近日，中南大學湘雅三醫院內分泌科對最近發表在《世界干細胞雜志》上的題為“缺氧和炎癥因子預處理增強人類臍帶間充質干細胞的免疫抑制特性”的突破性研究提出了的觀點。

盡管對間充質干細胞 (MSC) 的臨床應用進行了三十多年的研究，但由于尚待解決的多個臨床前和臨床挑戰，只有少數治療產品進入臨床使用。該研究證明，低氧和炎癥因子預處理可以在不損害其生物學特性的情況下使間充質干細胞具有更高的免疫抑制作用，這表明炎癥因子和低氧預處理的結合為增強間充質干細胞的功能提供了一種有前景的方法。隨著我們深入研究預處理方法的復雜性，我們預計基于間充質干細胞的治療領域將發生變革，最終有助于改善患者的治療結果并推動整個領域的發展。

介紹

干細胞（ SC）具有多能性、不對稱分裂和自我更新的能力。SCs可以直接或間接刺激常駐細胞、調節炎癥、釋放生物分子和重塑細胞外基質（ECM）以有益于多種疾病。根據分化潛能的不同，干細胞可分為全能、多能和單能干細胞。現在人們一致認為，干細胞的臨床應用對于治療多種疑難雜癥具有廣闊的前景。因此，有各種臨床試驗來探索干細胞在許多疾病中的臨床應用。

間充質干細胞（MSCs）是多能基質細胞，具有良好的自我更新和多能分化潛能。間充質干細胞作為一種基于細胞的療法治療中度免疫性疾病和再生的潛力已得到充分闡明，間充質干細胞是臨床治療中最常選擇的干細胞。間充質干細胞可以來源于多種組織，包括骨髓、脂肪組織、沃頓膠、牙髓、經血和有效采集的臍帶血。

盡管來自不同組織的間充質干細胞具有相同的基本功能特征，但其功能強度仍存在差異，例如細胞大小、增殖潛力、分泌的細胞因子和免疫抑制等。間充質干細胞可以改變組織內的微環境，提高細胞分化和再生能力，間充質干細胞治療免疫性疾病的功能已被證實。因此，MSC在臨床上嘗試治療多種疾病，包括血管疾病、免疫疾病和傷口。

間充質干細胞臨床應用的范圍和優勢

由于其可再生性、免疫調節特性、腫瘤發生風險極小且缺乏倫理限制，間充質干細胞已成為干細胞治療的重要細胞來源。

MSC的許多亞型，例如脂肪源性MSC、人臍帶間充質干細胞（HUMSC）和骨髓間充質干細胞都適合臨床使用，沒有明顯的功能異常或副作用。

間充質干細胞是原代塑料貼壁細胞，具有巨大的增殖潛力以及自我更新和分化的能力。這些細胞可以很容易地在體外培養，并且MSC不表達CD45、CD34、CD14、CD11b、CD79a、CD19或主要組織相容性復合體(MHC)II類，這可以減少免疫排斥并促進MSC的臨床移植。

間充質干細胞廣泛應用于創傷組織修復、免疫疾病和癌癥治療。不同人群的MSCs增殖能力和免疫原性差異很大，糖尿病患者來源的MSCs成骨潛力較健康志愿者降低，而自身免疫性疾病患者分離的MSCs存在形態和部分功能異常，這意味著正常的MSCs移植可以恢復MSCs的功能并緩解疾病。

間充質干細胞臨床應用的不足及改進途徑

間充質干細胞的臨床應用已有三十多年的歷史，目前正在進行數千項臨床試驗（http://clinicaltrials.gov）。然而，只有少數基于間充質干細胞的治療產品已被批準用于臨床。

仍有許多關鍵的臨床前和臨床挑戰有待解決，主要集中在間充質干細胞的細胞制備方法、一致性、效率、重現性、處理時間、可擴展性和純度等領域。因此，未來對MSC預處理的研究有可能改善結果并促進臨床MSC的實施。

MSC釋放一系列復雜的活性成分，這些成分受到宿主微環境（炎癥狀態、缺氧和ECM）的影響，從而形成高度可變的因素，從而塑造其獨特的功能。為了在臨床應用中獲得優異的治療效果，研究人員在使用各種方法治療間充質干細胞方面取得了進展，包括基因工程、干細胞接合、藥物或細胞因子干預等。

例如，3-甲基腺嘌呤的預處理可以抑制MSCs的自噬；血小板源性生長因子BB (PDGF-BB) 預處理可通過PI3K/Akt通路促進MSC遷移并抑制過氧化氫誘導的MSC凋亡。從nlrp3-KO小鼠中提取的MSC促進成骨分化而不影響MSC的表型。

在糖尿病視網膜病變大鼠模型中，移植經他克莫司預處理的間充質干細胞后，視網膜血管形成、視網膜功能和葡萄膜炎均得到改善。這些創新為間充質干細胞的臨床應用提供了新的、令人興奮的選擇（圖1）。

為了增強間充質干細胞（MSCs）的增殖、免疫調節、生長因子分泌等功能，人們采用了多種方法，如微小RNA和特殊基因轉染、與其他干細胞的組合以及缺氧/炎癥因子的治療等。miRNA：微小RNA；TNF：腫瘤壞死因子；IFN-γ：干擾素-γ；MSC：間充質干細胞；VEGF：血管內皮生長因子；VEGFR：血管內皮生長因子受體；PDGF：血小板衍生生長因子；PDGFR：血小板衍生生長因子受體；IGF：胰島素樣生長因子；IGFR：胰島素樣生長因子受體；DC：樹突狀細胞；NK：自然殺手。

此前，我們實驗室嘗試了多種方法來增強MSCs的功能。

一種可能的方法是在HUMSC中過度表達c-jun質粒，通過放大糖尿病大鼠傷口組織中的PDGFA和肝細胞生長因子水平來加速傷口愈合，從而促進傷口處的血管生成和上皮再形成。

另一種可能的解決方案是用ECM包裹MSC，我們證明，它可以通過刺激血管內皮生長因子-α、PDGF和表皮生長因子的表達來促進糖尿病大鼠的傷口愈合。

此外，我們還比較了注射間充質干細胞、內皮集落形成細胞 (ECFC) 和透明質酸的糖尿病足患者多個獨立傷口的愈合率。自控傷口僅采用常規療法并用水膠體敷料覆蓋，我們的研究結果表明，臍帶間充質干細胞、ECFC和透明質酸聯合使用可以安全地加速難治性糖尿病足潰瘍的愈合。

現在已經證明激光預處理也可以增強MSCs的功能。

• Chen等證明低水平可控藍光發光二極管照射可以增強細胞內鈣活性水平，從而增強人牙髓來源的MSCs的成骨分化。
• Wen等人將MSCs封裝在普魯士藍納米顆粒和甲基丙烯酸明膠水凝膠中，并將MSCs復合物暴露于1.0W/cm2的808nm激光10min進行植入。激光預處理可以提高MSCs的活力并加速肌肉的再生。

所有這些結果表明激光預處理可能是進一步增強間充質干細胞臨床應用的新策略。

一般來說，學術界對于間充質干細胞缺氧干預的結果尚無共識。大量研究表明，在低氧（1%-5%）條件下連續培養的間充質干細胞通常表現出增強的增殖潛力和良好的干性維持。缺氧顯著誘導MSCs大量分泌血管生成和抗炎細胞因子并增強MSCs的遷移能力。但多項實驗也證明缺氧環境下MSCs的凋亡率增加，提示缺氧對MSCs的影響還需進一步研究。

干擾素-γ（IFN-γ）增強間充質干細胞的抗炎和治療纖維化特性并促進其存活；理論上，IFN-γ與低氧培養相結合可以增強MSCs的治療功能。

供體和受體之間的免疫相容性是降低免疫排斥風險的關鍵因素，但它受到環境炎癥分子的影響，可誘導MSCs中MHC-II的顯著表達。進一步降低MSCs的免疫原性是提高MSCs功效的另一個重要途徑。很明顯，IFN-γ和IFN-γ/轉化生長因子β1許可增強了MSC對T細胞增殖的免疫調節作用。

腫瘤壞死因子-α預處理可以提高MSCs治療動脈粥樣硬化的療效。在“缺氧和炎癥因子預處理增強人臍帶間充質干細胞的免疫抑制特性”的研究中，研究人員用缺氧（2%O2）暴露和炎癥因子（白細胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ）。暴露24小時后，他們發現預處理導致UC-MSC伸長，但不影響活力、增殖或大小。

此外，他們證明這種預處理增強了與免疫調節相關的基因和蛋白質的表達，增加了外周血單核細胞和自然殺傷（NK）細胞的增殖率，同時不同程度地抑制了NK細胞誘導的毒性。本文通過詳細的實驗數據，進一步揭示了缺氧聯合炎癥因子預處理可以增強MSCs的功能，為MSCs的臨床應用提供了新的方案。

結論

炎癥因子與低氧預處理相結合是增強間充質干細胞功能的有效途徑。缺氧濃度、炎癥因子類型和濃度以及預處理時間對MSC的功能有顯著影響。該領域的深入研究將產生更好的結果并促進臨床間充質干細胞的利用。

參考資料：We offer our perspective on the groundbreaking study titled “Hypoxia and inflammatory factor preconditioning enhances the immunosuppressive properties of human umbilical cord mesenchymal stem cells”, and recently published in the World Journal of Stem Cells.
Wan XX, Hu XM, Xiong K. Multiple pretreatments can effectively improve the functionality of mesenchymal stem cells. World J Stem Cells 2024; 16(2): 58-63 [PMID: 38455107 DOI: 10.4252/wjsc.v16.i2.58]

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