间充质干细胞治疗多发性硬化的机制

王亦舒，管阳太

上海交通大学医学院附属仁济医院神经内科，上海 200127

多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是一种中枢神经系统慢性炎性脱髓鞘性疾病。目前，临床上主要采用激素联合免疫抑制剂和干扰素β治疗MS，但这种治疗方法只能部分改善患者的临床症状及延缓其疾病进展，而无法逆转炎症对神经轴索和神经元的损伤[1]。

近年来的研究发现，起源于发育早期中胚层的间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）是一种多能干细胞[2]。MSC 存在于人体骨髓、胎盘和脐带等组织中，在特定的微环境下可以分化成神经细胞，从而发挥神经修复功能[3]。此外，MSC 分泌多种免疫相关细胞因子，可以发挥免疫调节作用。尤其是MSC 可以通过抑制自身免疫性T 细胞的增殖和分化成熟，对自身的免疫病理过程发挥显著的调节作用[4]。

本文对MSC 治疗MS 的主要机制进行详细阐述。

1 MS 的发病机制与实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）模型

MS 是发生在中枢神经系统的慢性炎性脱髓鞘性疾病，其主要的病理改变为时间及空间多发性的脱髓鞘和轴索损害[5]，影像学常表现为新鲜及陈旧并存的多部位硬化病灶，即硬化斑[2]。MS的临床症状包括感觉异常、四肢运动功能障碍、视觉损害、共济失调和精神症状等[6]。

医学界对MS 的发病机制尚无定论。主流观点认为，MS 的发病诱因为前驱病毒感染，继而引发多种免疫细胞功能紊乱，随之介导自身免疫反应，主要的参与细胞包括T 淋巴细胞（CD4＋T 细胞如辅助性T 细胞1、辅助性T 细胞17 和调节性T 细胞，以及CT8＋T 细胞）和B 淋巴细胞，其他的免疫细胞如自然杀伤（natural killer，NK）细胞和巨噬细胞也被认为与MS 的发病相关[6-8]。这些免疫细胞通过受损的血脑屏障进入脑组织，针对髓鞘碱性蛋白产生自身免疫反应；T 细胞分泌大量炎性细胞因子和趋化因子，招募炎症细胞，引发炎性破坏；B 细胞产生针对髓鞘碱性蛋白的自身抗体，通过抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）引起髓鞘损害和轴索损伤。髓鞘损伤和髓鞘脱失是这类自身免疫反应的主要后果，是MS的主要病理损害表现[7,9]。

随着MS 研究的不断深入，少突胶质细胞和小胶质细胞等神经系统细胞也被发现具有驱动疾病发生和发展的作用。少突胶质细胞异常可引起淋巴细胞的激活，介导MS 的发生；小胶质细胞作为单核-巨噬细胞的同源细胞，可分泌大量细胞因子介导炎性反应[10-11]。因此，MS 的发病机制涉及2 个主要方面：一是自身的免疫炎症引起炎性损害，二是随之引发的神经髓鞘损伤导致神经功能缺失。总体而言，MS 的发病机制较为复杂，其致病细胞种类繁多，但这些致病细胞均是通过介导自身免疫反应而引发炎性损害以及髓鞘和轴索损伤，因此目前有关MS 治疗的研究大多关注于抑制或调节免疫反应以及促进髓鞘修复这2 个方面。

EAE 模型是一种模拟人体MS 发病过程的哺乳动物模型，这种模型通常利用小鼠或大鼠作为载体。该实验是将可以引发MS 的自身抗原，如蛋白脂类蛋白（proteolipid protein，PLP）、髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein，MBP）和髓鞘少突胶质细胞蛋白（myelin oligodendrocyte protein，MOG）35-55 肽段等，与佐剂进行乳化得到乳剂，对受体动物进行乳剂皮内注射，通过诱发动物体内针对特异性抗原的自身免疫反应，引发由尾部至后肢再至前肢的逐渐进展或缓解后复发的肢体瘫痪，模拟MS 发病过程。目前，EAE 模型已经成为MS 的经典模型，在MS 的发病机制和治疗研究中发挥着不可替代的作用[12]。

2 MSC 概述

MSC 概念的出现最早可追溯至1968 年，研究人员最初从骨髓中分离出MSC[2]。这类细胞来源于中胚层，为多能干细胞，可分化为其他中胚层来源的细胞，如脂肪细胞、软骨细胞和骨细胞等，并且可以从骨髓、脂肪组织、羊水、脐带、胎盘、牙髓和外周血中获取[13-14]。实验室中使用的MSC 的最常见来源为骨髓。与其他多能干细胞相比，MSC 具有独特且广泛的免疫调节作用，因此深受研究者的青睐而被应用于各类免疫疾病的治疗研究[15]。近年来的研究发现，MSC 还可以分化为非中胚层来源的细胞，如骨骼肌细胞和神经细胞[16]，这一发现有望使受损神经细胞的修复成为可能。

3 MSC 治疗MS 的机制

3.1 MSC 的免疫抑制功能

已有研究发现，以MSC 移植为基础的细胞治疗对于EAE 模型有良好的治疗作用，这种疗效一部分是由MSC 的免疫抑制功能所产生的。MSC 可以通过细胞间的直接作用即细胞与细胞的直接接触，以及旁分泌的方式，发挥免疫抑制作用（图1）。

3.1.1 细胞间的直接作用

细胞间的直接作用主要体现在对多种免疫细胞活动的影响。MSC 可作用于CD4＋T 细胞，抑制辅助性T 细胞1 的增殖，促进具有抗炎作用的调节性T 细胞的产生[17]，并且抑制干扰素γ（interferon-γ，IFN-γ）介导的辅助性T 细胞17的分化[18]，导致CD4＋T 细胞对B 细胞增殖分化的辅助作用发生紊乱，进而干扰B 细胞增殖，并使B 细胞难以分化成具有分泌免疫球蛋白功能的浆细胞。此外，MSC 还可以抑制CD8＋T 细胞的细胞毒作用，减少T 细胞对神经髓鞘的直接损伤作用[17]，并能抑制记忆T 细胞的增殖和成熟[19]。MSC 还能直接抑制自身反应性B 细胞的增殖和自身抗体的产生，限制NK细胞和自然杀伤T（natural killer T，NKT）细胞的功能，抑制树突状细胞（dendritic cell，DC）的分化和抗原提呈以及巨噬细胞的聚集[20-21]。

3.1.2 旁分泌

MSC 可以分泌多种抑制炎症的细胞因子，发挥免疫抑制作用。其中，吲哚胺2，3-二氧化酶（indoleamine-2，3-dioxygenase，IDO）和一氧化氮（nitric oxide，NO）的作用尤为重要。IDO 可以消耗周围环境中的色氨酸，而色氨酸对于T 淋巴细胞的增殖具有重要作用；同时，IDO 作用于由IFN-γ 介导的辅助性T 细胞1 分化的中间环节，使原始CD4＋T 细胞无法向辅助性T 细胞1 分化。此外，IDO 与前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）协同作用可以抑制NK 细胞的活性[22-24]。此外，IFN-γ 可以刺激MSC 产生NO，NO 可以抑制T 细胞的活化[25]。

3.2 MSC 的免疫调节功能

MSC 的免疫调节功能见图2。许多研究表明，MS 的发病与体内辅助性T 细胞17 和调节性T 细胞的平衡被打破有关。正常人体内，介导免疫耐受的调节性T 细胞与参与自身免疫的辅助性T 细胞17 处于动态平衡状态；而MS 患者体内这一平衡被打破，辅助性T 细胞17 与调节性T 细胞的比值显著高于正常人群，导致自身免疫对机体的破坏[26]。MSC 可以促进调节性T 细胞的增殖，恢复辅助性T 细胞17 与调节性T 细胞的正常比值[27-29]。另有研究发现，MSC 移植后，EAE 模型动物体内自身反应性辅助性T 细胞1 和辅助性T细胞17 的占比均下降，而调节性T 细胞的占比明显上升，说明MSC 移植有助于降低致炎性细胞的水平，同时提高抑炎性细胞的水平，从而使疾病状态下的免疫细胞紊乱恢复正常[30]。

此外，MSC 还可以作用于DC。DC 作为主要的抗原呈递细胞，可将存在于髓鞘的自身抗原呈递给T 细胞，引发髓鞘的破坏。MSC 可以抑制DC 的成熟和功能，从而减少其对自身抗原的呈递[31-32]。

3.3 MSC 的神经保护和修复功能

图1 MSC 的免疫抑制功能

图2 MSC 的免疫调节功能

MSC 具有在特定环境下分化为神经细胞的功能，这对于受损神经修复的研究具有重要意义。已有研究发现，经鼠尾静脉注射MSC 后，可在鼠脑内各部位检测到MSC 的分布，同时可在其表面发现类似于小胶质细胞及星形胶质细胞的特征分子[33]，说明MSC 可透过血脑屏障进入脑内，并在此分化为神经细胞。有研究认为，MSC 能否通过血脑屏障，取决于血脑屏障有无损伤，在无血脑屏障损伤的灵长类实验动物中，MSC 不能通过血脑屏障[34]。

除了分化为神经细胞修复受损神经外，MSC还可通过旁分泌细胞因子，如转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）和 趋 化因子CX3CL1 等，抑制异常的小胶质细胞和星形胶质细胞的活化和增生[30,35]，并能调节小胶质细胞的极化[36]，形成有利于神经修复的微环境，促进内源性轴索的生成以及加速髓鞘修复的进程，从而发挥神经保护的作用[37-38]。

4 MSC 移植的潜在弊端

MSC 基本不表达主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）Ⅱ类分子及共刺激分子如CD40 和CD80 等，因其注射入动物体内后不会产生免疫排斥反应，所以长期以来被视为理想的移植物。然而，近年来的研究发现，MSC 可在炎症环境下经诱导产生MHC Ⅱ类分子，这意味着MSC 移植仍然存在诱发免疫排斥反应的可能性，值得研究人员深入探索[39]。此外，部分动物实验发现，MSC 移植不仅无法改善EAE模型动物的症状，还会加剧症状，导致疾病恶化，这可能与MSC 在体内促进CD8＋T 细胞分泌白细胞介素2，进而促进IFN-γ 的产生有关[40-41]。由此提示，MSC 移植作为潜在的MS 治疗手段，其安全性和有效性仍需通过大量实验予以验证。

5 总结

近年来，MSC 作为潜在的治疗MS 的新手段，已获得了广泛的关注。大量研究证实，MSC 借助其免疫抑制、免疫调节和神经保护及修复功能，在MS 治疗中可取得较好的疗效。然而，目前医学界对于MSC 的应用时相、剂量和周期均缺乏统一标准，从而限制了MSC 的临床应用，并且对于MSC 应用的安全性仍需作进一步的验证。为此，今后有必要进一步开展相关的大样本、多中心的随机对照临床研究。

总之，MSC 有望在MS 的治疗中获得广泛的应用。