間充質干細胞在治療癲癇所致炎癥反應中的作用研究進展

鄔晶新，王宇鑫，張宏云，李洪艷,2，劉晶，鄒偉,2

1.遼寧師范大學 生命科學學院，遼寧 大連116081；2.遼寧省生物技術與分子藥物研發重點實驗室，遼寧 大連116081；3.大連醫科大學 附屬第一臨床醫院，遼寧 大連116029

癲癇是一種以大腦神經元異常放電并反復發作為特征的復雜性神經系統疾病[1]，通常會導致抑郁、幻覺、記憶障礙等并發癥[2]，嚴重影響患者的生活質量和身心健康。目前，全球約有6500萬癲癇患者，而其中僅有3%的患者能夠通過手術緩解病情。盡管臨床上約有20多種抗癲癇藥物可以控制患者發病，但35%的癲癇患者會產生抗藥性[3]，不能從根本上抑制癲癇的形成和進程。癲癇的病因和發病機制尚不完全清楚，但近年來的研究和臨床數據表明，腦內發生的炎癥過程是癲癇發生的重要病理機制之一[4]。

間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）來源于發育早期的中胚層，是一類多能干細胞。因其具有多向分化潛能、造血支持、組織修復、免疫調控等特點而備受關注[5-6]。大量研究表明，MSCs能夠有效治療多種退行性疾病和炎性疾病，包括克羅恩病、移植物抗宿主病、糖尿病腎病和器官纖維化等。在炎癥環境中，MSCs可以通過釋放免疫抑制因子、生長因子、趨化因子、補體成分和多種代謝產物等發揮免疫調節功能[7-9]。

新近發現，MSCs能夠控制癲癇所致的炎性反應，使受損組織和細胞微環境達到穩態，從而抑制癲癇的發生和發展。我們簡要綜述了MSCs在治療癲癇所致炎癥中的作用，旨在為臨床應用MSCs防治癲癇提供理論依據。

1 MSCs通過炎癥微環境調節免疫

炎癥是啟動組織修復或愈合的原動力，是機體對損傷因子的最常見的防御性反應。炎癥狀態下，多種炎癥遞質釋放激活免疫細胞，能夠造成持續性的組織損傷。已經證明，MSCs可以通過炎癥微環境發揮免疫調節功能，不但激活先天性免疫細胞和適應性免疫細胞的應答，還能促進組織再生與修復[10-11]。

Nicola等將人骨髓間充質干細胞（BMSCs）與混合的外周血單核細胞（PBMCs）共培養或者與不同的主要組織相容性復合物（MHC）共培養，發現MSCs在體外可以強烈抑制T細胞的激活、增殖以及T細胞介導的炎癥反應[12]。Ren等將MSCs移植到患有炎性疾病的人體或動物體內，發現MSCs可通過分泌趨化因子和NO3在體內發揮其免疫抑制功能[13]。且進一步發現，MSCs抑制T細胞介導的炎癥反應依賴于微環境中的激活信號。當用γ干擾素（IFN-γ）與腫瘤壞死因子（TNF）或白細胞介素-1（IL-1）處理細胞時，MSCs可以完全抑制T細胞雜交瘤和T細胞的增殖[13]，但在沒有激活信號的情況下，MSCs和T細胞的共培養并不能抑制T細胞的增殖[14]。值得注意的是，Han等發現，白細胞介素-17（IL-17）的家族成員IL-17A可以介導自身免疫疾病的促炎反應，進一步增強IFN-γ和TNF聯合誘導的MSCs免疫抑制作用，顯著提高MSCs在急性肝損傷模型中的治療作用[15]。這些實驗清楚地證明了MSCs通過微環境中的炎性細胞因子調節免疫。

2 MSCs通過趨化因子-iNOS-IDO信號通路介導免疫調節

MSCs與炎癥因子之間的相互作用涉及不同的分子機制，一類是MSCs與免疫細胞直接作用，另一類則是MSCs通過免疫細胞與其他類型的細胞相互作用[7]。無論哪種作用方式，MSCs都可以通過激活趨化因子-iNOS-IDO信號通路介導免疫調節。通常，MSCs在IFN-γ聯合TNF或IL-1的刺激下被激活，可誘導多種趨化因子的強烈表達以及誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）或吲哚胺-2，3-雙加氧酶（indole?asmine-2，3-dioxygennase，IDO）的合成。嚙齒類MSCs通常通過iNOS促進NO的生成，而哺乳動物MSCs則通過色氨酸代謝酶IDO介導免疫反應。

趨化因子-iNOS-IDO信號通路上游的趨化因子大多數是CXC趨化因子受體3（CXCR3）和CC趨化因子受體5（CCR5）配體，包括CC趨化因子配體5（CCL5）、CXC趨化因子配體9（CXCL9）、CXCL10和CXCL11。其 中，CXCR3和CCR5配 體可募集T細胞到MSCs附近積累，促進iNOS或IDO的表達增多，從而抑制T細胞的增殖[13,16]。可見，MSCs在炎性細胞因子存在的條件下具有高度免疫抑制作用。研究證明，在適當的條件下，1個MSC可以抑制高達約100個T細胞的增殖，這是一個遠遠大于Treg細胞參與的免疫反應。如果用藥物或遺傳方式阻斷CXCR3或CCR5配體的結合，就可阻止T細胞遷移和MSCs誘導的免疫抑制功能，說明與趨化因子受體的相互作用是MSCs免疫調節的重要方式[13]。

Chen等通過MSCs-T細胞共培養系統實驗發現，iNOS的缺失或抑制會減少由MSCs炎癥誘導的免疫抑制活性，還能抵消MSCs治療急性肝損傷和肝纖維化的效果[17]。已知iNOS催化MSCs產生NO，不但可激活JAK-STAT信號通路從而導致T細胞的細胞周期停滯[18]，直接抑制T細胞增殖，而且還可以調節MAPK和NF-κB信號分子的活性，干擾巨噬細胞產生促炎細胞因子[19]。

新近研究表明，能將色氨酸（必需氨基酸）轉化為犬尿氨酸的分解代謝酶IDO也可通過某些特殊機制影響MSCs的免疫調節作用，如通過影響色氨酸降解產生的分解代謝物調節免疫細胞的活性[20]。值得注意的是，由MSCs表達的IDO還能夠通過誘導單核細胞分化成M2巨噬細胞來調節先天免疫活性，從而減弱炎癥[21]。

到目前為止，盡管IDO及其分解代謝物促進MSCs的免疫抑制作用仍不十分清楚，但上述研究表明趨化因子和iNOS或IDO之間的相互作用對MSCs的免疫調節功能的重要意義不言而喻。

3 MSCs在治療癲癇所致炎癥反應中的作用

3.1 癲癇所致的炎癥反應

眾所周知，炎癥是癲癇發生和持續發作的一個重要因素。大量研究發現，癲癇發作會引起起始腦區和傳播腦區的神經炎癥反應，進一步加重中樞神經系統的損傷[22-23]。Vezzani等通過電刺激或化學藥物誘導成年大、小鼠癲癇發作，在癲癇發作的腦內可檢測到多種炎性介質增多[24]。大量數據表明，癲癇炎癥反應中增加的炎性因子如IL-1、TNF-α和IL-6主要表達于激活的星形膠質細胞和小膠質細胞，同時這些炎性因子的受體、前列腺素、環氧合酶2和補體系統組分在這些細胞上的表達也會明顯增多[25]。Prabowo等在癲癇患者腦片中觀察到小膠質細胞和星形膠質細胞以及神經元上IL-1β及相應受體IL-1R的表達上調[26]。Cerri等將CCL2抗體注射到脂多糖處理的癲癇大鼠顱內，發現癲癇發作減輕[27]。此外，有研究表明在慢性癲癇動物模型及患者的腦組織中，癲癇可誘導腦部內皮細胞釋放IL-1、補體系統等細胞因子，從而激活神經膠質細胞釋放炎性因子和前列腺素，并促使T淋巴細胞等炎性細胞進入腦內[28]。可見，炎癥反應對于癲癇的發生和持續存在是必要條件之一。

3.2 MSCs在治療癲癇所致炎癥中的作用

早期神經學臨床試驗中已經檢測出MSCs具有免疫調節作用[29]。近年來，隨著干細胞治療神經系統疾病的報道日益增多，以及MSCs移植對免疫調節失衡導致的炎癥性相關疾病的治療表現出良好的效果，使人們更加重視MSCs在對抗神經系統炎癥中的免疫調節作用[30-32]。不論在臨床中還是動物模型理論基礎研究中均有相關實例證明，MSCs通過調節炎癥失衡來治療癲癇。

Li等利用腦卒中大鼠模型觀察MSCs的抗炎和免疫調節作用，發現MSCs不僅可以促進腦血管生成，還能抑制卒中導致的神經細胞凋亡[33]。Kim等觀察到MSCs可以通過誘導腦神經營養因子基因的表達和分泌，抑制凋亡級聯反應來減輕創傷性腦損傷[34]。還有人將BMSCs移植到致癇小鼠海馬中，發現炎性細胞因子（TNF-α和IL-1β）和凋亡標志物caspase-3的表達下調[35-36]。Huang等發現，HUMSCs移植的匹羅卡品誘導的癲癇動物腦內抗炎性細胞因子，如MIP-3b、雙調蛋白、GITR、FGF-6和骨保護素等明顯增加，可以延緩癲癇發作的頻率和持續時間，同時降低腦水腫、減輕錐體細胞和GABA能神經元損傷[37]。新近，Salem等的研究表明，以雄性Sprague-Dawley大鼠建立匹羅卡品癲癇模型，采用靜脈注射（IV）或雙側海馬注射（IC）BM-MSCs治療癲癇，通過IC途徑治療可計數出神經元細胞數量增多，并且海馬中活化的caspase-3免疫反應性升高[38]。

綜上不難發現，MSCs能夠通過多種方式抑制炎性因子的水平，調節癲癇所致的炎癥反應，進而抑制癲癇的發生和發展。

4 結語

癲癇是一種難以治愈的神經系統疾病，其發病機制復雜。大量研究均已證明癲癇的發生與炎癥密切相關。MSCs在許多疾病的治療中表現出它的優越性，特別是在炎癥性相關疾病的治療中效果良好。已有研究表明，MSCs可通過多種機制調節癲癇所致的炎癥反應而用于治療癲癇，但仍缺乏大量的臨床研究數據。因此，深入探討MSCs在治療癲癇所致炎癥反應中的作用，可為臨床提供治療思路。