骨髓间充质干细胞治疗肠道疾病的研究进展

张 静 综述，宋红丽 审校

（天津市第一中心医院器官移植中心，天津300192）

肠道疾病是一种常见病、多发病，严重影响着人们的生活质量。传统方法是通过手术及药物治疗，但多产生明显的副作用以及并发症。骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）具有强大的增殖能力，多向分化潜能以及向损伤组织定位修复的功能，在一定条件下可以定向分化成为某种成体干细胞或者横向分化为多种组织细胞，因而备受人们关注，成为细胞移植治疗的新热点。大量动物实验研究己证明BMSCs在治疗多系统疾病方面具有显著效果。本文就BMSCs应用于肠道疾病的治疗方面做一综述。

1 BMSCs简介

BMSCs是最近几年被发现的、除造血干细胞以外的一种成体干细胞，具有自我更新和多向分化潜能，在适宜的外环境下可以分化为中胚层的间质组织细胞，还可以分化为脂肪细胞、骨细胞、软骨细胞、心肌细胞、神经元细胞及星形胶质细胞等[1]。已有研究证实BMSCs具有明显的抗炎、促血管再生、免疫抑制等功能，而且其在体外易于分离、纯化、培养和扩增。Dominici等[2]将转染绿色荧光蛋白(GFP)的间充质干细胞用于治疗小鼠成骨不全症，结果表明间充质干细胞能够成功植入受者体内，具有明显的可移植性。因此,BMSCs已经成为细胞移植中极具潜力的细胞来源，广泛应用于心血管、呼吸、消化、创伤等领域。随着对BMSCs的不断深入研究，它将更广泛地应用于临床上治疗各种疾病。

2 BMSCs在治疗肠道疾病中的作用

2.1 BMSCs在治疗炎症性肠病方面的作用 炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）是指一组病因未明的肠道疾病，包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UD）和克罗恩病(Crohn’s disease,CD)。是由于环境因素作用于遗传易感患者，在肠道菌群的参与下，导致机体的免疫和炎症反应，从而引起肠道黏膜的慢性损伤。肠道黏膜免疫系统在IBD的发生发展中起着重要的作用,免疫反应过程中释放大量的免疫因子和炎症介质，这些因子和介质激起肠道的炎症反应，导致肠道疾病的发生。有研究发现将BMSCs通过静脉注入IBD患者的机体内可以发挥免疫调节作用，抑制免疫炎症的发生,加快肠黏膜的修复进程[3]。BMSCs发挥这一作用是通过抑制T细胞、B细胞的活化，降低树突状细胞（DC）的抗原呈递作用而实现的[4]。研究表明，BMSCs体外能够抑制成熟的DC1细胞产生TNF-α，而促进成熟DC2细胞分泌IL-10；同时能够抑制辅助性T细胞1(Th1)细胞分泌IFN-γ，而促进Th2细胞分泌IL-4[5]。另外，间充质干细胞体外还能够将B淋巴细胞阻滞于Go/G期，抑制B细胞分泌IgM、IgG、IgA，并下调B细胞表面分子CXCR4、CXCR5、CC类趋化因子受体7(CCR-7)、CXCL-12等的表达[6]。通过抑制这些细胞的活性，减少由于免疫反应造成的大量炎症介质释放，从而对肠道炎症性疾病起到治疗的作用。肠道上皮细胞是肠道机械屏障的重要组成部分，炎症可以导致肠道上皮细胞的损伤，肠屏障遭到破坏，肠道通透性增加导致肠功能紊乱。Valcz等[7]发现BMSCs可以在损伤组织处表达的某些趋化蛋白的作用下进入肠黏膜隐窝，定植于黏膜受损处，分化为肠道间质或者上皮样细胞，促进胃肠上皮再生。Hayashi等[8]将BMSCs注入溃疡性结肠炎大鼠模型的肠黏膜下，通过肉眼和免疫组织学观察到干细胞可以分化为结肠上皮细胞并且向损伤区域释放VEGF和TGF-β1等组织因子，从而极大地加快溃疡黏膜的愈合。这些发现表明BMSCs在维持肠道屏障功能的完整性方面发挥着巨大的作用。已经证实BMSCs释放的多种细胞因子在保护肠黏膜屏障方面同样发挥着重要的作用，例如：它释放的肝细胞生长因子可以减少细胞凋亡，促进细胞生长[9]；血管内皮细胞生长因子可以促进肠黏膜的血管化，增加肠道的血运，使受损肠黏膜获得丰富的营养物质，加快溃疡的愈合[10]。由此可见，BMSCs强大的旁分泌功能在治疗胃肠道疾病方面起着重要作用。BMSCs移植修复胃肠道损伤，对于治疗胃肠道疾病有着重要的意义，它在治疗IBD方面还有哪些机制，发挥哪些作用，有待进一步探索发现，相信对BMSCs临床和基础的不断深入研究，将为日后的胃肠道疾病的治疗开辟一条新的思路。

2.2 BMSCs在治疗放射损伤性肠病方面的作用 临床上放射治疗是腹部和盆腔等恶性肿瘤围手术期的一项主要治疗手段，但是由于肠道上皮对于辐射高度敏感，放射线极易造成肠黏膜上皮的损伤，导致黏膜屏障破坏，肠的通透性增加，引起肠道功能紊乱，造成放射性肠道损伤。因此如何提高放射损伤后肠黏膜的修复功能，减轻放射治疗的副作用，成为了临床上研究的热点问题。BMSCs具有强大的旁分泌功能，它分泌的组织因子包括：IGF-1、EGF、SDF-1[11]等。IGF-1可以通过PI3K/AKT/P53轴抑制PUMA，从而阻止由于放射损伤导致的肠道干细胞的凋亡[12]。SDF-1是一种骨髓干细胞的趋化因子，已有研究发现BMSCs可以向放射性损伤的小肠归巢、定植并横向分化，但其定植率比较低，难以进行有效的肠黏膜修复。因此只有提高BMSCs在肠道的定植率才能更充分的发挥其黏膜修复功能。张坚等[13]通过实验研究发现在放射性肠道中SDF-1因子表达增加，通过mCXCR4基因（SDF-1的受体）修饰可明显提高BMSCs向肠道定植分化的能力，促进放射性肠损伤的修复。是否还有其他方法提高BMSCs在肠道的定植率，有待进一步研究。放射治疗导致肠道干细胞衰竭，肠黏膜细胞萎缩变性，肠黏膜分泌的各种消化液及消化酶减少，植入外源性BMSCs可以加快肠道上皮细胞的自我更新，同时有助于肠道分泌功能的恢复。Semont等[14]发现在放射性肠损伤的大鼠体内注入BMSCs后，小肠绒毛长度增加，从而进一步证实了BMSCs在肠道损伤中的修复作用。有研究发现将BMSCs注入放射性肠损伤的大鼠体内，其可以通过调节小肠上皮细胞的稳态，促进放射性损伤的上皮细胞增殖以及抑制其坏死等作用，明显改善由于放射导致的可逆性肠功能紊乱[15]。研究表明，同基因小鼠骨髓来源的间充质干细胞能够促进重度放射损伤小鼠的造血功能的恢复[16]。肠道的血运状态恢复后，良好的血液灌注，有助于肠道营养物质的吸收，加强肠道的屏障功能，抵御外源微生物的入侵，早期恢复放射性肠道损伤。放射性胃肠道损伤一直是小肠放射生物学领域的研究热点，深入研究其发生机制和救治方法，对于腹部肿瘤局部放疗以及核事故引起的消化道损伤的理论与实践有着积极的意义，基于BMSCs本身的多种功能，它将成为治疗放射性肠损伤的主要研究热点。

2.3 BMSCs在治疗肝移植相关性肠病方面的作用 目前，各种原因引起的终末期肝衰竭的患者越来越多，肝移植已经成为治疗各种终末期肝病患者的最有效治疗手段，但是肝移植术后并发的胃肠功能紊乱成为威胁手术成功与否的关键。肝移植术后胃肠功能紊乱的原因包括：手术本身的创伤、缺血再灌注损伤、移植物抗宿主病等。

BMSCs本身具有低免疫源性，初始T细胞对抗原发生免疫应答反应依靠主要组织相容性复合体(MHC)分子与抗原肽的复合物、T细胞受体(TCR)作为第一信号，同时需要CD28、B7、细胞间黏附分子1(ICAM-1)、细胞间黏附分子2(ICAM-2)等共刺激分子的作用作为第二信号。BMSCs不表达MHC II类分子和FasL，不表达共刺激分子B7-1、B7-2，也不表达或低水平表达MHC I类分子、CD40和CD40L[17]，因而使T细胞无法对抗原产生免疫应答，发挥其免疫抑制功能。研究发现在患有自身免疫源性肠病的大鼠模型中注入BMSCs可以在疾病的活动期减少肠系膜淋巴结的数量，并可以抑制活动性T细胞在肠系膜淋巴结的聚集。急性的移植物抗宿主病机制是供体成熟的T细胞遇到宿主抗原递呈细胞(APC)时，发生激活、增殖等反应，BMSCs能抑制T细胞的活化与增殖，改变细胞因子的水平与成分，抑制免疫应答。此外BMSCs还可以通过影响T细胞及DC的迁移，诱导Treg细胞的扩增，抑制B淋巴细胞分泌抗体及调节NO、DO等可溶性因子的分泌，通过这些免疫调控机制来抑制干细胞移植后出现的移植物抗宿主病，因此临床上可以将BMSCs应用于移植术后抗排斥反应，减少移植术后由于排斥原因造成的肠功能紊乱。

在肝移植手术中阻断门静脉的血流，肝脏缺血造成肠功能受损，当肝脏再通后肠道恢复血流，此时细胞的功能代谢及结构破坏更为严重，肠道组织释放大量的氧自由基，造成缺血再灌注损伤。研究显示间充质干细胞能够降低缺血再灌注肝损伤的大鼠丙二醛水平，减少由于脂质过氧化造成的大量氧自由基的释放[18]，从而可以推测间充质干细胞同样能够减轻大量自由基造成的肠道损伤。

在阻断门静脉血流造成的缺血缺氧条件下,BMSCs可以通过分泌多种细胞因子提高肠道上皮细胞的生存以及增殖能力，参与组织的修复[19]。它分泌的VEGF及其他血管发生蛋白，参与损伤区域的血管化，促进局部血液灌注[20]。同时VEGF还可以阻止白细胞的粘附和慢性炎症反应，减轻由于炎症造成的缺血反应[21]。分泌的HGF可以通过促进血管内皮细胞增殖，增加血管生成，减少细胞凋亡[22]；FGF促进内皮细胞增殖以及血管化，同时还可以使BMSCs在低氧条件下存活率更高[23]。以上可以看出间充质干细胞通过旁分泌功能可以促进细胞再生、抑制功能细胞的凋亡，改善损伤区域的血管微环境。BMSCs所显示的低免疫原性、免疫调节特性及强大的旁分泌特性在肝移植术后肠病的治疗上发挥着巨大作用，相信随着对BMSCs研究的不断深入，BMSCs将更广泛应用于移植治疗中，为控制肝移植相关性肠功能紊乱的发生带来新的希望。

3 展望

尽管对间充质干细胞在治疗肠道疾病方面的研究取得了巨大的成就，但是也存在很多问题，例如移植时机及移植方式的选择；用于移植的间充质干细胞究竟输注多少剂量合适?怎样控制植入的干细胞由于排斥反应导致的干细胞死亡？如何增强植入细胞的生存力？怎样避免植入的干细胞由于无限增殖能力导致的新生肿瘤的发生等一系列问题。相信在以后的研究中，这些问题将会迎刃而解，干细胞疗法将会应用于更广阔的领域，从而更好的服务于临床。同时，干细胞在细胞和基因工程方面也具有广泛的应用前景，值得进一步探索。

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