影響干細胞移植療效的因素有哪些

間充質干細胞具有多重功能，比如有免疫抑制功能、促進機體組織器官的修復功能、促進血管新生/再生、支持造血干細胞的增殖和分化等，因而間充質干細胞(MSC)在臨床上的應用越來越受到重視。

間充質干細胞（MSC）是臨床應用的明星之一，已經有很多報道間充質干細胞治療多種疾病。影響干細胞移植療效的因素有哪些關鍵影響因素：細胞質量、注射途徑、最佳劑量、治療時機。

細胞質量

先來大概定義一下 “細胞質量” 指的是什么？

我認為細胞質量指單位細胞或單個細胞所對應的生物學效力；效力越高，細胞質量越好。那么，什么是生物學效力（Biological Efficacy，也可以縮寫為bio-efficacy）？

先來理解什么是效力，英文單詞是efficacy，不是effectiveness，effectiveness指效果。效力包括強度（strength）和效果（effectiveness）兩個因素，即相同強度（一般指濃度）下所取得的效果。比如，路人甲一天能搬2噸的磚頭，但一天只能寫一段SCI英文句子；路人乙一天能搬1噸的磚頭，但一天能寫三段SCI英文句子。那么在搬磚頭方面路人甲的效力就高于路人乙，在寫SCI英文句子方面路人甲的效力就低于路人乙（假設每段SCI英文句子的字數一樣）。因此，我們談效力的時候，一定是要明確到做具體的事情。效力這個概念廣泛用于生物界，包括殺蟲劑、藥物。

因此，討論MSC的細胞質量或生物學效力，就離不開具體的適應癥。我們應該在一個適應癥范圍內談論這個效力如何如何。比如，MSC同時具有免疫抑制和促進血管再生的功能，分別治療兩大類不同的疾病，那么相對應的就有兩個生物學效力指標。

有一些參數可以反映間充質干細胞的質量，比如細胞活率、供體特性(1,2)、克隆形成能力(3,4)、細胞大小(5)、免疫抑制能力(6,7)和細胞因子分泌量(8-10)。這里簡要介紹細胞活率和供體特性。

細胞活率（cell viability）

這個好理解。就是MSC進入人體之前，MSC針劑里還有多少MSC是活的？

在文獻中明確提及MSC的細胞活率的情況不多見。不同的臨床研究所用的細胞活率有所不同，細胞活率有>80%(11-13)，有>85%(14-16)，有88.2± 6.1%(17)，有90%-97%(18)，有>92%(19)，有>95%(20-22)，還有存在>70%的情況(23-25)。不少國外的文章提到的細胞活率低于90%，所以別慣性思維地認為國外的干細胞質量就是好。

活率90%以上的細胞制劑和活率只有70%的細胞制劑，相同的疾病情況下，治療效果難免會有較大的差異。畢竟，MSC需要活著，而且還要扛過肺部的清除，才能很好地發揮治療作用。

所以，細胞活率真的很重要！

供體特性

供體特性包括 “供體年齡”和“供體的身體狀況”。

（1）供體年齡

供體年齡是一個很重要因素，因為來自年輕供體的MSCs似乎具有更大的活力、增殖潛力和抗氧化能力，而年齡較大的成年來源的MSC具有較低的增殖能力(1,26, 27)。從年齡上來講，臍帶、臍帶血和胎盤應該最具優勢，乳牙牙髓次之，而骨髓和脂肪就相對年齡大點了。我個人非常不建議45歲以上的人群作為MSC的供體去抽骨髓和吸脂肪來獲取MSC。

年齡越大，在骨髓中的干細胞就越少：剛出生時，骨髓1萬個單個核細胞中就有1個是MSC；30歲時，MSC的數量減少到骨髓25萬個單個核細胞中才有1個MSC；到80歲時，MSC的數量就更少了，骨髓200萬個單個核細胞才有1個MSC。

性別可能對MSC的某些功能有影響。比如有研究顯示女性來源的MSC表達更高水平的IFN-γR1和IL-6β，從而具有更強的免疫抑制能力(28)。

（2）供體的身體狀況

有不少研究證明疾病也會影響自體間充質干細胞的功能，尤其是一些自身免疫性疾病患者，其自身骨髓的MSC出現功能異常，包括增殖速度減慢、克隆形成能力降低、免疫抑制能力下降、分泌生長因子的數量減少等等病理變化，使得患者自身骨髓MSC不適合用于自己疾病的治療。

理論上，有可能存在某種先天性基因變異，導致MSC的功能出現缺陷，那么患者出生時的臍帶、臍血和胎盤來源的MSC也不適合自體治療。但是，目前還沒見到這樣的文章報道，只是理論上存在這種可能性。

注射途徑

靜脈注射（全身性輸入）

靜脈注射是最常用和最簡單的途徑，并且允許輸入大量的MSC。

靜脈注射最大的弊端就是肺部能清除超過60%的MSC，造成趨化到損傷部位發揮治療作用的MSC數量減少。這是為何？肺血管系統的特性，允許直徑小于5μm的微粒或細胞完全通過，而阻擋大部分直徑超過20μm的微粒或細胞(1)。人臍帶來源的MSC細胞直徑大部分集中在14-20μm的范圍（見下圖）。

以此看來，患者使用MSC時，最好是提高肺部的血氧分壓，至少是正常氧氣含量的環境里。

局部介入注射

局部介入注射，包括聯合生物材料的應用（例如用于矯形障礙的骨支架）、用于神經系統疾病的脊髓鞘內注射、用于呼吸系統疾病的氣管內注射，都有利于MSC避開肺部的清除。

（1）脊髓鞘內注射

MSC應用的另一個常見輸入途徑是脊髓鞘內注射。

MSC的脊髓鞘內注射常見于治療神經病變類疾病，包括中風、腦癱、自閉癥等，并且此技術亦可以應用于大多數兒童（包括早產兒）。

（2）腦實質內微注射

在MSC治療腦癱的臨床研究中，研究者評價了鞘內注射聯合腦實質微注射MSC治療腦癱的可行性和有效性(8)。在這個臨床研究中，自體骨髓MSC在體外培養至4-5代，每次注射使用2X107的MSC劑量；所有患者均接受鞘內MSC，但年齡較大或頭顱較大的患者（5歲或頭圍50 cm或更大），先接受2次鞘內注射，再進行立體定向手術接受了腦實質內MSC微注射治療；所有患者的總運動功能評分均有不同程度的提高，但腦實質內微注射并未帶來額外的益處。研究者只是觀察到短暫的低溫和傷口疼痛，但沒有更嚴重的不良事件。謹慎考慮腦局部微注射MSC這種治療方式！

（3）氣管內注射

早產兒常伴隨著支氣管肺發育不良（BPD）的風險。一個小規模的臨床實驗驗證MSC干預早產兒BPD的可行性(10)。這9名平均妊娠25.3周的早產兒的平均體重為793克；前3名BPD患兒的MSC劑量為1X107/kg，后6名BPD患兒的MSC劑量為2X107/kg；治療7天后，支氣管分泌液中的炎癥因子濃度明顯下降，呼吸嚴重程度評分（Respiratory Severity Score）改善明顯。

（4）結合生物支架

干細胞結合生物支架治療難治性疾病，尤其是神經損傷性疾病，是一個新的治療手段。是一個很好的應用方向，有待更好的研究進展！

最佳劑量

MSC的最佳劑量取決于不同的疾病和嚴重程度以及輸入途徑。

在目前的臨床研究中，MSC的使用劑量范圍非常大，每名患者使用的MSC細胞數從四千多個MSC到上億個MSC不等。

局部介入的治療方式，最低的劑量出現在MSC治療股骨頭壞死的臨床案例中，韓國和法國各一項臨床研究用量為4500多個MSC[2,3]。介入治療最高的劑量出現在中國的一項臨床研究，為MSC治療糖尿病肢體大皰病，細胞用量為8.6億[4]；第二高劑量為2億個MSC心肌注射[5-8]。局部注射的MSC用量超過1億的臨床研究還有：1.2億MSC治療克隆氏病腸瘺[9]、1億MSC關節腔注射治療膝骨關節炎的[10-12]、1億MSC治療缺血性心肌病[13]。

靜脈輸入的細胞劑量相對比較穩定，常常采用每公斤體重數百萬級的MSC，即（1-10）x106/kg。靜脈輸入最高的劑量為與造血干細胞造血干細胞共移植的10x106/kg[14]，按照60公斤的體重，那也是需要6億個MSC了；還有治療GVHD的8x106/kg[15,16]。靜脈輸入最低的劑量出現在MSC和造血干細胞共移植的臨床實驗中，為0.3x105/kg[17]。

最佳治療時機

MSC輸入的時間也很重要：MSC應該是預防還是治療？

在臨床研究中，也存在疾病尚未出現時給與MSC治療的情況。MSC和造血干細胞共移植最為常見，MSC能減少造血干細胞移植后出現排異反應（GVHD）和增加造血干細胞移植的存活率，非常適合異體造血干細胞移植（骨髓移植）中配型達不到6個位點配對的情況。這時候，MSC起到輔助治療的角色，為造血干細胞移植治療保駕護航。

MSC促進糖尿病足的愈合，而且潰瘍面的愈合并不伴隨著疤痕組織的增生，這提示MSC能抑制疤痕組織增生，不僅適用于皮膚創傷的治療（包括整形外科），還適用于開創性手術預防術后疤痕增生，比如最常見的腹腔術后腸粘連。需要注意的是，MSC的應用時機，因為MSC并不能消除疤痕組織，只是預防疤痕組織的出現。

細胞類藥物和傳統化學藥物非常不同的一點，那就是細胞是活的，而化學藥物是死的。MSC作為活的細胞，進入到機體，必定會與機體內的微環境相互作用。

在這里簡而述之，那就是在病理狀態下，缺血缺氧微環境有利于MSC分泌更多的生長因子，而且炎癥因子（TNF-α和IL-1β）能促進MSC分泌細胞因子（IL-1A、RANTES、G-CSF），但是總體來講，炎癥環境對MSC的影響是弊大于利。因為炎癥因子同樣能導致MSC死亡，炎癥環境還能提高MSC的HLA-DR（MHC II類抗原）抗原的表達，增強了MSC的免疫原性，被免疫細胞所識別，加速了MSC的清除。

MSC也被應用于腎臟器官移植的臨床研究中，發現在移植前給與MSC輸入治療，有利于減少器官移植后出現的排異反應，促進器官移植的成活率和恢復器官的功能。當然，在肝臟移植后出現免疫排異反應，MSC也是可以發揮免疫抑制作用。

這些臨床研究的結果給我們一個很明顯的提示，那就是MSC的治療時機非常重要，甚至會影響到治療效果。隨著疾病從發病到急性發展到慢性階段，臨床過程中可能存在一個時間窗，適合MSC發揮最佳的治療功能。