編者按

不少臨床研究或臨床試驗的結果顯示，間充質(zhì)干細胞（MSC）能治療多種疾病，尤其是一些疑難雜癥，但是療效各有差異。研究者開(kāi)始冷靜反思：具有治療功能的間充質(zhì)干細胞為何會(huì )臨床療效差異化較大？對于這個(gè)問(wèn)題，不同的研究者有不同的思考和解釋。

本文主要從間充質(zhì)干細胞輸入機體后的分布和代謝方面給于闡述。

首先，應該意識到間充質(zhì)干細胞（MSC）和化學(xué)藥物具有明顯的差異：包括但不限于

①化學(xué)藥物是死的，而MSC是有生命的；

②化學(xué)藥物有明確的半衰期，MSC暫時(shí)沒(méi)發(fā)現；

③化學(xué)藥物有明確的單一靶位點(diǎn)，MSC通過(guò)多途徑發(fā)揮作用；

④化學(xué)藥物在體內都是被動(dòng)運輸，MSC具有主動(dòng)趨化遷移的功能特性；

⑤化學(xué)藥物的均一性非常好，MSC的均一性很差，細胞周期的步伐并不十分一致。

這些差異給臨床治療帶來(lái)什么樣的思考？在臨床研究或應用上，研究者習慣性基于化學(xué)藥物的思維來(lái)對待細胞是否合適？

大量的實(shí)驗數據證明間充質(zhì)干細胞輸入體內后，并沒(méi)有長(cháng)期停留在體內，而且隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)而被機體清除。這也解釋了間充質(zhì)干細胞的作用機制不在于分化為組織特異性的成熟細胞。動(dòng)物實(shí)驗顯示：免疫系統健全的機體，其清除輸入體內MSC的速率越快；免疫缺陷的機體，其清除輸入體內MSC的速度越慢。輸入體內MSC的清除還與輸入途徑有密切關(guān)系，組織局部注射、外周靜脈注射、動(dòng)脈注射，均對MSC在體內的存留時(shí)間產(chǎn)生較大的影響。下面的內容將給予詳細論述。

01

局部注射

常見(jiàn)局部注射MSC的部位有四肢肌肉、腦部、心臟、肝臟、腰椎（蛛網(wǎng)膜下腔）。

局部微注射人骨髓MSC到大鼠大腦紋狀體部位，72天后，依然能檢測到人骨髓MSC的存在，而且MSC能遷移至胼胝體和大腦皮層[1]。大腦右側尾狀核局部注射MSC，4周后大腦多個(gè)部位均可以檢測MSC的存在，而且發(fā)現MSC在大腦的遷移，偏好于沿著(zhù)血管的走向[2]。但是MSC頸動(dòng)脈注射后，在腦部的存活時(shí)間一般都是1-2天[3-5]。氧化鐵標記的骨髓MSC頸動(dòng)脈注射治療大腦中動(dòng)脈栓塞模型（MCAO）大鼠，24小時(shí)后，核磁共振成像（MRI）顯示MSC能穿過(guò)血腦屏障，遷移到大腦皮層、皮質(zhì)下白質(zhì)層、紋狀體、腦干部位，甚至觀(guān)察到MSC能遷移到對側大腦[4]。分別給大鼠頸動(dòng)脈注射人骨髓MSC和大鼠骨髓MSC，發(fā)現人骨髓MSC的清除快于大鼠骨髓MSC，這說(shuō)明機體清除異種屬的細胞的速率更快[3]。

TNF-α和IL-1β先刺激MSC（24小時(shí)），MSC再心室內局部注射；和對照組相比，經(jīng)過(guò)TNF-α和IL-1β刺激的MSC趨化遷移到心肌缺血區域的細胞數量明顯增多，證明了TNF-α和IL-1β可以增強MSC的粘附能力，但是這種作用可以被VCAM-1的單克隆抗體所阻斷[6]。

02

全身注射

MSC腹腔注射免疫缺陷的小鼠（裸鼠和NOD/SCID小鼠）后，在體內多組織器官中存在可達120天，而MSC在免疫系統健全的異品種小鼠只能存在20多天，但是可以在同品種小鼠中存在40多天（見(jiàn)圖）[7]。

人MSC從大鼠頸靜脈輸入1小時(shí)后，大鼠體內檢測到的人MSC下降到82%左右，8天后只能檢測0.06%；大部分在肺部、肝臟和脾臟，但也有少數MSC出現在腎臟、小腸和睪丸，而且隨著(zhù)時(shí)間的推移（2天到8天），睪丸中MSC的含量略有增多（4.6%到9.3%，黑色柱子）（見(jiàn)下圖，注意圖中的百分比是指體內能檢測到的細胞數，不是指輸入的細胞總數）[8]。

▼圖1-人MSC大鼠頸靜脈輸入▼

狒狒實(shí)驗證明骨髓MSC經(jīng)外周靜脈輸入體內后，自體MSC和異體MSC在體內的分布沒(méi)有明顯的差異[9]。臍血來(lái)源的MSC比骨髓MSC容易通過(guò)肺臟，而且年齡越大的供體，其骨髓MSC越容易在肺部滯留；在肺部滯留的MSC細胞數量，與MSC細胞表面表達的整合素α4和α6密切相關(guān)，表達量越高，越不容易在肺部滯留[10]。

外周靜脈輸入MSC后，大部分的MSC滯留在肺部[10-16]，然后隨著(zhù)血流達到肝臟、腎臟、脾臟[17]。雖然全肺均有MSC分布[11]，有研究顯示右肺聚集MSC的數量多于左肺[17]，也有研究顯示MSC在左肺聚集多于右肺[18]。

MSC注射1小時(shí)后，50-60%的MSC滯留在肺部[13, 14]，3個(gè)小時(shí)后降至30%，并維持到96小時(shí)[13]。有肺損傷同時(shí)存在時(shí)，MSC在肺部的滯留增多[8]，甚至可高達83%[15]。雖然外周靜脈輸入的MSC大部分在肺部滯留并被清除，但是MSC可以被肺部局部的微環(huán)境所激活，分泌大量的抗炎因子TSG-6，有利于減輕炎癥和減少心梗缺血區的面積[15]。

失代償期肝硬化患者自體骨髓MSC體外擴增后，外周靜脈輸入用111In-oxine（放射性示蹤元素）標記MSC，在不同時(shí)間點(diǎn)檢測這些標記的MSC，結果發(fā)現隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，肺部滯留的MSC逐漸減少，而在肝臟和脾臟逐漸增多，而且MSC在脾臟聚集的細胞數多于肝臟（見(jiàn)下圖）

▼圖-輸注MSC后肺脾肝細胞數對比▼

早已經(jīng)證明了外周靜脈輸入MSC能遷移到四肢骨髓定植[16, 20-22]，但是給與血管舒張劑處理，遷移到骨髓中的MSC增加了50%的細胞數[12]。遷移至骨髓的MSC，在骨髓中存在的最長(cháng)時(shí)間為76天[22]。但是體外培養超過(guò)12代后的MSC，以及年齡大的供體來(lái)源的MSC，它們遷移到骨髓的明顯能力下降[16]；對骨髓進(jìn)行照射損傷后，遷移至損傷骨髓的MSC數量增多[16]。靜脈輸入的MSC亦可以遷移到脊髓中[18]，這為外周靜脈輸入MSC治療脊髓損傷提供了實(shí)驗基礎。

03

不同途徑比較

建立豬的心肌梗塞疾病模型，通過(guò)3種不同的途徑（外周靜脈、冠狀動(dòng)脈注射、心內膜注射）輸入骨髓MSC，14天后檢測心肌梗塞部位的MSC的細胞數，結果發(fā)現冠狀動(dòng)脈注射MSC的治療效果最好，遷移到缺血區域的MSC細胞數最多，然后依次是心內膜注射，缺血局部檢測不到外周靜脈注射的MSC；但是，即使是局部注射MSC，大約10%的MSC還是會(huì )進(jìn)入循環(huán)系統而遷移到肺和肝臟[23]。

建立骨關(guān)節炎（osteoarthritis）和關(guān)節炎（arthritis）小鼠模型，給尾靜脈注射人脂肪MSC（脂肪干細胞），10天后在小鼠體內已經(jīng)檢測不到人脂肪MSC；但是給關(guān)節腔局部注射人脂肪MSC，依然在10天后可以檢測到人MSC的存在；這數據說(shuō)明了全身性靜脈輸入MSC在體內的清除速度快于局部注射[24]。

大鼠頸外動(dòng)脈注射MSC，于10天后依然可以在大腦皮質(zhì)層找到MSC，而且通過(guò)血腦屏障的MSC還能遷移到對側大腦，但是大腦中卻檢測不到外周靜脈注射的MSC[25]。

04

主動(dòng)趨化遷移

MSC的細胞表明表達大量的趨化受體，能敏銳地感受并結合機體里的趨化因子，沿著(zhù)趨化因子的濃度梯度，從低濃度到高濃度遷移[26]。損傷組織釋放的P物質(zhì)，在體內形成濃度梯度，能吸引MSC沿著(zhù)濃度梯度遷移到損傷部位進(jìn)行修復；甚至靜脈注射P物質(zhì)，能動(dòng)員體內的MSC進(jìn)入循環(huán)并遷移到損傷部位，從而促進(jìn)損傷組織的修復[27]。心臟心肌有損傷，損傷部位釋放趨化因子，可以吸引靜脈輸入的MSC遷移到損傷部位的心肌組織中，存在可達7天[18]。

MSC有很強的穿透血管的能力，而且這種能力不受血管通透性的影響，這個(gè)在動(dòng)物實(shí)驗上得到很好的證明。比如建立皮膚炎癥的小鼠模型，給與靜脈注射MSC，觀(guān)察到約47.8%的MSC在2小時(shí)后就穿過(guò)血管壁進(jìn)入肌肉組織[28]（MSC穿透血管的示意圖）。

結語(yǔ)

不同的實(shí)驗，MSC在機體內的存在時(shí)間存在明顯的差異。如果是外周靜脈輸入，MSC在機體的分布比較一致，先是匯聚在肺部，少部分MSC能通過(guò)肺部到達肝、脾、腎、胰腺等血流豐富的器官，極少部分能遷移到骨髓。

從目前的研究結果來(lái)看，不管是局部注射還是全身性注射，不管是自體MSC還是異體MSC，機體均會(huì )逐漸清除MSC，清除速度與多因素有關(guān)，包括機體免疫系統、輸入途徑、細胞來(lái)源的組織、細胞供體的年齡、細胞體外培養時(shí)間的長(cháng)短等。這也提示單次MSC輸入治療的效果并不能持久。

由于MSC具有趨化遷移到損傷部位的特性，因此MSC在健康機體和損傷機體的分布略有差異；MSC無(wú)法識別損傷的類(lèi)型（比如急性損傷或慢性損傷、出血性損傷或缺血性損傷等），如果機體存在多處損傷，那么MSC趨化到每一處損傷部位的細胞數就會(huì )減少。

還是以一個(gè)小例子來(lái)結束本文：

米飯能填飽肚子，但是一粒米飯能填飽肚子嗎？

END