首先，我們應(yīng)該意識(shí)到，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSc）與化學(xué)藥物有著明顯的區(qū)別：（包括但不限于）

 ①化學(xué)藥物是死的，而MSC是有生命的；

 ②化學(xué)藥物有明確的半衰期，MSC暫時(shí)沒發(fā)現(xiàn)；

③化學(xué)藥物有明確的單一靶位點(diǎn)，MSC通過(guò)多途徑發(fā)揮作用；

④化學(xué)藥物在體內(nèi)都是被動(dòng)運(yùn)輸，MSC具有主動(dòng)趨化遷移的功能特性；

⑤化學(xué)藥物的均一性非常好，MSC的均一性很差，細(xì)胞周期的步伐并不十分一致。

這些差異給臨床治療帶來(lái)了什么思考？在臨床研究或應(yīng)用中，研究者習(xí)慣性地基于化學(xué)藥物的思維來(lái)治療細(xì)胞是否合適？

大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)入人體后，不會(huì)在體內(nèi)停留很長(zhǎng)時(shí)間，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)被機(jī)體清除。這也解釋了間充質(zhì)干細(xì)胞的機(jī)制不是向組織特異性成熟細(xì)胞分化。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明：免疫系統(tǒng)健全的機(jī)體，其清除輸入體內(nèi)MSC的速率越快。局部注射、外周靜脈注射和動(dòng)脈注射對(duì)MSc在體存活時(shí)間均有較大影響。

局部注射

Local injection

MSC最常見的局部注射部位是腦、肢體肌肉、心臟、肝臟和腰椎（蛛網(wǎng)膜下腔）

將人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞局部注射到大鼠紋狀體后，72天后仍能檢測(cè)到人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的存在，并能遷移到胼胝體和大腦皮層。將MSC局部注射到右尾狀核后，4周后可在腦內(nèi)多個(gè)部位檢測(cè)到MSC的存在，并發(fā)現(xiàn)MSC在腦內(nèi)遷移，更傾向于遵循血管的方向。

然而，頸動(dòng)脈注射后MSc在腦內(nèi)的存活時(shí)間一般為1-2天[3-5]。24小時(shí)后，磁共振成像（MRI）顯示MSC可以穿過(guò)血腦屏障，遷移到大腦皮層、皮質(zhì)下白質(zhì)層、紋狀體、腦干，甚至到對(duì)側(cè)大腦。將人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分別注入大鼠頸動(dòng)脈。發(fā)現(xiàn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的清除率比大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞快，說(shuō)明異種細(xì)胞的清除率更快[3]。

TNF-α和IL-1β首先刺激MSc（24h），然后將MSc注入左心室。與對(duì)照組相比，TNF-α和IL-1β刺激后，MSC趨化和向心肌缺血區(qū)遷移的數(shù)量顯著增加，說(shuō)明TNF-α和IL-1β可增強(qiáng)MSC的粘附能力，但VCAM-1單克隆抗體可阻斷這種作用。

全身注射

Systemic injection

將MSC腹腔注射到免疫缺陷小鼠（裸鼠和NOD/SCID小鼠）體內(nèi)后，MSC可在多種組織和器官中存活120天。然而，MSC只能在免疫系統(tǒng)健全的不同種小鼠中存在20天以上，而在同一種小鼠中可以存在40天以上（見圖）。

大鼠頸靜脈灌注人MSC 1h后，大鼠體內(nèi)檢測(cè)到的人MSC數(shù)量減少到82%左右，8d后僅檢測(cè)到0.06%，主要分布在肺、肝、脾等組織中，少數(shù)分布在腎、小腸和睪丸。隨著時(shí)間的推移（2天至8天），睪丸中MSc的含量略有增加（4.6%至9.3%，黑柱）（見下圖，圖中百分比是指體內(nèi)可檢測(cè)到的細(xì)胞數(shù)，而不是輸入的細(xì)胞總數(shù)）。

▲人MSC大鼠頸靜脈輸入

但在1940年以前，人均壽命并不符合這一規(guī)律。如上圖1所示，在1940年之前的90年中（橄欖綠曲線下的曲線），出生時(shí)的預(yù)期壽命比兒童時(shí)期估計(jì)的要短。這一悖論在圖2中更為清晰：19世紀(jì)中后期，出生時(shí)的預(yù)期壽命甚至比青春期的預(yù)期壽命還要短。

狒狒實(shí)驗(yàn)表明，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)外周靜脈輸注體內(nèi)后，自體和異體間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)的分布無(wú)明顯差異。臍血來(lái)源的MSCs比骨髓MSCs更容易通過(guò)肺部，供體年齡越大，骨髓MSCs越容易滯留在肺部；滯留在肺部的MSC細(xì)胞數(shù)量與MSC細(xì)胞表面表達(dá)的整合素α4和α6密切相關(guān)，且表達(dá)水平越高是的，它留在肺里的可能性就越小。

外周靜脈輸注MSC后，大部分MSC留在肺內(nèi)，隨血流到達(dá)肝、腎、脾。雖然MSCs分布于全肺，但有研究表明右肺MSCs的數(shù)量多于左肺，也有研究表明左肺MSCs的數(shù)量多于右肺。

MSC注射后1小時(shí)，50-60%的MSC留在肺內(nèi)。3小時(shí)后降至30%，維持96小時(shí)。在肺損傷的情況下，MSc在肺中的滯留增加，甚至高達(dá)83%。雖然外周靜脈MSCs大多滯留在肺部并被清除，但MSCs可被肺部局部微環(huán)境激活，分泌大量抗炎因子TSG-6，有利于減輕炎癥，減少心肌梗死缺血面積。

失代償期肝硬化患者自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體外擴(kuò)增后，外周靜脈輸注111In-oxine（放射性示蹤元素）標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞。在不同時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)標(biāo)記的MSCs。結(jié)果顯示，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，肺內(nèi)滯留的MSCs數(shù)量逐漸減少，而肝、脾內(nèi)的MSCs數(shù)量逐漸增多，脾內(nèi)積聚的細(xì)胞數(shù)量多于肝內(nèi)（見下圖）

▲輸注MSC后肺脾肝細(xì)胞數(shù)對(duì)比

實(shí)驗(yàn)證明，外周靜脈MSCs可向四肢骨髓遷移，但經(jīng)血管擴(kuò)張劑治療后，向骨髓遷移的MSCs數(shù)量增加了50%。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向骨髓遷移的最長(zhǎng)時(shí)間為76天。然而，體外培養(yǎng)12代以上的MSCs以及老年供者來(lái)源的MSCs向骨髓的遷移能力明顯下降；骨髓輻射損傷后，向損傷骨髓遷移的MSCs數(shù)量增加。靜脈注射的MSCs也能向脊髓內(nèi)遷移，為周圍靜脈MSCs治療脊髓損傷提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

不同途徑比較

compare

為建立豬心肌梗死模型，采用外周靜脈、冠狀動(dòng)脈和心內(nèi)膜三種不同方法輸注骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。14d后檢測(cè)心肌梗死部位MSCs數(shù)量。結(jié)果表明，冠狀動(dòng)脈注射MSC的治療效果最好，向缺血區(qū)遷移的MSCs最多，其次是心內(nèi)膜注射，缺血區(qū)無(wú)法檢測(cè)到，即使局部注射后，仍有約10%的MSCs進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)并向肺遷移還有肝臟。

建立骨關(guān)節(jié)炎（OA）和關(guān)節(jié)炎(arthritis)小鼠模型，給予尾靜脈注射人脂肪源性MSc(adipose-derived stem cells)，10天后小鼠體內(nèi)尚未檢測(cè)到人脂肪源性MSc；但給予關(guān)節(jié)內(nèi)注射人脂肪源性MSc，10天后仍存在這一數(shù)據(jù)表明，全身靜脈輸注MSC在體內(nèi)的注射速度比局部注射快。

頸外動(dòng)脈注射MSCs后10d，大腦皮質(zhì)仍可見MSCs，通過(guò)血腦屏障的MSCs可向?qū)?cè)腦遷移，但腦內(nèi)未見外周靜脈MSCs。

主動(dòng)趨化遷移

Chemotactic migration

MSc細(xì)胞表達(dá)大量趨化因子受體，能敏感地感知和結(jié)合體內(nèi)的趨化因子，并沿趨化因子濃度梯度由低濃度向高濃度遷移。損傷組織釋放出的P物質(zhì)在體內(nèi)形成濃度梯度，可以吸引MSC沿著濃度梯度遷移到損傷部位進(jìn)行修復(fù)；即使靜脈注射P物質(zhì)也可以動(dòng)員體內(nèi)MSC進(jìn)入循環(huán)，遷移到損傷部位，從而促進(jìn)損傷部位的修復(fù)損傷組織[27]。心肌受損，損傷部位釋放趨化因子，吸引靜脈內(nèi)MSC遷移至損傷部位心肌組織達(dá)7天。

MSc具有很強(qiáng)的穿透血管的能力，這種能力不受血管通透性的影響，這在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到了很好的證明。如建立小鼠皮膚炎癥模型，給予MSC靜脈注射，觀察到約47.8%的MSC在2小時(shí)后通過(guò)血管壁進(jìn)入肌肉組織。

▲MSC穿透血管的示意圖

結(jié)語(yǔ)

epilogue

不同實(shí)驗(yàn)中MSc的時(shí)間有顯著性差異。如果是外周靜脈輸注，MSc在體內(nèi)的分布比較一致，首先在肺內(nèi)匯聚，少量的MSc可以通過(guò)肺到達(dá)肝、脾、腎、胰腺等血液豐富的器官，還有少量可以遷移到骨髓。

從目前的研究成果來(lái)看，無(wú)論是局部注射還是全身注射，無(wú)論是自體MSC還是異體MSC，體內(nèi)都會(huì)逐漸清除MSC。去除率與機(jī)體免疫系統(tǒng)、輸入方式、細(xì)胞來(lái)源組織、細(xì)胞供體年齡、細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)短等因素有關(guān)。單次MSc輸入的影響并不持久。

由于MSC具有趨化性和向損傷部位遷移的特點(diǎn)，MSC在健康體和損傷體中的分布略有不同；MSC不能識(shí)別損傷類型（如急慢性損傷、出血性損傷或缺血性損傷等），如果體內(nèi)存在多發(fā)性損傷，損傷細(xì)胞的數(shù)量也會(huì)增加MSC對(duì)各損傷部位的趨化性降低。

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