干细胞技术的不断进步为患有疑难杂症或组织严重受损的患者带来了希望。干细胞具有自我更新、大量增殖及多向分化能力，是再生医学的核心，通过调节体内干细胞或补充新细胞来促进组织修复和再生。在干细胞再生医学疗法中，间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）已成为重要角色。文章将从MSC的特性和功能、主要作用方式及其应用的潜在问题等方面进行综述。
一、MSC的特性及功能
MSC广泛存在于人体各组织中，如骨髓、脂肪、脐带、牙齿、肝、肺、肾等。国际细胞与基因治疗学会（ISCT）将其定义为多能祖细胞，具有自我更新能力（体外有限）和分化为间充质谱系的能力。
MSC具有以下基本特征：①呈成纤维细胞样形态且黏附生长；②表达CD73、CD90、CD105等表面标记，不表达CD34和CD45；③能够分化成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等多种细胞类型。
随着研究的深入，MSC作为再生医学的重要成体干细胞，部分学者也认为其是一种间充质基质细胞或药用信号细胞。
大量基础和临床研究表明，MSC具有多种优势和潜能，已成为临床研究中最常用的干细胞类型。MSC来源丰富，可大规模生产并分化成多种细胞类型，还具有响应环境信号迁移至损伤部位的能力，MSC及其衍生物通过与宿主生态位相互作用，发挥免疫调节、抗炎、促进细胞存活和诱导血管生成等多种功能，从而促进组织器官的修复。
二、MSC在组织修复和疾病治疗中的研究进展概述
正是由于MSC具备上述这些重要特征，它在组织修复、再生和免疫调节的研究中备受重视，并在临床前和临床研究中已获得大量安全性和部分有效性数据。
1. 免疫系统疾病
自MSC被发现以来，因其低免疫原性、免疫抑制及免疫平衡维持等作用，在自身免疫疾病的研究中一直备受关注。基于系统性或局部给药的MSC介导的免疫调节作用已被临床前和临床研究证实，这些研究涉及广泛的炎症和自身免疫性疾病，如移植物抗宿主病、克罗恩病、溃疡性结肠炎和败血症等。值得一提的是，MSC具有双向免疫调节功能，通过细胞间的直接接触及分泌可溶性因子，对多种免疫细胞的活力和功能进行调控。在免疫力较弱时，MSC能够增强免疫细胞的功能，促进免疫细胞的正常运作，如MSC通过促进B细胞增殖和分化为浆细胞，从而分泌多种天然免疫球蛋白，并通过体液免疫来提高人体免疫力；同时，MSC具有很强的造血支持功能，可促进造血干细胞更好地分化为各种血液细胞及各种免疫细胞，从而提高机体免疫功能；而在免疫力过强时，则抑制免疫反应，维持免疫系统平衡。这种双向免疫调节作用对于机体的免疫平衡至关重要。
2. 神经系统疾病 神经系统疾病严重影响人类生活质量，并导致一系列感觉运动及认知功能障碍，主要包括神经退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症等）、急性脑损伤、脑梗死、脑卒中、脊髓损伤、外周神经损伤等。神经损伤或退行性变后很难实现自身再生修复。MSC通过旁分泌等途径产生神经营养因子和其他生物活性物质，能够对受损部位的神经细胞进行调控。研究表明，MSC具有减少神经炎症反应、促进神经再生、改善神经功能并提高认知能力等作用。因此，MSC在治疗神经系统疾病方面具有巨大潜力，是一种理想的治疗工具。 3. 心脑血管系统疾病 心脑血管疾病患病率高、致残率高、死亡率高，是全球主要的死亡原因。在过去十几年中，MSC因具有促血管生成、抗凋亡和抗炎特性被用于受损心肌修复和心脏功能改善的研究中。研究表明，MSC是心脏再生领域最有吸引力的干细胞类型，在心血管疾病的治疗中具有独特优势。目前，MSC在治疗心血管疾病方面的安全性和有效性已经在多个临床研究中被证实。例如，MSC移植可以增加心肌毛细血管密度、促进心肌再生、减少细胞凋亡、减轻心肌纤维化来改善心脏功能。通过不断优化MSC预处理和基因修饰的方案可进一步提升MSC对急性心肌梗死、缺血性心肌病、心力衰竭等疾病的治疗效果。 4. 呼吸、消化和泌尿系统疾病 目前， 干细胞移植治疗肺、肝、肾等系统疾病的临床研究主要集中于MSC。大量临床研究表明，MSC对众多呼吸系统疾病具有良好的临床效果，如肺气肿、慢性支气管炎、肺间质性疾病，甚至肺纤维化等。MSC能够释放各种因子，抑制炎症反应，并能再生新细胞、组织，以修复肺部损伤组织，恢复肺功能。对于消化系统疾病，多项研究证实，MSC移植可恢复白蛋白在肝实质细胞中的表达，促进肝细胞再生，同时减少炎症发生，降低肝纤维化程度，从而改善肝功能。MSC对肾脏损伤同样表现出治疗潜力，MSC不仅能够模仿一般肾脏细胞的功能，更能特异性地演变为肾上皮细胞、系膜细胞和内皮细胞等关键肾组织细胞，并通过发挥抗氧化和抗炎作用，有效降低细胞凋亡，促进肾小管细胞增殖，减少肾小管损伤，提高皮质血流速度，显著改善肾功能。 5. 骨骼系统疾病 MSC具有强大的向成骨细胞和软骨细胞分化的能力，还具有非特异性调节炎症的能力，所以MSC被大量用于骨科疾病的临床研究，包括骨缺损、骨关节炎、类风湿关节炎、股骨头坏死等疾病。多项临床研究表明，MSC可以促进骨折愈合、增加骨密度、改善骨关节炎症状等；同时，MSC对关节软骨修复的促进作用明显，可激活软骨分化，抑制微环境下的炎症水平，诱导软骨再生以恢复关节结构及功能。当前，以MSC为基础的治疗方法迅速发展，在优化组织工程和明确MSC衍生物功能方面取得了显著进展，提升了骨骼系统疾病的治疗前景。 6. 肌肉系统疾病 研究表明，MSC移植可以促进肌肉再生、增加肌肉质量、改善肌肉功能等，为治疗运动损伤、肌肉损伤、肌肉萎缩等疾病提供了新途径。值得注意的是，MSC治疗肌肉萎缩的方式与修复肌肉损伤类似，但其独特之处在于MSC能够激活休眠的肌细胞，使其重新活跃，为肌肉萎缩患者带来新希望。 7. 肿瘤 近年来，由于MSC既具有干细胞特性，同时又能趋向于肿瘤组织，其与微环境间特殊的相互作用被广泛用于肿瘤治疗研究，但该领域存在很大争议，一方面，尽管MSC在全球范围内的大量临床研究中都显示其广泛的安全性，但仍有多项动物研究提示，移植MSC 在一定程度上可能会参与肿瘤的发生、发展和转移。因此，MSC在肿瘤治疗中的应用则更为慎重，目前在上述不同系统疾病的临床研究中会严格限制肿瘤患者入组。另一方面，MSC独特的免疫调节特性及其选择性迁移到炎症和肿瘤部位的能力，也使其成为靶向递送抗肿瘤药物的有前途载体。通过基因工程改造，MSC可以分泌包括效应蛋白、自杀基因和溶瘤病毒等肿瘤抑制成分。目前MSC在抗肿瘤药物靶向递送中的应用仍需进一步研讨。
三、MSC的主要作用方式
根据近20年的大量研究发现，介导MSC移植后发挥积极治疗作用主要有3种方式。
首先，分化作用。MSC具有多向分化能力，虽然体内注射培养的MSC显著影响宿主组织微环境，但组织内源性MSC的类似原位作用仍需验证。目前尚无证据表明，健康组织中存在与培养的MSC在发育潜力、生长因子分泌及免疫抑制潜力方面相同的细胞，因大多数信息依赖体外数据的外推。根据其来源组织，MSC可能具有异质的分泌组、转录组、表型和体内、外分化程序。 其次，旁分泌作用。MSC通过细胞间接触和分泌细胞因子及细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）与邻近细胞密切相互作用，影响免疫效应细胞、血管和其他类型细胞的微环境。除了分泌细胞因子外，旁分泌细胞间通信的潜在优势在于脂质包膜保留了它们的分子含量，因此微小浓度的EVs就可以非常有效地驱动生理效应。MSC通过EVs可以诱导抗炎细胞因子的分泌、促进巨噬细胞向M2表型极化、形成未成熟树突状细胞、扩增调节性T细胞，并抑制效应T细胞和B细胞。由于MSC分泌组会发生显著变化， MSC来源EVs的免疫调节作用并不总是与原始MSC的免疫特性一致。 最后，凋亡诱导免疫调节。MSC和免疫细胞的凋亡引起细胞碎片清除、微环境重组及吞噬细胞的功能极化。这种现象被认为是凋亡MSC引发的间接、非特异性全身免疫调节机制。无论MSC是自体、异体还是异种，最终结果都归因于巨噬细胞向抗炎表型的极化和可溶性介质的释放，如IL-10、IDO和TGF-β，导致免疫效应细胞的抑制或耐受。 理论上，这3种机制都可能在MSC移植治疗中发挥作用，尽管多种因素可能使平衡倾向于其中一种。虽然MSC在体内的生物分布、迁移和归巢尚不明确，但旁分泌和凋亡相关的机制在不同动物模型中表现出主要和持久的治疗效果；同时，MSC通过释放大量可溶性因子来驱动组织再生，而不是直接分化为受损组织细胞。通过类似的旁分泌机制，MSC发挥了重要的免疫调节功能，一旦MSC被炎症微环境激活，就能够影响适应性和先天免疫反应。 总体而言，MSC具有重要的组织修复和免疫调节潜力，其复杂的作用机制解释了其治疗效果和应用价值，但在实现广泛应用或精准治疗前仍面临许多未解难题。
四、MSC应用的潜在问题
尽管MSC在基础研究中取得了明显进展，但在临床应用中仍面临很多问题，这不仅限制其应用进程，也影响其治疗的重复性和稳定性。这些潜在问题体现在以下几个方面。
1. MSC的异质性
MSC的异质性体现在分子水平（转录组学、蛋白质组学、分泌组学及表观基因组学）和功能水平（如分化潜能、免疫调节能力及再生活性）上。MSC临床应用的主要问题一定程度上源于其异质性。不同器官或供体来源的MSC在分泌功能上存在明显差异，且异质性群体细胞可能引发复杂的免疫调节机制。研究表明，功能失调MSC的异质性细胞亚群可能是导致治疗失败的关键因素。因此，目前对MSC异质性及其移植后机制缺乏充分理解，表明MSC在组织修复和疾病治疗的应用仍面临多重挑战。
2. MSC的纯度和稳定性
目前MSC的分离和纯化方法及制备工艺仍然存在一定局限性，因此在生产过程中可能会引入或产生非细胞杂质（如理化杂质）、细胞碎片或非目的细胞，影响目的细胞纯度，带来可能安全性风险。所以需要根据产品类型和工艺特点，进行全面规范的纯度和杂质研究。此外，MSC的稳定性同样可能受到细胞培养时间、培养条件和细胞来源等因素的影响。研究发现各种生物、生化和生物物理因素通过细胞、细胞外基质与生物活性因子的相互作用影响MSC的稳定性，从而导致其在移植后的存活、迁移和分泌等能力存在差异。同时，MSC长期培养和传代过程可能会发生细胞老化、突变和凋亡等现象，导致MSC功能的稳定性下降，从而影响治疗效果和安全性。尽管通过筛选培养成分和控制培养条件等方法可以提高MSC的纯度和稳定性，但更精细和标准的措施仍有待探索和优化。
3. MSC来源 目前，不同组织来源的MSC用于特定疾病的基础和临床研究都显示出积极的效果，具有潜在应用前景。然而，不同来源的MSC在生物学特性、分化潜能和治疗效果等方面存在差异。部分研究表明，脂肪组织来源的MSC具有更高的增殖能力和分化潜能，而骨髓来源的MSC则具有更好的免疫调节作用等。在不同组织和疾病或特定情境中，评估和选择MSC来源仍是临床应用的关键问题。 4. MSC的有效性 目前MSC已在多个领域展现出显著的治疗效果，但其治疗效果仍然存在一定的局限性。自1995年Lazarus等首次证明骨髓MSC输注在人类疾病治疗中的可行性和有效性以来，已进行了数千项临床试验，并且越来越多的临床前体内、外数据支持骨髓MSC移植的多谱系分化和免疫调节特性，但仍然没有明确的证据表明骨髓MSC移植的治疗方法是可重复、可预测和标准化的，其他来源MSC亦是如此。MSC的治疗效果可能受到细胞来源、纯度、培养条件和移植方式等因素的影响，因此，其疗效仍需进一步验证和评估。 此外，在MSC医学研究与临床应用中，尽管现有临床研究显示输注MSC引发严重不良事件（SAE）的概率极低，远低于免疫抑制药物，但MSC治疗仍可能引发不同程度的免疫反应、感染等及潜在的肿瘤风险。因此，安全性仍然要被高度重视和优先解决。
五、结论和展望
自1995年以来，MSC已成为再生医学研究热点。据ClinicalTrials.gov 数据显示，目前全球与MSC相关的临床试验有1700项左右。然而，在大规模Ⅲ期临床试验中，MSC并无显著临床获益。影响其疗效的因素包括MSC的细胞质量、治疗策略、疾病选择及治疗机制等，解决这些问题是MSC临床转化和应用的关键。
未来的研究应优化MSC的标准化制备和工艺流程，明确其异质性特征及组织修复与疾病治疗的调控机制。同时，需关注MSC的具体应用场景、最佳使用方式并克服其潜在的安全性和有效性挑战。随着干细胞技术的发展，MSC在精准医疗中的应用将更安全有效，为患者提供更优化和个性化的治疗方案，推进多种疾病的治疗，带来新的希望和可能。