间充质干细胞的研究进展*

【摘要】间充质干细胞又名间充质基质细胞，主要来源于骨髓、脂肪、脐带和胎盘。通过酶消化、贴壁筛选和免疫磁珠分选等方法进行分离纯化。间充质基质细胞具有多向分化能力、免疫调节能力和外泌体介导的内分泌调节能力，是进行组织化改造、无细胞治疗、个体化治疗的理想载体，成为再生医学的重要支柱。

【关键词】间充质干细胞；分离；外泌体；免疫调节

间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）是一类具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞。根据来源分为骨髓来源（BM-MSCs），脂肪来源（AD-MSCs），脐带来源（UC-MSCs）和胎盘来源。

MSCs不仅可分化为来源于中胚层的骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等，而且可分化为外胚层的神经元、神经胶质细胞等。MSCs作为再生医学领域的重要工具，因其多向分化潜能、免疫调节能力及低免疫原性，近年来在基础研究和临床应用中均取得显著进展。

1.定义与基本特征

间充质干细胞是一类来源于中胚层的成体干细胞，具有自我更新能力和多向分化潜能。1991年由Arnold I Caplan 教授首次提出，最初被认为是具有多向分化能力的“干细胞”，广泛存在于骨髓、脂肪、脐带等组织中。2025年国际细胞与基因治疗协会（ International Society for Cell & Gene Therapy, ISCT）正式将其更名为间充质基质细胞（Mesenchymal Stromal Cells, MSCs），因其治疗作用主要通过旁分泌效应和免疫调节实现，而非直接分化为组织细胞。ISCT将MSCs定义为：在标准培养条件下贴壁生长，表达CD73、CD90、CD105，不表达CD34、CD45、CD14、CD19、HLA-DR等造血标志物，并具备成骨、成脂、成软骨三系分化能力的细胞群体。近年来，MSCs的定义逐渐扩展，研究者们开始关注其功能性特征，如免疫调节能力、旁分泌活性、外泌体分泌等，强调其在组织修复和免疫调控中的作用。

2.分离与鉴定方法的进展

2.1分离来源多样化

传统上，MSCs主要从骨髓中分离，但近年来脂肪组织、脐带华通胶、牙髓、胎盘等来源因其获取方便、伦理争议小而受到广泛关注。例如，脂肪来源MSCs（adipose-derived mesenchymal stem cells, AD-MSCs）因取材创伤小、细胞产量高而成为研究热点。

2.2分离技术优化

常用的分离方法包括酶消化法、贴壁筛选法、密度梯度离心等。酶消化法是应用广泛、操作简单的MSCs纯化方法，利用胶原酶、胰酶等分解细胞外基质，使细胞从组织中游离出来，形成单细胞悬液后贴壁培养，其优点是细胞产量高，尤其适用于组织量大的样本，后期可结合流式分选获得高纯度细胞；缺点是易受酶的影响，可能损伤细胞膜或表面标志物，操作复杂程度高，需优化酶浓度、时间、温度等参数。贴壁筛选法是将剪碎的组织块直接贴附于培养瓶底部，依靠细胞自然迁移出组织块并贴壁生长，无需酶处理、细胞结构功能更完整，活性更高；但其细胞产量较低，细胞需时间迁移出组织块、组织块暴露时间长，易污染、杂细胞多，异质性大，需后续纯化。近年来，微流控芯片、免疫磁珠分选（Immunomagnetic Bead Sorting, MACS）和流式细胞分选（Fluorescence-Activated Cell Sorting, FACS）等新技术被引入，提高了分离效率和纯度。例如，利用CD271或CD49a抗体进行磁珠富集，可获得更高纯度的MSCs群体。

2.3鉴定标准更新

ISCT的鉴定MSCs的三项最低标准：①贴壁生长，在标准组织培养塑料表面可稳定贴壁、呈梭形或成纤维样扩展，并能在体外扩增；表面抗原谱CD105（Endoglin）、CD73（NT5E）、CD90（Thy-1）阳性标志物表达率≥95 %；CD45、CD34、CD14/CD11b、CD79α/CD19、HLA-DR阴性标志物阳性表达率≤2 %；上述组合，用于排除造血、内皮及抗原呈递细胞污染。②三系分化潜能，体外诱导条件下至少能分化为成骨细胞（碱性磷酸酶/茜素红阳性）、脂肪细胞（油红 O 阳性脂滴）、软骨细胞（阿利新蓝或甲苯胺蓝）染色阳性仍是基础。③逐渐引入更多功能性指标，如免疫调节因子（IDO、PGE2）、外泌体标志物（CD63、CD81）等，以增强MSCs的功能性鉴定。

3.生物学功能的多维拓展

3.1多向分化能力

目前研究发现，MSCs可分化为骨、软骨、脂肪、肌肉、神经等多种细胞类型，广泛应用于组织工程和再生医学。槲皮素[1]可以通过激活p38 MAPK信号通路促进Runx2、ALP、DSPP表达，提高BM-MSCs增殖和成骨分化能力，进而促进大鼠BM-MSCs向成牙本质细胞样细胞分化。鸢尾素[2]能通过AMPK/Runx2信号通路促进小鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化。

3.2免疫调节与抗炎作用

MSCs通过分泌可溶性因子（如TGF-β、IL-10、PGE2）和细胞接触机制，抑制T细胞、B细胞、NK细胞等免疫细胞的活性，诱导调节性T细胞（Treg）生成，发挥免疫调节作用。补肾痹通方联合BM-MSCs通过抑制TLR4-MyD88-NF-κB信号通路的激活及软骨细胞凋亡实现促进软骨组织的修复干预膝骨关节炎的目的[3]。大黄素联合BM-MSCs可通过抑制TGF-β1/Smad/ERK信号通路减轻SAP大鼠胰腺损伤[4]。BM-MSCs联合安神固元汤可能通过抑制PI3K/Akt/FoxO3a信号通路提高POF大鼠的卵巢功能重建[5]。

3.3外泌体介导的旁分泌机制

近年研究发现，MSCs的疗效主要依赖于其分泌的外泌体（Exosomes），这些囊泡富含miRNA、蛋白质和脂质，能调节细胞增殖、迁移、免疫反应和血管生成。与完整细胞相比，外泌体具有更低的免疫原性和更高的稳定性，成为“无细胞治疗”的新方向。BM-MSC-Exos[6]可能通过下调TLR4/NF-κB信号通路，调节炎症细胞因子水平，显著减轻脓毒症肺损伤。更有研究发现MSC-Exos的效价会随着年龄发生改变，青年小鼠BM-MSC-Exos[7]含有更多颗粒物和蛋白质，对小鼠放射性肺损伤早期炎症和晚期纤维化的缓解效果优于老年小鼠骨髓间充质干细胞来源外泌体。

3.4线粒体转移机制

隧道纳米管（Tunneling Nanotubes, TNTs）是一种细长的膜性结构，直径约50～200 nm，长度可达数百μm，能够在细胞间建立直接通道，实现细胞器、蛋白质、RNA、线粒体等物质的远程运输。最新研究揭示，MSCs可通过TNTs将线粒体转移至受损细胞，恢复其能量代谢，改善组织功能，这一机制在急性呼吸窘迫综合征和心肌缺血模型中表现出良好疗效。MSCs连接线粒体与微管马达蛋白（如KIF5），调控线粒体沿TNTs的运输效率。Miro1过表达可显著增强MSCs的线粒体转移效率，提升修复能力；MSCs通过p53-PI3K/AKT-mTOR通路，在细胞应激状态下激活，促进TNT形成和线粒体转移。还可以通过激活Cx43（连接蛋白43），参与TNTs与缝隙连接的形成，增强细胞间通讯与线粒体转移效率[8]。

4.临床转化进展

4.1已上市产品与应用领域

截至目前，全球已有数十种MSCs产品获批上市，如欧盟批准的Alofisel（用于克罗恩病肛瘘）、Temcell（用于移植物抗宿主病）等。在中国，多个MSCs产品已进入III期临床试验，适应症包括膝骨关节炎、糖尿病足、肝硬化、肺纤维化等。

4.2构建“时空可控”的微生态

MSCs具有一定的构建“时空可控”的微生态功能。基于GelMA-PEG双网络水凝胶，通过3D打印“活细胞支架”，打印精度50µm，负载MSCs 7d存活率>95 %；支架内置“微通道”模拟血管，植入大鼠颅骨8mm缺损，4w骨体积分数达68 %，接近自体骨移植。动态席夫碱键水凝胶（氧化葡聚糖/羧甲基壳聚糖）在25 G针头剪切力下黏度骤降100倍，注射后10s内恢复固态，实现微创-原位成型；负载MSCs后心肌内注射，细胞滞留率由11 %提升至48 %[9]。用1μM曲美替尼（MEK抑制剂）预处理MSCs 24 h，可使其外泌体let-7b-5p含量显著增加，显著增强抗纤维化效果[10]；联合BIO（GSK-3β抑制剂）与CHIR99021形成“Wnt启动-关闭”脉冲，引导MSCs向心肌谱样分化，cTnT阳性率提高[11]。

4.3外泌体临床试验兴起

MSC-Exos直径约为30～150nm，可过滤除菌，无活细胞相关致瘤、栓塞或免疫排斥风险；储存条件宽松在–80℃可以长期储存，4℃可以短期储存，冻干制剂可在室温运输，符合世界卫生组织对“可及性生物药”要求。也可以对MSC-Exos进行工程化改造，如将c（RGDyK）或CD47融合到膜蛋白进行表面修饰，提升穿越血脑屏障效率；也可以进行电穿孔或反复冻融进行内腔载药，加载紫杉醇、姜黄素以提高肿瘤抑制率；同时还可以基因编辑供体细胞，用CRISPR-Cas9敲除Rab27a/b抑制外泌体分泌，再转染“开关质粒”实现可控释放，解决批次产量差异。

作为新兴治疗手段，已涵盖肺疾病、急性呼吸窘迫综合征、创伤修复等，给药方式包括静脉注射和雾化吸入等。

5.前景与挑战

MSCs应用前景广阔：MSC-Exos因其安全性和稳定性，成为替代细胞治疗的重要方向；通过CRISPR、miRNA修饰、药物装载等手段进行工程化改造，可以增强MSCs靶向性和治疗效果；结合人工智能与单细胞测序技术，实现MSCs治疗的精准化与个性化；与生物材料、3D打印、小分子药物等联合使用，提升疗效。同时，MSCs应用也面临挑战，不同来源、供体年龄、培养条件导致MSCs功能差异大，影响疗效一致性。不同试验缺乏统一的细胞制备、质量控制、效力评估标准，阻碍临床推广。MSCs还面临植入后存在体内存活与归巢能力差的问题，并且MSCs在体内存活时间短，靶向性差，影响治疗效果。在反复冷冻保存和解冻过程可能降低MSCs的免疫抑制能力和功能活性。另外值得关注的是不同国家监管标准不一，产品审批流程复杂，伦理问题仍需规范。

MSCs作为再生医学的重要支柱，正处于从基础研究向临床转化的关键阶段。尽管面临标准化、效力评估、个体差异等挑战，但其在免疫调节、组织修复、无细胞治疗等方面的巨大潜力，仍使其成为未来精准医疗的重要组成部分。随着生物工程、人工智能、外泌体技术等新兴手段的融合，MSCs的临床应用前景将更加广阔。

参考文献

[1]王晓超,包晶晶,陈殿斌.槲皮素调控p38 MAPK通路对大鼠BM-MSCs向成牙本质细胞样细胞分化的促进作用[J].中国老年学杂志,2025,45(17):4299-4304.

[2]朱敬生,李涛,姚婷婷,等.鸢尾素通过AMPK/Runx2通路调控小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化的作用[J].中国药学杂志,2025,60(18):1916-1922.

[3]向文远,易林,张文豪,等.补肾痹通方联合骨髓间充质干细胞干预膝骨关节炎的效果及其作用机制研究[J].中医正骨,2025,37(09):16-25.

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[5]赵莉娜,孙自学,张宸铭,等.基于PI3K/Akt/FoxO3a信号通路探讨安神固元汤联合骨髓间充质干细胞对卵巢功能早衰大鼠卵巢功能重建的影响[J].中药材,2025,(08):2071-2075.

[6]卢建双,王蓓蓓,邹婷,等.骨髓间充质干细胞外泌体通过TLR4/NF-κB信号通路减轻小鼠脓毒症肺损伤[J].中国病理生理杂志,2025,41(08):1596-1604.

[7]张婷婷,李亚龙,岳浩迪,等.不同鼠龄骨髓间充质干细胞来源外泌体保护放射性肺损伤[J].中国组织工程研究,2026,30(01):1-9.

[8]张晓锋.BMSCs经隧道纳米管介导的线粒体转移改善OGD/R后小胶质细胞线粒体功能障碍以抑制焦亡[D]. 广东:南方医科大学,2024.

[9]Li J, Hu S, Zhu D, et al. All Roads Lead to Rome (the Heart): Cell Retention and Outcomes From Various Delivery Routes of Cell Therapy Products to the Heart[J]. J Am Heart Assoc, 2021 ,10(8):e020402.

[10]Baral H, Uchiyama A, Yokoyama Y, et al. Antifibrotic effects and mechanisms of mesenchymal stem cell-derived exosomes in a systemic sclerosis mouse model: Possible contribution of miR-196b-5p[J]. J Dermatol Sci, 2021 ,104(1):39-47.

[11]Raman N, Imran SAM, Ahmad Amin Noordin KB, et al. Mechanotransduction of mesenchymal stem cells (MSCs) during cardiomyocytes differentiation[J]. Heliyon. 2022,8(11):e11624. 

*基金项目：山东省中医药科技项目（Z-2022053）

作者简介：陈丹丹，硕士，副教授，主要从事神经系统疾病研究