組織修復；和增強肺灌注；
- (3)重塑肺血管，改善肺功能；
- (4)通過miR-410、miR-451和miR- 145的表達調節肺功能。
HUC-MSC 用于治療肺部疾病已有10多年的歷史。HUC-MSC主要通過抗炎和抗纖維化活性、免疫調節和旁分泌機制來保護肺組織。HUC-MSC還通過調節microRNA的表達來間接治療肺部疾病。
總之，這些細胞提供了重要的治療作用，在呼吸系統疾病的治療中具有廣泛的應用。
人臍帶間充質干細胞的臨床應用相關基礎研究
HUC-MSC細胞庫的建立：目前臨床上使用的HUC-MSC大多是由大規模收集、制備和儲存干細胞的干細胞庫提供的。干細胞庫也被稱為“生命銀行”。HUC-MSC細胞庫是多種干細胞庫之一。目前，專門的HUC-MSC細胞庫很少，大多數情況下，HUC-MSC都是由綜合性干細胞庫提供。
2004年，世界上第一家儲存HUC-MSC的干細胞庫在英國成立。美國國家生物標準與控制研究所 (NIBSC) 負責胚胎、胎兒、成體組織和各種干細胞系（包括 HUC-MSC 系）的操作和儲存。
2006年4月，中國第一家HUC-MSC細胞庫在天津成立，存儲容量達數萬份。建立了干細胞分離、鑒定、培養、擴增、儲存、配套技術和質量控制的標準化方案，細胞庫制定了國內首個HUC-MSCs技術標準，并滿足ISO 9001:2008質量管理體系要求。
2011年，Kushnuma Cooper博士報道了一種構建HUC-MSC細胞庫的方法，并認為HUC-MSC具有廣泛的臨床應用前景。
HUC-MSC細胞庫可以為臨床應用提供合法來源的優質干細胞“種子”，很多公司和醫院都有能力建設HUC-MSC細胞庫。然而，干細胞庫尚無統一的質量控制標準，這將直接影響臨床治療的效果。這個問題是干細胞庫最大的問題，應該盡快解決。
結論
目前，間充質干細胞是再生醫學領域的研究熱點。本文分析了間充質干細胞與臨床應用相關的五種功能及其對肝臟、呼吸系統疾病等八種疾病的治療作用。
HUC-MSCs為再生醫學的未來帶來了新的希望。間充質干細胞的進一步深入研究和臨床應用必將在不久的將來造福人類。間充質干細胞具有顯著的分化潛力、增殖能力強、免疫原性低等特點。它們的使用不受道德和倫理的限制，并且很容易以工業規模制備。它們可能成為最有廣泛臨床應用前景的多能干細胞。
參考資料：Xie Q, Liu R, Jiang J, Peng J, Yang C, Zhang W, Wang S, Song J. What is the impact of human umbilical cord mesenchymal stem cell transplantation on clinical treatment? Stem Cell Res Ther. 2020 Dec 1;11(1):519. doi: 10.1186/s13287-020-02011-z. PMID: 33261658; PMCID: PMC7705855.
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