如何理解干细胞的治疗原理才不会出错 [复制链接]

撰文：步步先生

首发：医学参考报

细胞治疗是继小分子化学药、大分子蛋白药后的第三次药物革命，已在一些疑难杂症的治疗和缓解上崭露头角并担当起越来越重要的作用。干细胞作为细胞治疗的重要组成部分，在器官修复和组织再生中发挥重要作用，具有广阔的应用前景。

一直以来，大家对干细胞治疗的机理都模棱两可，一部分人认为干细胞移植入体内可直接分化替代受损细胞，也有人认为干细胞是通过免疫调节改善微环境而发挥作用。本文将浅谈一下干细胞治疗疾病的基本原理。

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干细胞概述

干细胞（StemCells）是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体。干细胞可以进行自我复制，同时在一定条件下也可以分化成为各种不同的组织细胞，形成人体各种组织和器官。

简言之，干细胞有两大基本特性，即自我更新与多向分化。

一）按分化潜能分：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞

全能干细胞（Totipotentstemcell）：卵和精细胞的融合产生受精卵。而受精卵在形成胚胎过程中四细胞期之前任一细胞皆是全能干细胞。具有发展成独立个体的能力。也就是说能发展成一个个体的细胞就称为全能干细胞。

多能干细胞（Pluripotentstemcell）：多能干细胞(PluripotentStemCells)是一类具有自我更新、自我复制能力的多潜能细胞。在一定条件下，它可以分化成多种APSC多能细胞，多能干细胞(PSC)具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。

专能干细胞(Unipotent):是由多能干细胞进一步分化而成的。专能干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的APSC多能细胞分化，比如神经干细胞可以分化成各类神经细胞。

二）按所处的发育阶段来分：胚胎干细胞和成体干细胞

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胚胎干细胞(embryonicstemcell，ESCs，简称ES、EK或ESC细胞。)：是早期胚胎(原肠胚期之前)或原始性腺中分离出来的一类细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型，但不能发育成完整个体，不属于全能干细胞。

成体干细胞（Tissue-specificstemcell）：也称组织特异性干细胞。成体干细胞是存在于已分化组织中的未分化细胞，遍布机体的各种组织器官。这种细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞。成体干细胞通常产生某种细胞的前体（又称前体细胞或祖细胞），其分化潜能远不如胚胎干细胞，只能分化成其所在组织的特化细胞，是组织器官的“后备*”。

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干细胞治疗的基本原理

干细胞疗法是指利用干细胞或干细胞衍生的细胞，以特殊技术移植到体内，替代或分泌活性因子修复病人受损的细胞、组织或器官。

前面，我们知道干细胞种类是有非常多的。自然，治疗机理也不能一概而论，干细胞治疗原理的具体内涵主要包括以下几个方面：

1、体内分化，体内治疗

在体外进行简单分离后，干细胞可以直接移植入体内修复损伤部位。造血干细胞是我们了解最多的成体干细胞，也是真正意义上的干细胞，可自我复制及多向分化。临床上主要用于放/化疗之后补充造血干细胞，进而重塑整个造血系统和免疫系统。

▉造血干细胞

最有代表性的就是造血干细胞移植治疗血液相关疾病。以白血病治疗为例，其治疗机理是在患者移植前，先通过放/化疗清除体内原有的造血干细胞和免疫细胞，再静脉回输配型好的造血干细胞，通过血液循环进入骨髓造血微环境，增殖并分化成造血和免疫系统中的各类细胞，重新恢复患者的血液或免疫功能。

2、体外分化，替代治疗

通过体外大量扩增并诱导分化，干细胞可以变成特定的功能细胞，再移植入体内，对损伤部位修复。最具代表性的是多能干细胞治疗。其治疗机理是，在体外特定条件下将多能干细胞诱导分化成相应的功能细胞，再定向移植到损伤部位，治疗特定疾病。

▉胚胎干细胞

胚胎干细胞发现尚不足10年，就已经开始被探索用于各种疾病和损伤的细胞治疗。胚胎干细胞的临床治疗，是使用胚胎干细胞体外定向分化的各种前体细胞或功能细胞，植入机体损伤部位，治疗疾病。

早在年，美国FDA批准Geron公司开展人胚胎干细胞临床试验，治疗脊髓亚急性损伤胚胎干细胞来源的少突胶质细胞。这也是全球第一个进入临床试验阶段的胚胎干细胞产品。年，美国FDA又批准ACT公司人胚胎干细胞临床试验，治疗老年*斑变性胚胎干细胞来源的视网膜色素上皮细胞。年，美国FDA批准ViaCyte公司开展人胚胎干细胞临床试验，治疗I型糖尿病胚胎干细胞来源的胰腺内胚层细胞。

在中国，周琪院士主导下，中科院动物所的科学家们开展了包括诸多基于胚胎干细胞来源功能细胞的临床研究，涉及适应症诸如帕金森，*斑变性，半月板损伤，以及生殖系统方面的疾病。

胚胎干细胞定向诱导分化

▉诱导多能干细胞（iPSC）

在日本，诺奖得主山中伸弥教授的主导下，日本开展了诸多基于诱导多能干细胞的临床试验，如视网膜*斑变性、帕金森病、心脏衰竭、脊髓损伤等疾病。

“体外分化，替代治疗”，这一治疗原理除了用于多能干细胞治疗，还应用在很多干细胞衍生技术，如3D细胞打印技术、3D培养技术，微组织技术、类器官技术等。

3、分泌效应，信号引导

大部分干细胞进入体内并不会分化成损伤部位的细胞，而是通过分泌活性因子（包括细胞因子、外囊泡等信号分子），调节免疫或促进组织修复。最具代表性的自然是大名鼎鼎的间充质干细胞治疗。

通常，间充质干细胞移植后会很快消失，主要通过旁分泌发挥功能。间充质干细胞的疗效是基于其免疫调控和血管再生来发挥，这些功能主要通过分泌活性因子实现。截至年8月12日，全球间充质干细胞临床试验已经超过项，用于治疗各种退行性和炎性疾病，如溃疡性结肠炎、骨关节炎、GVHD、系统性红斑狼疮、糖尿病足等。

▉间充质干细胞

间充质干细胞通过静脉输注后，一开始绝大部分都会滞留在肺部，之后部分细胞迁移至其他组织器官以及损伤部位，在过程中释放各种活性因子（包括细胞因子，外囊泡等）。随着时间的推移，大约一周的时间，大部分移植的间充质干细胞逐渐消失。

笔者认为，凋亡的间充质干细胞在凋亡过程会释放凋亡小体，凋亡小体可被内源性组织干细胞吞噬，进而调控涉及干细胞调控的信号通路，对其进行细胞功能活性的调节。少数存活下来的间充质干细胞，通过旁分泌效应分泌活性因子，激活损伤组织的内源性干细胞，促进其增殖分化成新的组织，从而达到损伤修复的目的。

间充质干细胞分泌组

“分泌效应，信号引导”，这一治疗原理除了用于干细胞治疗，也应用在很多干细胞衍生技术，比如外囊泡/外泌体等。

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总结与展望

本文介绍了干细胞治疗的三种基本原理：“体内分化，体内治疗”，“体外分化，替代治疗”和“分泌效应，信号引导”。在干细胞临床治疗中，并非只涉及一种治疗原理，只能说以哪种原理为主导，几种原理同时起作用或先后起作用。

干细胞疗法是当今医学研究最前沿也是最热门的方向之一，取得了令人兴奋的成果。每一项成功的干细胞临床试验，涉及生物学特性、适应症的选择，给药方式的选择，细胞的选择和给药剂量的选择，这些都是临床治疗成功的关键因素。