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撰文｜東海先生

編輯｜南風

回輸體內的干細胞都去了哪里

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不少臨床研究或臨床試驗的結果顯示，間充質干細胞（MSC）能治療多種疾病，尤其是一些疑難雜癥，但是療效各有差異。研究者開始冷靜反思：具有治療功能的間充質干細胞為何會臨床療效差異化較大？對于這個問題，不同的研究者有不同的思考和解釋。本文主要從間充質干細胞輸入機體后的分布和代謝方面給于闡述。

首先，應該意識到間充質干細胞（MSC）和化學藥物具有明顯的差異：包括但不限于

化學藥物是死的，而MSC是有生命的；

化學藥物有明確的半衰期，MSC暫時沒發現；

化學藥物有明確的單一靶位點，MSC通過多途徑發揮作用；

化學藥物在體內都是被動運輸，MSC具有主動趨化遷移的功能特性；

化學藥物的均一性非常好，MSC的均一性很差，細胞周期的步伐并不十分一致。

這些差異給臨床治療帶來什么樣的思考？在臨床研究或應用上，研究者習慣性基于化學藥物的思維來對待細胞是否合適？

大量的實驗數據證明間充質干細胞輸入體內后，并沒有長期停留在體內，而且隨著時間的延長而被機體清除。這也解釋了間充質干細胞的作用機制不在于分化為組織特異性的成熟細胞。動物實驗顯示：免疫系統健全的機體，其清除輸入體內MSC的速率越快；免疫缺陷的機體，其清除輸入體內MSC的速度越慢。輸入體內MSC的清除還與輸入途徑有密切關系，組織局部注射、外周靜脈注射、動脈注射，均對MSC在體內的存留時間產生較大的影響。下面的內容將給予詳細論述。

局部注射

常見局部注射MSC的部位有腦部、四肢肌肉、心臟、肝臟、腰椎（蛛網膜下腔）。

局部微注射人骨髓MSC到大鼠大腦紋狀體部位，72天后，依然能檢測到人骨髓MSC的存在，而且MSC能遷移至胼胝體和大腦皮層[1]。大腦右側尾狀核局部注射MSC，4周后大腦多個部位均可以檢測MSC的存在，而且發現MSC在大腦的遷移，偏好于沿著血管的走向[2]。但是MSC頸動脈注射后，在腦部的存活時間一般都是1-2天[3-5]。氧化鐵標記的骨髓MSC頸動脈注射治療大腦中動脈栓塞模型（MCAO）大鼠，24小時后，核磁共振成像（MRI）顯示MSC能穿過血腦屏障，遷移到大腦皮層、皮質下白質層、紋狀體、腦干部位，甚至觀察到MSC能遷移到對側大腦[4]。分別給大鼠頸動脈注射人骨髓MSC和大鼠骨髓MSC，發現人骨髓MSC的清除快于大鼠骨髓MSC，這說明機體清除異種屬的細胞的速率更快[3]。

TNF-α和IL-1β先刺激MSC（24小時），MSC再心室內局部注射；和對照組相比，經過TNF-α和IL-1β刺激的MSC趨化遷移到心肌缺血區域的細胞數量明顯增多，證明了TNF-α和IL-1β可以增強MSC的粘附能力，但是這種作用可以被VCAM-1的單克隆抗體所阻斷[6]。

全身注射

MSC腹腔注射免疫缺陷的小鼠（裸鼠和NOD/SCID小鼠）后，在體內多組織器官中存在可達120天，而MSC在免疫系統健全的異品種小鼠只能存在20多天，但是可以在同品種小鼠中存在40多天（見圖）[7]。

回輸體內的干細胞都去了哪里

人MSC從大鼠頸靜脈輸入1小時后，大鼠體內檢測到的人MSC下降到82%左右，8天后只能檢測0.06%；大部分在肺部、肝臟和脾臟，但也有少數MSC出現在腎臟、小腸和睪丸，而且隨著時間的推移（2天到8天），睪丸中MSC的含量略有增多（4.6%到9.3%，黑色柱子）（見下圖，注意圖中的百分比是指體內能檢測到的細胞數，不是指輸入的細胞總數）[8]。

▼圖1-人MSC大鼠頸靜脈輸入▼

但在1940年之前，預期壽命不符合這種規律。如上文圖1顯示：在1940年之前的90年里（橄欖綠曲線之下的曲線），人們在出生時的預期壽命比兒童時期估算的要短。這種不符合當下常識的現象在圖2更清晰：19世紀中末期，出生時的預期壽命甚至比青春期預期壽命還短

狒狒實驗證明骨髓MSC經外周靜脈輸入體內后，自體MSC和異體MSC在體內的分布沒有明顯的差異[9]。臍血來源的MSC比骨髓MSC容易通過肺臟，而且年齡越大的供體，其骨髓MSC越容易在肺部滯留；在肺部滯留的MSC細胞數量，與MSC細胞表面表達的整合素α4和α6密切相關，表達量越高，越不容易在肺部滯留[10]。

外周靜脈輸入MSC后，大部分的MSC滯留在肺部[10-16]，然后隨著血流達到肝臟、腎臟、脾臟[17]。雖然全肺均有MSC分布[11]，有研究顯示右肺聚集MSC的數量多于左肺[17]，也有研究顯示MSC在左肺聚集多于右肺[18]。

MSC注射1小時后，50-60%的MSC滯留在肺部[13, 14]，3個小時后降至30%，并維持到96小時[13]。有肺損傷同時存在時，MSC在肺部的滯留增多[8]，甚至可高達83%[15]。雖然外周靜脈輸入的MSC大部分在肺部滯留并被清除，但是MSC可以被肺部局部的微環境所激活，分泌大量的抗炎因子TSG-6，有利于減輕炎癥和減少心梗缺血區的面積[15]。

失代償期肝硬化患者自體骨髓MSC體外擴增后，外周靜脈輸入用111In-oxine（放射性示蹤元素）標記MSC，在不同時間點檢測這些標記的MSC，結果發現隨著時間的延長，肺部滯留的MSC逐漸減少，而在肝臟和脾臟逐漸增多，而且MSC在脾臟聚集的細胞數多于肝臟（見下圖）

▼圖-輸注MSC后肺脾肝細胞數對比▼

早已經證明了外周靜脈輸入MSC能少量遷移到四肢骨髓定植[16, 20-22]，但是給與血管舒張劑處理，遷移到骨髓中的MSC增加了50%的細胞數[12]。遷移至骨髓的MSC，在骨髓中存在的最長時間為76天[22]。但是體外培養超過12代后的MSC，以及年齡大的供體來源的MSC，它們遷移到骨髓的明顯能力下降[16]；對骨髓進行照射損傷后，遷移至損傷骨髓的MSC數量增多[16]。靜脈輸入的MSC亦可以遷移到脊髓中[18]，這為外周靜脈輸入MSC治療脊髓損傷提供了實驗基礎。

不同途徑比較

建立豬的心肌梗塞疾病模型，通過3種不同的途徑（外周靜脈、冠狀動脈注射、心內膜注射）輸入骨髓MSC，14天后檢測心肌梗塞部位的MSC的細胞數，結果發現冠狀動脈注射MSC的治療效果最好，遷移到缺血區域的MSC細胞數最多，然后依次是心內膜注射，缺血局部檢測不到外周靜脈注射的MSC；但是，即使是局部注射MSC，大約10%的MSC還是會進入循環系統而遷移到肺和肝臟[23]。

建立骨關節炎（osteoarthritis）和關節炎（arthritis）小鼠模型，給與尾靜脈注射人脂肪MSC（脂肪干細胞），10天后在小鼠體內已經檢測不到人脂肪MSC；但是給與關節腔局部注射人脂肪MSC，依然在10天后可以檢測到人MSC的存在；這數據說明了全身性靜脈輸入MSC在體內的清除速度快于局部注射[24]。

大鼠頸外動脈注射MSC，于10天后依然可以在大腦皮質層找到MSC，而且通過血腦屏障的MSC還能遷移到對側大腦，但是大腦中卻檢測不到外周靜脈注射的MSC[25]。

主動趨化遷移

MSC的細胞表明表達大量的趨化受體，能敏銳地感受并結合機體里的趨化因子，沿著趨化因子的濃度梯度，從低濃度到高濃度遷移[26]。損傷組織釋放的P物質，在體內形成濃度梯度，能吸引MSC沿著濃度梯度遷移到損傷部位進行修復；甚至靜脈注射P物質，能動員體內的MSC進入循環并遷移到損傷部位，從而促進損傷組織的修復[27]。心臟心肌有損傷，損傷部位釋放趨化因子，可以吸引靜脈輸入的MSC遷移到損傷部位的心肌組織中，存在可達7天[18]。

MSC有很強的穿透血管的能力，而且這種能力不受血管通透性的影響，這個在動物實驗上得到很好的證明。比如建立皮膚炎癥的小鼠模型，給與靜脈注射MSC，觀察到約47.8%的MSC在2小時后就穿過血管壁進入肌肉組織[28]（MSC穿透血管的示意圖）。

回輸體內的干細胞都去了哪里