炎癥性腸病（IBD）是一組病因未明的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結腸炎及克羅恩病，發病與遺傳、環境、免疫、炎癥反應等多方面的因素有關，在我國的發病率上升趨勢也非常明顯。現有的IBD治療以藥物治療為主，主要包括氨基水楊酸制劑、糖皮質激素、免疫抑制劑、生物制劑等，近年來干細胞在IBD治療中的作用得到越來越多的重視，而目前的研究多應用造血干細胞移植（HSCT）及間充質干細胞（MSC）來治療IBD。HSCT用于治療IBD的可能機制包括基因治療、直接參與受損腸黏膜修復及調節T淋巴細胞功能等方面；MSC用于治療IBD的可能機制包括在受損腸道局部定植參與修復、免疫調節功能及促進損傷局部微循環重建等功能。HSCT及MSC在IBD患者的治療中具有廣泛的前景和研究空間。現就干細胞在治療IBD中的應用進行綜述。
引用本文： 林艷, 鄭長青. 干細胞移植治療炎癥性腸病：造血干細胞和間充質干細胞的應用. 華西醫學, 2015, 30(3): 565-568. doi: 10.7507/1002-0179.20150163 復制
炎癥性腸病（IBD）是一種病因尚不十分清楚的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結腸炎（UC）和克羅恩病（CD）。IBD是北美和歐洲的常見病，而近10多年來，本病在我國的發病率上升趨勢明顯，且對年輕患者影響較大[1-2]。目前，IBD的發病因素包括遺傳、環境、免疫、炎癥反應等多方面的因素，而UC和CD的致病因素并不完全相同，造成的病變部位和組織損害也不同。現有的IBD治療以藥物治療為主，主要包括氨基水楊酸制劑、糖皮質激素、免疫抑制劑3類，對于激素及免疫抑制劑治療無效或激素依賴、不能耐受上述藥物治療者，可考慮生物制劑如英夫利西治療，但其長期應用效果不理想。對于藥物無法控制的病情危重者，則常需采用外科手術治療。近年來，利用干細胞移植治療即修復機體的組織成為國內外學者研究的重點之一，越來越多的學者發現了干細胞在治療腸道疾病中的作用，這為IBD的臨床治療提供了一個新的方向與思路。
1 IBD的病理基礎
IBD的發病原因至今仍未明確，目前的研究表明，其發病因素與遺傳、環境、先天及獲得性免疫誘導、腸上皮屏障功能和局部的微生態組成有關[3]。IBD為多基因病，易感點位于3、7、12、16號染色體上，NOD2/CARD15為IBD的第一個易感基因，其編碼的蛋白質僅在外周單核細胞中表達，可以介導細胞凋亡以及誘導核因子κB的激活，NOD2/CARD15突變可以使患者體內合成大量蛋白，降低患者腸道的免疫耐受性。在腸道局部，IBD與免疫反應密切相關，其中CD被認為與輔助性T細胞（Th）1、Th17細胞應答有關，共同介導組織損傷，而UC主要由Th2細胞介導免疫反應，同時還與自然殺傷細胞的直接及間接殺傷作用有關[4-5]。其他獲得性免疫反應的組成部分還有細菌的識別、主要組織相容性復合體分子抗原提呈導致自身吞噬，黏附分子、細胞因子及mRNA的過度表達參與氧化應激反應有關[6]。此外，腸上皮屏障功能的損害，腸道內菌群穩態失衡，使得一些內源性細菌過度生長，并且使機體對外源性細菌的易感性增強，致病菌分泌的毒素從而通過抗原-抗體反應導致腸道黏膜的炎癥反應及損傷[7]。
2 干細胞治療IBD的起源
干細胞是具有自我更新、高度繁殖和多向分化潛能的一類細胞，根據發育階段可分為胚胎干細胞和成體干細胞。目前可用于IBD治療的包括造血干細胞、間充質干細胞（MSC）、腸道上皮干細胞等。腸道干細胞是最好的干細胞來源，但由于腸道上皮干細胞來源有限，在體外不能長期培養擴增，所以目前的研究多應用造血干細胞移植（HSCT）及MSC治療。干細胞移植治療IBD的思路最早來源于合并血液及惡性腫瘤的患者。1993年，Drakos等[8]報道了第1例HSCT后CD獲得緩解的病例，Kashyap等[9]則觀察了1例合并非霍奇金淋巴瘤的CD患者，經過自體HSCT獲得了7年的臨床緩解。隨后，自體及異體干細胞移植從機會性應用逐漸開始針對性用于治療難治性及合并多種并發癥的IBD患者。2005年，Oyama等[10]報道了12例難治性CD，其中11例通過自體HSCT獲得臨床緩解。我國學者劉靜等[11]亦報道了采用臍帶血MSC治療1例頑固性UC患者并得到了良好的效果。諸如此類的報道在近些年來正在逐年增加。
3 HSCT的機制及應用
造血干細胞具有再生免疫細胞的能力，HSCT的過程大致是通過放射、化學治療或其他免疫抑制劑預處理，清除現有的異常免疫系統，然后將供者的造血干細胞輸入體內，替代原有的造血干細胞重建造血及免疫功能，達到治療目的。在干細胞治療中，HSCT的應用較早且較為普遍，現已廣泛用于各種惡性腫瘤的治療，在治療自身免疫性疾病方面也得到了進一步的進展。IBD患者對腸道內免疫耐受發生障礙，因此是一種自身免疫性疾病，HSCT理論上可以在IBD患者腸道內建立新的免疫系統，避免自身免疫的攻擊[12-13]。其可能機制主要有：① 基因治療：IBD易感基因NOD2/CARD15基因表達可能在造血干細胞內，因此，通過異體HSCT可消除基因學缺陷，重建免疫系統。② 直接參與受損腸黏膜修復：實驗證明，骨髓干細胞移植入IBD模型小鼠體內，可以恢復受損腸黏膜組織微循環，加速修復，從而替代腸上皮發揮再生能力[14]。③ 調節T淋巴細胞功能：Th細胞異常應答可以介導IBD的產生，除細胞因子釋放外，還有基質金屬蛋白酶參與這一過程。Th1、Th17為主的免疫應答發展為CD，釋放白細胞介素（IL）-2、干擾素-γ、腫瘤壞死因子，引起炎癥反應及遲發型超敏反應。Th2為主的免疫應答則發展為UC，釋放IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13，增強體液免疫應答。在正常情況下，T淋巴細胞激活腸道成纖維細胞制造基質金屬蛋白酶，以降解細胞外基質[15]，而IBD病變腸黏膜中基質金屬蛋白酶過度表達，導致病程進一步發展。HSCT的預備性化學治療摧毀了包括異常T淋巴細胞在內的免疫系統，使免疫系統回到幼稚狀態，然后通過T淋巴細胞在胸腺內的重新選擇再生成一個能夠免疫耐受的T淋巴細胞種群。目前的研究在多發性硬化及系統性紅斑狼瘡的HSCT后觀察到了這種T淋巴細胞更新的過程[16-17]。Burt等[18]對于HSCT應用于IBD治療作了較為全面的報道，24例對于包括生物治療在內的常規治療方法療效不理想的CD患者，接受了自體HSCT后，獲得1、3、5年緩解的比例分別為91%、57%和19%。目前，對于自體HSCT用于難治性CD的治療，一個多中心的前瞻性隨機Ⅲ期研究正在進行中。盡管HSCT的有效性得到了多方面的肯定，目前安全性仍是一個需要克服的問題。自體HSCT不能從根本上解決基因缺陷問題，但可能由于重建免疫系統后缺失觸發物得到長期緩解；而異體HSCT雖然可能完全“治愈”IBD，卻大大增加了移植物排斥的一系列風險，同時也存在人類白細胞抗原配型相合供體干細胞來源缺乏，移植后長期應用免疫抑制劑等問題。
4 MSC的機制及應用
MSC是一種來源于中胚層的多能干細胞，具有分化成不同的間質細胞的能力，同時可以施加免疫抑制功能。上述兩種特點使MSC可以應用于炎癥介導的組織損傷的再生過程[19]。目前，MSC的來源主要是骨髓，即骨髓間充質干細胞（bm-MSC）。除此之外，脂肪間充質干細胞（ad-MSC）、臍帶間充質干細胞（uc-MSC）也是較為理想的來源。MSC治療IBD的可能機制如下：① 在受損腸道局部定植參與修復：在對UC大鼠模型進行bm-MSC移植后，在修復損傷期，bm-MSC隨損傷的加重遷移率增加，恢復期則明顯下降[20]。研究還證實，移植的bm-MSC能在大鼠模型的腸道中定植，參與修復過程[21]。國內已有研究證明將4’，6-二脒基-2-苯基吲哚標記的第3代胎兒bm-MSC種植到腸結締組織塊表面培養后，MSC可在局部生長并可分化為具有上皮細胞表型的細胞[22]，而相關體內實驗尚需進一步完善。② 免疫調節功能：體外實驗已證明，MSC對于先天免疫及獲得性免疫都具有調節作用。它不但可以干擾補體系統、Toll樣受體信號傳導、巨噬細胞、樹突細胞、中性粒細胞、自然殺傷細胞的功能，還能影響T細胞功能，誘導調節性T細胞，對B細胞也有抑制作用。MSC對免疫系統的影響表現為雙向調節，在干擾素-γ、腫瘤壞死因子-α和IL-1β等可溶性促炎癥性細胞因子的影響下，MSC分化為免疫抑制的表型，并通過直接接觸發揮作用；而當活動性感染發生時，MSC則分化為促炎癥表型[23-24]。實驗證明，經干擾素-γ刺激的MSC對于結腸炎小鼠模型從減少體質量減輕和降低組織學評分2個方面都表現出較好的療效[25]。③ 促進損傷局部微循環重建：Britten等[26]的實驗表明，bm-MSC可以在放射性腸炎腸道定植并分化成腸上皮下肌成纖維細胞，這種細胞可以直接分泌和旁分泌多種細胞因子，組成腸道干細胞微環境。這些細胞因子可以參與調控腸道上皮細胞的增殖和分化、保護黏膜、促進傷口愈合、協助水和電解質的運輸、促進細胞外基質的新陳代謝和基膜的生長等過程[27]。此外，尚有研究證明，bm-MSC在一定條件下可分化為血管內皮樣細胞。由于MSC的免疫抑制特性，其應用于治療和預防移植物抗宿主疾病取得了一定的進展[28-29]，而在治療IBD的領域，它主要有2個適應證：管腔疾病和瘺管，對于前者主要應用了MSC免疫抑制的功能，而后者則需要其發揮定植分化的作用。一個對照試驗評估了ad-MSC與纖維蛋白膠對合并及不合并瘺管的CD患者的治療效果，結論是治療組70%的患者有效，高于對照組4倍[30]，但4年之后，僅33%的治療組患者和15%的對照組患者仍有效[31]。另一研究選擇了7例難治性IBD患者，其中4例為CD患者、3例為UC患者，對他們進行了異體MSC移植，其中5例患者獲得了緩解，2例維持了2年時間[32]。盡管MSC的有效性尚需進一步論證，但其安全性令人較為滿意。MSC注射后的不良反應主要為短暫發熱，無毒性反應、器官系統并發癥、感染、腫瘤或致死性反應[33]。MSC用于治療IBD具有充滿希望的前景，但其目前必須克服的困難在于MSC來源的選擇和提純。由于MSC并不是單一成分的細胞，為提高治療的針對性，需要確定并分離出發揮效應的某一細胞亞群。
5 結語
難治性IBD患者的治療仍然是一個巨大的挑戰，而干細胞治療無疑表現出較為廣闊的前景。HSCT和MSC治療對于控制疾病進展都表現出一定的療效。HSCT的有效性現已得到了證實，但不能忽視的是其不良反應的高發生率，提高HSCT的安全性將會大大增加HSCT的應用潛力。MSC治療的效果也應該得到肯定，但由于其來源和制備方法缺乏統一的標準，其實驗結論目前尚存在一定的矛盾性。除HSCT和MSC之外，一些其他種類的干細胞治療研究也在進行之中。有理由相信，隨著理論的發展和科研實驗的進行，IBD患者有望得到徹底治愈，而干細胞治療無疑將在其中扮演愈發重要的角色。
炎癥性腸病（IBD）是一種病因尚不十分清楚的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結腸炎（UC）和克羅恩病（CD）。IBD是北美和歐洲的常見病，而近10多年來，本病在我國的發病率上升趨勢明顯，且對年輕患者影響較大[1-2]。目前，IBD的發病因素包括遺傳、環境、免疫、炎癥反應等多方面的因素，而UC和CD的致病因素并不完全相同，造成的病變部位和組織損害也不同。現有的IBD治療以藥物治療為主，主要包括氨基水楊酸制劑、糖皮質激素、免疫抑制劑3類，對于激素及免疫抑制劑治療無效或激素依賴、不能耐受上述藥物治療者，可考慮生物制劑如英夫利西治療，但其長期應用效果不理想。對于藥物無法控制的病情危重者，則常需采用外科手術治療。近年來，利用干細胞移植治療即修復機體的組織成為國內外學者研究的重點之一，越來越多的學者發現了干細胞在治療腸道疾病中的作用，這為IBD的臨床治療提供了一個新的方向與思路。
1 IBD的病理基礎
IBD的發病原因至今仍未明確，目前的研究表明，其發病因素與遺傳、環境、先天及獲得性免疫誘導、腸上皮屏障功能和局部的微生態組成有關[3]。IBD為多基因病，易感點位于3、7、12、16號染色體上，NOD2/CARD15為IBD的第一個易感基因，其編碼的蛋白質僅在外周單核細胞中表達，可以介導細胞凋亡以及誘導核因子κB的激活，NOD2/CARD15突變可以使患者體內合成大量蛋白，降低患者腸道的免疫耐受性。在腸道局部，IBD與免疫反應密切相關，其中CD被認為與輔助性T細胞（Th）1、Th17細胞應答有關，共同介導組織損傷，而UC主要由Th2細胞介導免疫反應，同時還與自然殺傷細胞的直接及間接殺傷作用有關[4-5]。其他獲得性免疫反應的組成部分還有細菌的識別、主要組織相容性復合體分子抗原提呈導致自身吞噬，黏附分子、細胞因子及mRNA的過度表達參與氧化應激反應有關[6]。此外，腸上皮屏障功能的損害，腸道內菌群穩態失衡，使得一些內源性細菌過度生長，并且使機體對外源性細菌的易感性增強，致病菌分泌的毒素從而通過抗原-抗體反應導致腸道黏膜的炎癥反應及損傷[7]。
2 干細胞治療IBD的起源
干細胞是具有自我更新、高度繁殖和多向分化潛能的一類細胞，根據發育階段可分為胚胎干細胞和成體干細胞。目前可用于IBD治療的包括造血干細胞、間充質干細胞（MSC）、腸道上皮干細胞等。腸道干細胞是最好的干細胞來源，但由于腸道上皮干細胞來源有限，在體外不能長期培養擴增，所以目前的研究多應用造血干細胞移植（HSCT）及MSC治療。干細胞移植治療IBD的思路最早來源于合并血液及惡性腫瘤的患者。1993年，Drakos等[8]報道了第1例HSCT后CD獲得緩解的病例，Kashyap等[9]則觀察了1例合并非霍奇金淋巴瘤的CD患者，經過自體HSCT獲得了7年的臨床緩解。隨后，自體及異體干細胞移植從機會性應用逐漸開始針對性用于治療難治性及合并多種并發癥的IBD患者。2005年，Oyama等[10]報道了12例難治性CD，其中11例通過自體HSCT獲得臨床緩解。我國學者劉靜等[11]亦報道了采用臍帶血MSC治療1例頑固性UC患者并得到了良好的效果。諸如此類的報道在近些年來正在逐年增加。
3 HSCT的機制及應用
造血干細胞具有再生免疫細胞的能力，HSCT的過程大致是通過放射、化學治療或其他免疫抑制劑預處理，清除現有的異常免疫系統，然后將供者的造血干細胞輸入體內，替代原有的造血干細胞重建造血及免疫功能，達到治療目的。在干細胞治療中，HSCT的應用較早且較為普遍，現已廣泛用于各種惡性腫瘤的治療，在治療自身免疫性疾病方面也得到了進一步的進展。IBD患者對腸道內免疫耐受發生障礙，因此是一種自身免疫性疾病，HSCT理論上可以在IBD患者腸道內建立新的免疫系統，避免自身免疫的攻擊[12-13]。其可能機制主要有：① 基因治療：IBD易感基因NOD2/CARD15基因表達可能在造血干細胞內，因此，通過異體HSCT可消除基因學缺陷，重建免疫系統。② 直接參與受損腸黏膜修復：實驗證明，骨髓干細胞移植入IBD模型小鼠體內，可以恢復受損腸黏膜組織微循環，加速修復，從而替代腸上皮發揮再生能力[14]。③ 調節T淋巴細胞功能：Th細胞異常應答可以介導IBD的產生，除細胞因子釋放外，還有基質金屬蛋白酶參與這一過程。Th1、Th17為主的免疫應答發展為CD，釋放白細胞介素（IL）-2、干擾素-γ、腫瘤壞死因子，引起炎癥反應及遲發型超敏反應。Th2為主的免疫應答則發展為UC，釋放IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13，增強體液免疫應答。在正常情況下，T淋巴細胞激活腸道成纖維細胞制造基質金屬蛋白酶，以降解細胞外基質[15]，而IBD病變腸黏膜中基質金屬蛋白酶過度表達，導致病程進一步發展。HSCT的預備性化學治療摧毀了包括異常T淋巴細胞在內的免疫系統，使免疫系統回到幼稚狀態，然后通過T淋巴細胞在胸腺內的重新選擇再生成一個能夠免疫耐受的T淋巴細胞種群。目前的研究在多發性硬化及系統性紅斑狼瘡的HSCT后觀察到了這種T淋巴細胞更新的過程[16-17]。Burt等[18]對于HSCT應用于IBD治療作了較為全面的報道，24例對于包括生物治療在內的常規治療方法療效不理想的CD患者，接受了自體HSCT后，獲得1、3、5年緩解的比例分別為91%、57%和19%。目前，對于自體HSCT用于難治性CD的治療，一個多中心的前瞻性隨機Ⅲ期研究正在進行中。盡管HSCT的有效性得到了多方面的肯定，目前安全性仍是一個需要克服的問題。自體HSCT不能從根本上解決基因缺陷問題，但可能由于重建免疫系統后缺失觸發物得到長期緩解；而異體HSCT雖然可能完全“治愈”IBD，卻大大增加了移植物排斥的一系列風險，同時也存在人類白細胞抗原配型相合供體干細胞來源缺乏，移植后長期應用免疫抑制劑等問題。
4 MSC的機制及應用
MSC是一種來源于中胚層的多能干細胞，具有分化成不同的間質細胞的能力，同時可以施加免疫抑制功能。上述兩種特點使MSC可以應用于炎癥介導的組織損傷的再生過程[19]。目前，MSC的來源主要是骨髓，即骨髓間充質干細胞（bm-MSC）。除此之外，脂肪間充質干細胞（ad-MSC）、臍帶間充質干細胞（uc-MSC）也是較為理想的來源。MSC治療IBD的可能機制如下：① 在受損腸道局部定植參與修復：在對UC大鼠模型進行bm-MSC移植后，在修復損傷期，bm-MSC隨損傷的加重遷移率增加，恢復期則明顯下降[20]。研究還證實，移植的bm-MSC能在大鼠模型的腸道中定植，參與修復過程[21]。國內已有研究證明將4’，6-二脒基-2-苯基吲哚標記的第3代胎兒bm-MSC種植到腸結締組織塊表面培養后，MSC可在局部生長并可分化為具有上皮細胞表型的細胞[22]，而相關體內實驗尚需進一步完善。② 免疫調節功能：體外實驗已證明，MSC對于先天免疫及獲得性免疫都具有調節作用。它不但可以干擾補體系統、Toll樣受體信號傳導、巨噬細胞、樹突細胞、中性粒細胞、自然殺傷細胞的功能，還能影響T細胞功能，誘導調節性T細胞，對B細胞也有抑制作用。MSC對免疫系統的影響表現為雙向調節，在干擾素-γ、腫瘤壞死因子-α和IL-1β等可溶性促炎癥性細胞因子的影響下，MSC分化為免疫抑制的表型，并通過直接接觸發揮作用；而當活動性感染發生時，MSC則分化為促炎癥表型[23-24]。實驗證明，經干擾素-γ刺激的MSC對于結腸炎小鼠模型從減少體質量減輕和降低組織學評分2個方面都表現出較好的療效[25]。③ 促進損傷局部微循環重建：Britten等[26]的實驗表明，bm-MSC可以在放射性腸炎腸道定植并分化成腸上皮下肌成纖維細胞，這種細胞可以直接分泌和旁分泌多種細胞因子，組成腸道干細胞微環境。這些細胞因子可以參與調控腸道上皮細胞的增殖和分化、保護黏膜、促進傷口愈合、協助水和電解質的運輸、促進細胞外基質的新陳代謝和基膜的生長等過程[27]。此外，尚有研究證明，bm-MSC在一定條件下可分化為血管內皮樣細胞。由于MSC的免疫抑制特性，其應用于治療和預防移植物抗宿主疾病取得了一定的進展[28-29]，而在治療IBD的領域，它主要有2個適應證：管腔疾病和瘺管，對于前者主要應用了MSC免疫抑制的功能，而后者則需要其發揮定植分化的作用。一個對照試驗評估了ad-MSC與纖維蛋白膠對合并及不合并瘺管的CD患者的治療效果，結論是治療組70%的患者有效，高于對照組4倍[30]，但4年之后，僅33%的治療組患者和15%的對照組患者仍有效[31]。另一研究選擇了7例難治性IBD患者，其中4例為CD患者、3例為UC患者，對他們進行了異體MSC移植，其中5例患者獲得了緩解，2例維持了2年時間[32]。盡管MSC的有效性尚需進一步論證，但其安全性令人較為滿意。MSC注射后的不良反應主要為短暫發熱，無毒性反應、器官系統并發癥、感染、腫瘤或致死性反應[33]。MSC用于治療IBD具有充滿希望的前景，但其目前必須克服的困難在于MSC來源的選擇和提純。由于MSC并不是單一成分的細胞，為提高治療的針對性，需要確定并分離出發揮效應的某一細胞亞群。
5 結語
難治性IBD患者的治療仍然是一個巨大的挑戰，而干細胞治療無疑表現出較為廣闊的前景。HSCT和MSC治療對于控制疾病進展都表現出一定的療效。HSCT的有效性現已得到了證實，但不能忽視的是其不良反應的高發生率，提高HSCT的安全性將會大大增加HSCT的應用潛力。MSC治療的效果也應該得到肯定，但由于其來源和制備方法缺乏統一的標準，其實驗結論目前尚存在一定的矛盾性。除HSCT和MSC之外，一些其他種類的干細胞治療研究也在進行之中。有理由相信，隨著理論的發展和科研實驗的進行，IBD患者有望得到徹底治愈，而干細胞治療無疑將在其中扮演愈發重要的角色。