干细胞治疗溃疡性结肠炎的研究进展

干细胞治疗溃疡性结肠炎的研究进展
王婧颖;唐彤宇
【摘要】随着生活方式的西化和诊断技术的不断提升,溃疡性结肠炎的发病率也在不断增加,但传统的渐进式疗法在治疗效果上仍旧不尽如人意,许多患者未能达成临床缓解.而近年来干细胞的多分化潜能使其修复患者受损肠道黏膜,实行免疫调节与重建的功能成为可能,有许多基础以及临床研究都在推进干细胞疗法.本文将对干细胞治疗溃疡性结肠炎的机制以及临床进展作一综述.
【期刊名称】《实用医学杂志》
【年(卷),期】2018(034)020
【总页数】4页(P3329-3332)
【关键词】干细胞;溃疡性结肠炎
【作者】王婧颖;唐彤宇
【作者单位】吉林大学第一医院长春 130002;吉林大学第一医院长春 130002【正文语种】中文
溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种发病机制未明的慢性非特异性炎症性疾病，主要累及结直肠。

由于生活方式的逐渐西化，UC在我国的发病率也逐渐增高。

临床上常用的为传统的渐进式疗法，即5-氨基水杨酸制剂——糖皮质激素——免疫抑制剂——生物制剂。

但传统疗法药效持续时间短，长期应用副作用大，生物制剂价格昂贵，并且有报道显示即使运用以上的结合疗法在16周内未达
成临床缓解的UC患者仍高达60%，这成为临床上的一大难题。

干细胞是一种具有自我更新，高度增殖，多向分化潜能的细胞。

由于其较强的对肠道黏膜的增值修复能力，以及其对于UC患者混乱免疫系统的调节与重建能力，都是其它传统疗法所不可替代的，在未来将有良好的发展前景。

本文将对新兴干细胞对于UC的治疗作一综述。

1 肠道干细胞
肠道干细胞是成体干细胞的一种，位于肠道黏膜隐窝基底部，通常情况下，其不断增值与分化，向隐窝顶部进行迁移，所以肠道黏膜每3～5天即更新一次。

肠道干细胞能够分裂为一个与原始细胞一样的子细胞和一个有分化能力的子细胞，后者分化为不同种类的肠道细胞：杯状细胞，潘氏细胞，内分泌细胞，M细胞和肠吸收
细胞。

1.1 肠道干细胞的作用机制肠道干细胞虽然与肠道其它细胞的功能差异较大，但
其与其他肠道细胞在直接鉴别上仍有较大的困难。

在过去的40年里，有两种理论较为完善。

一种是LEBLOND等提出的“干细胞区域”模型，认为隐窝基底部的
柱状细胞（crypt base columnar cells，CBCs）即为肠道干细胞，蛋白Lgr5，蛋白Rnf43和蛋白Troy被认为是CBCs高表达的几种标记物［1-3］。

另一种是POTTEN提出的“+4模型”，认为干细胞位于潘氏细胞之上并且被16个细胞环
状包围，基因HOPX和LRIG1被认为是辨别的标记［4］。

许多信号通路对于肠道干细胞都有重要的调节作用。

这其中包括Wnt（Wingless）和 Hh（Hedgehog）信号通路，它们与肠道干细胞的增值密切相关。

Wnt信号
是哺乳动物中促进肠道干细胞自我更新和再生的主要动力信号，TIAN等［5］认
为其可能通过非自主途径，即激活肠上皮吸收细胞的Wnt信号通路来抑制肠道干
细胞JAK-STAT信号的表达，从而使肠道干细胞的增值停止。

Bmp和Notch通路是肠道干细胞维持自稳态和处理过去损伤。

有研究观察到Notch的丢失导致
Lgr5+干细胞的减少伴随有短暂性的分泌细胞的增生［6］。

微环境对于肠道干细
胞的调控也十分重要。

Athiyyah建立暴露于致病性大肠埃希菌（血清型O55：B5）的大鼠模型，发现植物乳杆菌IS-10506能够激活肠道干细胞使得其产生明显的抗炎效果［7］，这说明肠道菌群等微环境也能够影响干细胞的活动。

1.2 肠道干细胞治疗UC 肠道干细胞因为其数量稀少，分布不集中，缺乏高度特异性的标记物，其特异性的蛋白Lgr5被证明只存在于部分肠道干细胞表面且与特异性抗体结合困难，不易识别，而其他标记物均位于胞内，缺乏规模化的识别方法，所以其移植案例较为稀少，且局限于动物实验，缺乏大规模临床实践。

例如：国内高月秋等［8］用粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，CSF）治疗吲哚美辛诱导的炎症性肠病大鼠模型，发现与对照组相比，G-CSF处理的大鼠肠道干细胞数量明显增多，而显示出对肠黏膜的修复作用，恢复肠道功能。

YUI等［9］用蛋白Lgr5作为标记筛选出肠道干细胞后体外诱导增值成为肠道
“微器官”，移植于UC小鼠肠道内，发现移植物紧贴于肠壁损伤处并产生和肠上皮相同的富含多种细胞的正常组织。

这说明其具有良好前景，但仍需攻克多量难题。

2 造血干细胞（HSCs）
HSCs是成体干细胞的一种，存在于骨髓，血液和脐带当中。

HSCs具有高度增值
和多向分化的潜能且在骨髓清除术后依旧能够保持完整的造血功能。

HSCs不但能够分化增值为不同的血细胞系，而且在某些特定情况下，能够向某些非造血细胞转化，这称为HSCs的可塑性。

2.1 造血干细胞的作用机制 HSCs的移植对于UC的治疗作用目前尚不明确，可能与如下机制有关：（1）HSCs移植后随血液流动到受损的肠黏膜处，有可能滞留
诱导分化为肠黏膜细胞［10］。

（2）HSCs与肠道干细胞同为成体干细胞的不同
种类，可能其为肠道干细胞提供受损后无法补充的细胞因子与维持微环境所必须的各项物质。

（3）HSCs能够分化成为T细胞和B细胞的各种亚型，进而影响甚至
重建机体的免疫系统，从而解决炎症细胞功能失调及免疫应答时间过长等引起UC 的病因。

2.2 造血干细胞的应用 HSCs的移植可依据来源不同分为骨髓HSCs移植，外周血HSCs移植和脐带HSCs的移植以及自体和异体移植。

HSCs单纯用来治疗UC的研究比较少见，其通常用来治疗严重血液疾病合并炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）。

这主要因为大部分HSCs的治
疗涉及到清髓以及配型问题，产生的并发症，如移植失败，移植物抗宿主病，感染，肝静脉闭塞，肠道溃疡加重等问题，限制了其应用。

而且对于自体移植的患者来说，免疫系统很可能在“重启”后的短暂时间里就重新回复到以前病态的炎症系统中，从而失去移植的意义。

RABIAN等［11］回顾分析了全国性的血液系统恶性肿瘤
合并IBD的患者进行同种异体造血干细胞移植的病例，发现其48个月的总生存率与对照组而言并无明显差异。

MEHTA等［12］甚至在全国性大样本的分析中认为HSCs的移植会提高UC的死亡率，并且如果UC患者合并有原发性硬化性胆管炎或结核菌以及巨细胞病毒感染，则移植后死亡率将进一步提高。

这与以往一些小样本的报道结果有着较大的出入。

脐带HSCs的移植因为脐带HSCs的表面抗原性弱，所以避免了骨髓清除术和免疫配型的高昂花费以及各种并发症，相对来说较为安全。

张怡等［13］对于重度烧
伤造成心脏损伤的大鼠进行脐带干细胞移植，发现其可显著降低重度烧伤大鼠心脏中中性粒细胞和巨噬细胞的浸润程度，说明其具有良好的抗炎保护组织的作用。

江学良［14］对11例激素抵抗的UC患者进行非清髓脐带HSCs的治疗，发现其临床症状如脓血便，腹泻等症状有明显缓解，肠镜下结肠粘膜溃疡明显愈合，无明显不良反应及并发症，是安全有效的治疗。

KARACA等［15］报道了1例对于患有家族性白细胞介素-10以及其受体缺乏的11个月大的IBD女性患儿进行早期同种异基因骨髓造血干细胞移植，发现移植后
患儿慢性腹泻，肛周脓肿，以及反复性感染等临床症状完全消失。

3 间充质干细胞
间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是成体干细胞的一种，是目前最广泛用于治疗UC的干细胞之一。

MSCs的来源十分广泛，骨髓，脂肪组织，外周血，脐带以及脐带血中都有存在。

其中应用作为广泛的是骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）。

不同来源的MSCs在功能及筛选方式上相差不大，但也有一定区别，相比于BMSCs来说，脐带来源的MSCs的含量更高，免疫原性更弱，状态更为原始，自我增殖和多向分化能力更强，但其需要对产妇及其家属做好动员工作。

脂肪组织来源的MSCs相比于BMSCs来说，不需进行骨髓穿刺等操作，取材容易，来源丰富，但临床研究相对较少，技术不完善。

3.1 MSCs的作用机制 MSCs被广泛用于治疗UC有如下几个原因：（1）不论自体或异体MSCs移植均不需要清髓或配型处理，因为它只在细胞表面表达低水平的Ⅰ型HLA抗原并且不表达Ⅱ型HLA抗原和T细胞辅活化因子，即不表现出免疫活性。

（2）MSCs来源广泛，体外培养易于甄选分离，国际干细胞治疗学会制定了鉴别MSCs的最低标准：体外标准条件培养下贴壁生长；表达CD105，
CD73和CD90：不表达CD45，CD34，CD14或CD11b，CD79a或CD19；在体外区别于成骨细胞，成软骨细胞和脂肪细胞［16］。

（3）良好的自我增殖和多向分化潜能，其可诱导分化为脂肪细胞，成骨细胞，软骨细胞，骨骼肌细胞，特定情况下还可分化为肝细胞，心肌细胞和神经细胞。

（4）归巢特性，即当机体受损后，MSCs能够感受靶器官的损害，从而自动迁移至受损部位进行修复。

曹丹等［17］利用慢病毒载体介导的绿色荧光蛋白技术对BMSCs进行标记，将其移植于UC大鼠内并进行追踪，发现其明显归巢于受损的结肠组织。

侯晓琳等［18］利用PKH67标记脂肪组织来源的MSCs，发现其同样的归巢特性。

（5）MSCs能够参与血管再生。

MSCs移植归巢于受损组织后，通过分泌多种促血管活性物质（如可
溶性的血管生长因子）诱导血管内皮细胞进行增值和迁移，从而促进新生血管形成，对组织进行修复。

CARSTENS等［19］在手部发生缺血性坏死患者中进行脂肪组织来源的MSCs的移植，发现其能够产生血管内皮生长因子，产生原位血管重建，显著改善患肢缺血情况。

MIN等［20］利用脂肪来源的间充质干细胞，使其过表
达粒细胞趋化蛋白2和细胞机制衍生因子-1α，来治疗缺血性下肢模型，发现其能够调节血管再生相关的重要因子如血管内皮生长因子受体，从而展现出强大的血管再生而改善缺血的作用。

（6）MSCs具有免疫抑制性。

这一特性不仅体现在其较
弱的免疫原性上，并且其通过细胞间直接的交互作用和分泌可溶性细胞因子来对机体的特异性和非特异性免疫产生抑制作用。

其可以通过诱导分裂停滞无反应性来抑制T细胞，B细胞，自然杀伤（natural killer，NK）细胞和树突状细胞（dendritic cells，DC）的增值。

VAN DEN BERK等［21］的研究发现脐带血间充质细胞能够通过前列环素E2的释放来对DC的增值产生明显的抑制作用。

同时，其对免疫细胞的功能也产生抑制作用，如抑制T细胞和NK细胞的细胞因子分泌
和细胞毒性，B细胞的成熟和抗体分泌，DC的成熟和活化以及抗原的呈递。

它还能招募调节性T细胞（regulatory T cells，Treg），YAN 等［22］认为暴露于MSCs的Treg细胞能够表现出更强的免疫抑制性，这种放大效应可能与MSCs能够上调Treg细胞表面的细胞程序性死亡受体-1有关。

MSCs也可以通过释放细胞因子作为旁分泌的中介信号来影响免疫系统，如白细胞介素-10，转化生长因子-β，吲哚胺2，3-二氧化酶，肿瘤坏死因子α刺激基因-6，这些细胞因子均能够抑制T 细胞而增强Treg细胞的增殖［23］。

（7）MSCs能够抑制肠壁纤维化。

UC患
者因为长期慢性的炎症反复刺激，病情反复发作，迁延不愈，易导致肠壁纤维化，结肠缩短，肠腔狭窄，顺应性减弱，钡剂灌肠呈现典型的“铅管样”改变。

众多研究均表明MSCs有明显的抗纤维化作用。

唐卫平等［24］运用脂肪来源的MSCs
移植治疗大鼠肝纤维化，发现其可以上调肝细胞生长因子的表达，缓解肝纤维化。

吴树才等［25］利用人胎盘MSCs治疗小鼠肺纤维化，发现其可明显抑制肺组织
纤维化的形成。

尽管现在尚无直接对于肠道纤维化的研究，但我们相信其具有广阔前景。

（8）MSCs易于转染目的基因，实现特定的医学需求。

如干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）能够增强MSCs的免疫抑制功能，所以CHEN等［26］将表达IFN-γ的质粒转染到MSCs中，发现其自我分泌的IFN-γ增强了其原有的
功能，更能有效作用于病灶。

3.2 间充质干细胞的应用 ZHANG等［27］运用脂肪组织来源的MSCs移植于UC 大鼠，发现MSCs能够改变微小RNA-1236（microRNA-1236，miRNA-1236）的表达，miRNA-1236能够下调在UC发病中起到关键作用的视黄酸相关孤核受
体γ，所以起到显著地缓解UC的作用。

SONG等［28］将犬脂肪间充质干细胞
移植于人工诱导的IBD小鼠模型腹腔中，发现其能够产生肿瘤坏死因子诱导蛋白，从而诱导小鼠巨噬细胞表型转变为M2型，从而缓解IBD。

另一项研究发现利用人脐带间充质干细胞分泌的外泌体（一种细胞分泌的微小囊泡，含有某些有效的结构成分）能够缓解UC小鼠的病情［29］。

CHEN等［30］运用BMSCs治疗IBD
小鼠模型，发现相比于对照组，BMSCs能够降低炎性细胞因子（如肿瘤坏死因子-α，白细胞介素-1β和白细胞介素-6）的表达，并且下调转录激活因子STAT3的
磷酸化来减缓IBD的肿瘤发生，这说明其对于UC的高癌变率有一定的预防作用。

许多研究证明一些物质能够加强MSCs的作用效果。

TANG等［31］比较了G-CSF和MSCs的结合疗法与单纯运用MSCs治疗UC大鼠模型的疗效。

发现单纯
静脉内注射MSCs移植疗法对于UC的临床症状有所缓解，而G-CSF能够显著加强MSCs的抗炎效应，提高治疗效果。

FUENZALIADA等［32］发现经聚肌苷酸胞苷酸处理的脐带MSCs相比于未处理过的MSCs而言，极化效应更为明显，能
够加强MSCs的炎症抑制作用，加强保护肠道作用，提高疗效。

SAGYNBAEVA等［33］对UC患者进行BMSCs移植治疗，发现在慢性复发性和
持续复发性UC患者的缓解期持续时间均有所延长，证实MSCs的移植相比于传统免疫移植疗法来说，在缓解UC活动性和降低自身抗体集中度方面更胜一筹。

HU等［34］对34例中重度溃疡性结肠炎患者进行人脐带血MSCs移植，发现相比于给予基础治疗的对照组而言，移植组患者反应良好，弥漫性，深部溃疡及广泛的肠道炎症均有明显改善，Mayo评分显著下降，且没有出现明显的不良反应。

另外有众多报道认为MSCs对于肛周克罗恩病有着良好的疗效［35］。

KNYAZEV等［36］在轻症和重症UC患者中进行单纯标准化抗炎治疗和标准化抗炎治疗结合MSCs移植的方法疗效的对比实验，结果表明：在UC的急性发作阶段，MSCs的应用能够提高传统抗炎治疗的效果。

他的团队还对MSCs移植后患者作了长达5年的随访，发现103例IBD患者（其中56例UC患者）与对照组（经过除抗TNF-α的治疗的传统疗法患者）相比，在急性输血后反应，感染性并发症，慢性炎症性疾病的加重，恶性肿瘤和其他致命性事件的发生率并无显著性差异，证明了MScs移植的安全性［37］。

还有一项有趣的病例报道，一位感染了巨细胞病毒的UC患者在未进行任何抗病毒治疗的前提下进行BMSCs的移植后，发现UC缓解的同时巨细胞病毒的感染也不治而愈［38］，这说明MSCs在体内不仅能够抗炎而且具有抗病毒和抗菌的效用，这为难治性UC的治疗提供新思路，因为巨细胞病毒的伴随感染是难治性UC的重要原因。

4 展望
各种干细胞对于UC的治疗均显示出了一定的治疗作用，尤其对于传统方法无效或者无法接受副作用的患者来说，是一个新的希望，说明干细胞的应用在未来的岁月里有着良好的前景，理应得到更多的科研工作者和临床医师的重视。

但是干细胞应用仍旧存在许多问题。

干细胞的选择受到各种如供体来源，培养方法以及临床应用经验的缺乏等客观条件的限制，没有明确的种类选择标准。

关于干细胞移植的各种计量计算，移植方法均没有国际统一的标准。

而且现在大量的长期的临床试验随访
工作并不完善，并非所有的临床试验都证明干细胞对于UC的有效性，仍旧有许多患者对于干细胞的移植治疗表现无效。

干细胞移植过程中产生的副作用，尤其是造血干细胞的移植，如细胞栓塞，感染等上文提及的问题，都需要关注。

干细胞移植的安全性，如报道干细胞（尤其胚胎干细胞）与某些恶性肿瘤有相关性，干细胞在体内归巢率低，更多的干细胞滞留在肝脏和肺脏内，产生的效用未明。

但是，投入干细胞研究的实验越来越多，阳性与阴性结果也被频繁的报道，如果能够明确其作用机制，解决移植过程中的常见问题，那么干细胞移植治愈UC的道路也近在眼前了。

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