基因修饰-干细胞在疾病治疗中的“助攻手”
编辑、整理： 暖手
目前，间充质干细胞（MSCs）已用于对多种疾病的治疗研究中，例如心肌梗死、糖尿病、阿尔茨海默病、自身免疫性疾病等。由于MSCs易于被如逆转录病毒，慢病毒，腺病毒等载体转染，在体外将目的基因克隆至这些载体上，对MSCs进行感染，可以使目的基因在MSCs中高表达。越来越多的研究利用MSCs作为外源基因的载体，高效过表达某种细胞因子，用以提高MSCs的治疗效果。经过基因改造的MSCs，其归巢能力、体内生存能力和分化能力得到增强，可以利用MSCs对炎症部位和肿瘤组织的归巢特性治疗多种疾病。
▆ 基因修饰的间充质干细胞的应用
MSCs的免疫原性低，并且能够在重复注射后都不被受者的免疫系统识别，这是MSCs用于临床治疗的一个最显著的优势。MSCs还能够分泌很多生物活性分子以及一些免疫调节因子，能够对机体的损伤、炎症等起到修复作用。目前，MSCs被用于治疗多种疾病的临床研究，包括多发性硬化症，心肌梗死，器官移植，肝硬化及肝 衰竭，心衰，GVHD，左心室功能失调，白血病及克罗恩病等。
MSCs还是非常理想的基因治疗细胞载体，易被所有临床上普遍应用的病毒载体系统所转染，经过基因修饰的MSCs输注后可以遍布全身，不仅可以发挥干细胞归巢和修复的作用，同时又可大量表达如细胞因子等的目的基因，而且二者具有协同作用，这样可以扩大MSCs治疗的疾病范围，使得病灶部位局部的修复几率大大提高。这些优点使得MSCs成为最具有基因治疗研究和临床治疗应用前景的干细胞之一。
▆ 基因修饰的间充质干细胞在组织修复中的应用
目前，基因修饰的 MSCs的研究主要集中于提高MSCs自身特性介导的对各种组织的修复能力。一旦研究人员发现某种细胞因子对受损组织有益，他们就会通过基因工程的方法使 MSCs过表达这些因子用于治疗。很多实验结果证明经过基因修饰的MSCs明显较未修饰的MSCs在组织修复中更加有效。基因修饰和干细胞疗法的结合，将是未来治疗伤口的一个重要方法。干细胞的生长潜能和多能性使得它们不止作为治疗物，还可以作为向损伤部位传递基因的载体。
Li等使用Ad载体Ang1基因修饰BMMSCs, 并观察其促进鼠皮肤外伤愈合的效率。结果, Ang1-BMMSCs促进了血管化, 增加上皮和真皮再生, 显著促进伤口愈合。CXCR4是SDF-1的受体, 陈伟等用慢病毒介导CXCR4基因转染BMMSCs, 过表达的CXCR4可明显提高BMMSCs对划痕损伤修复的能力和向高浓度SDF-1迁移的能力。
Zhang等用腺病毒将人肝细胞生长因子HGF导入人MSCs中，然后在慢性心肌缺血的模型猪体内进行心内移植，发现HGF-MSC可以分化为血管内皮细胞，并整合到发育中的脉管系统中，降低室性心律失常的敏感性。通过重组腺病毒使MSCs过表达神经营养因子BDNF或GDNF都可以修复大鼠短暂性大脑中动脉闭塞造成的缺血性损伤，修复大鼠受损的中枢神经系统，提示基因修饰的MSCs可用于对中风的治疗。
▆ 基因修饰的间充质干细胞在肿瘤基因治疗中的应用
将MSCs作为肿瘤基因治疗的载体高效地向肿瘤部位传递肿瘤治疗的基因或药物，靶向性地治疗肿瘤。另外，由于MSCs的免疫原性低，异体的MSCs在体内可以逃避免疫系统的清除，能够进行多次给药，使得同种异体MSCs作为基因治疗的载体用于肿瘤治疗成为可能。
将MSCs作为抗肿瘤基因的载体对肿瘤能够起到抑制作用已经有多篇文献报道，由于细胞因子在体内的半衰期很短，如果直接单独应用细胞因子进行肿瘤治疗的话，在体内会很快被降解，如果MSCs是用病毒载体进行修饰的，那么MSCs会在肿瘤部位持续释放细胞因子，仅一次治疗就可以起到长效作用。现在用于修饰MSCs治疗肿瘤的基因主要有白介素类，干扰素类，前药类，溶瘤病毒类促凋亡蛋白类，生长因子拮抗剂类，抗血管增生蛋白等。
▆ 基因修饰使干细胞躲避免疫系统攻击
2013年4月物理学家组织网报道，美国维克森林浸礼会医学中心再生医学研究所科学家通过基因工程修改了一种干细胞，使其表达一种常见疱疹病毒的蛋白质，从而能躲避免疫系统攻击，大大提高了存活率。受伤或病变组织因此能争取更多时间发挥自身愈合能力，得以治愈。
论文高级作者、研究所再生医学教授格雷卡·阿尔梅达-普拉达解释，“基本上我们是帮干细胞‘隐身’，让体内天然‘杀手’T细胞和免疫系统对它们‘视而不见’，这样它们就能生存下来并促进身体康复。干细胞天生具有帮助调节免疫反应的能力。如果能增加它们的存活率，理论上就能作为一种治疗措施，降低炎症反应，帮助器官移植病人避免排斥反应等。”
图片源自：http://journals.plos.org
▆ 基因修饰干细胞促进衰老心肌再生
2012年7月23日的《美国心脏病学会杂志》一篇报道指出，基因修饰的干细胞可促进衰老心脏细胞的活力，用于老年心力衰竭患者体内受损和衰老心肌组织的再生。这项研究有朝一日可能引领出新的心力衰竭治疗方法。
主要研究者之一、美国圣迭戈州立大学心脏研究所博士后研究学者萨迪亚·穆赫辛（Sadia Mohsin） 博士说，“由于心力衰竭患者通常都是老年人，他们的心脏干细胞多处在非健康状态。通过基因修饰方法，增加活体干细胞的端粒长度和活性，可以使这些细胞更加健康，再次恢复活力，这就好比是把钟表调慢；这种方法同时能够增加心脏干细胞增殖，这些都是抗心力衰竭的有效手段。”
通过修饰老年患者的心脏细胞，增加细胞的再生能力，从而修复受损心肌；这种方法使干细胞工程成为心衰治疗的一种可行的选择。对于心力衰竭患者，这是一个令人特别振奋的发现。鉴于目前我们只能提供药物治疗、心脏移植或具有适度再生潜力的细胞治疗，PIM-1修饰的干细胞可能带来临床治疗的重大进步。
图片源自：kurzweilai
▆ 基因修饰干细胞治疗肝硬化
干细胞本身就具有再生肝细胞抗纤维化的作用，基因修饰的干细胞既能在肝脏持续、稳定、高效表达细胞因子促进肝细胞再生和抗纤维化作用，又增强了了干细胞的修复再生功能。用四氯化碳诱导大鼠慢性肝硬化，发现单纯干细胞治疗组的肝坏死、脂肪变性和纤维化比模型组明显减轻，基因修饰干细胞治疗组比单纯干细胞治疗组更有明显减轻。
2011年07月，迪艾细胞治疗研究中心的专家研究证实，基因修饰干细胞的治疗作用比单纯干细胞治疗明显提高。经治疗二周以后，病人的凝血酶原活动度开始升高。三到六个月内，血浆白蛋白显著升高，血小板升高，总胆红素水平显著降低，腹水减少，肝CT检查发现肝脏体积比治疗前增大、变软。这比以往的干细胞移植更加显著提高了患者肝脏功能和生存质量，明显改善了患者预后。
▆ 基因修饰干细胞治疗阿尔茨海默氏病
加州大学欧文分校神经生物学家发现，当基因修饰的神经干细胞移植到有阿尔茨海默氏病症状和病理特征的小鼠大脑中时，显示出阳性结果。相关研究论文发表在Stem Cells Research and Therapy杂志上，该基因修饰的神经干细胞已被证明在两个不同的小鼠模型中发挥作用。
脑是由血-脑屏障保护，限制细胞，蛋白质和药物进入脑系统。血-脑屏障对脑健康是重要的，这也使得向大脑递送治疗性蛋白质或药物具有挑战性。为了克服这一点，研究人员推测，干细胞可以作为一种有效的递送载体。为了检验这一假设，两个不同的小鼠模型（3xTg-AD和Thy1-APP）大脑注射基因修饰的神经干细胞（其过度表达脑啡肽酶）。
与对照神经干细胞比较，这些遗传修饰的干细胞产生25倍以上的脑啡肽酶，但在其它方面等价于对照干细胞。然后将遗传修饰干细胞和对照干细胞移植到小鼠大脑的海马区或脑下脚（即脑部中受阿尔茨海默病很大影响的两个区域）。移植了遗传修饰干细胞的小鼠发现大脑内β-淀粉样斑块显著减少。
图片源自：biomedcentral
▆ 展望
目前如何更好地利用基因修饰的MSCs治疗相关疾病还有待深入研究。MSCs在治疗过程中的组织损伤的修复机理、MSCs的最佳治疗时机、最佳细胞数量等问题尚无定论。各种来源的 MSCs在生物学特性方面和不同来源的MSCs经基因修饰后的疗效差别等还有待进一步明确。
2015年2月26日，国家科技部发布了《国家重点研发计划干细胞与转化医学重点专项实施方案》 (征求意见稿 )，启动了国家重点研发计划“干细胞 与转化医学”重点专项试点工作。这一方案的出台预示着间充质干细胞治疗将迎来新的春天。随着分子生物学等技术在 MSCs基础研究中的不断深入和相关机理问题的解决，基因修饰的MSCs的治疗研究将有望取得新的进展。
