《Frontiers in Immunology》：Evaluation of 3D biomimetic microcarriers for enhancing therapeutic efficacy of human umbilical cord mesenchymal stem cells in psoriasis treatment
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本文系统评估了三维（3D）微载体-生物反应器系统对人脐带间充质干细胞（hUC-MSCs）生物学特性及治疗银屑病潜力的影响。研究发现，3D培养在保持细胞遗传稳定性和多向分化潜能的同时，显著增强了hUC-MSCs的增殖能力、干性维持及免疫调节功能。其条件培养基可有效抑制IL-17A诱导的角质形成细胞NF-κB通路活化；在银屑病小鼠模型中，3D-hUC-MSCs通过减少免疫细胞浸润、调节Th1/Th17平衡及抑制IL-17相关炎症通路，显著改善皮肤病变。转录组分析进一步揭示其作用涉及Toll样受体、细胞因子受体互作、NF-κB及IL-17信号通路。该研究为优化MSCs培养工艺及治疗免疫性疾病提供了新策略。
引言
银屑病是一种影响全球约2%–3%人口的慢性炎症性皮肤病，其特征包括角质形成细胞异常增殖和免疫细胞浸润，涉及先天性与适应性免疫应答的紊乱。现有生物制剂虽有一定疗效，但存在复发、耐药及不良反应等问题，亟需更安全有效的治疗策略。间充质干细胞（MSCs）因其多向分化潜能和免疫调节能力，在再生医学和自身免疫病治疗中展现出广阔前景。然而，传统二维（2D）培养系统难以模拟体内微环境，可能导致细胞功能受限。三维（3D）培养技术通过模拟细胞间及细胞-基质相互作用，为优化MSCs功能提供了新思路。
材料与方法
研究采用健康足月婴儿脐带分离hUC-MSCs，通过组织块贴壁法进行原代培养。3D培养使用由重组人源化胶原蛋白构成的仿生微载体（粒径125–250 μm，孔隙率≥90%），在搅拌式生物反应器中间歇性振荡培养。细胞扩增后通过微载体裂解化合物回收，并利用流式细胞术、核型分析、软琼脂克隆形成实验等进行质量评估。体外实验中，采用IL-17A刺激HaCaT细胞构建银屑病角质形成细胞模型，通过Western blot和RT-qPCR分析NF-κB通路关键蛋白及炎症因子表达。体内实验采用咪喹莫特（IMQ）联合IL-23诱导的银屑病小鼠模型，通过尾静脉注射2D或3D培养的hUC-MSCs（5×105细胞/只），评估皮肤病变程度、免疫细胞浸润及炎症因子水平。
结果
3.1 3D-hUC-MSCs的形态与表型特征
荧光显微镜显示hUC-MSCs可高效黏附于3D微载体，在125 mL至2 L生物反应器中扩增后细胞活性均超过95%，且微载体残留浓度低于1.5 μg/mL。3D培养的细胞在重新贴壁后仍保持典型纺锤形形态，表面标志物CD73、CD90、CD105呈阳性，而造血细胞标志物（CD11b、CD19、CD34、CD45、HLA-DR）为阴性，符合国际细胞治疗学会（ISCT）标准。
3.2 细胞质量与安全性评估
3D-hUC-MSCs在成脂、成骨及成软骨诱导分化中均表现出多向分化潜力。核型分析显示其染色体结构稳定，软琼脂实验未见克隆形成，端粒酶活性检测呈阴性，短串联重复序列（STR）分析证实无交叉污染，表明3D培养在提升细胞产量的同时未引入致瘤风险。
3.3 细胞活性与免疫功能增强
与2D培养相比，3D-hUC-MSCs的β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）阳性细胞率显著降低，衰老相关基因（PARP1、P19、P21、P53）表达下调，而成纤维细胞集落形成单位（CFU-F）数量明显增加。干性标志物（OCT4、SOX2、NANOG）及免疫调节因子（IL-4、IL-10、TGF-β）的mRNA表达均显著上调，提示3D微环境有助于维持细胞年轻态并增强其免疫调节能力。
3.4 3D培养条件培养基抑制IL-17A/NF-κB通路
在IL-17A刺激的角质形成细胞中，3D-hUC-MSCs条件培养基可更显著降低IL-8、IL-6、TNF-α、IL-1β、CCL20等炎症因子的mRNA表达。Western blot结果显示，其能有效抑制IL-17RA表达及p-P65磷酸化，表明3D培养通过旁分泌作用阻断IL-17A/NF-κB信号通路激活。
3.5 3D-hUC-MSCs显著缓解银屑病样皮炎
在IMQ+IL-23诱导的小鼠模型中，3D-hUC-MSCs治疗组体重恢复更快，皮损红斑、鳞屑及表皮增厚明显改善，银屑病面积与严重程度指数（PASI）评分显著降低。组织学分析显示其减少CD3+T细胞、Ly6G+中性粒细胞及F4/80+巨噬细胞浸润，并抑制Ki67阳性细胞增殖。流式细胞术进一步证实3D-hUC-MSCs可降低淋巴结中T-bet+/CD4+（Th1）和RORγT+/CD4+（Th17）细胞比例。
3.6 转录组学揭示IL-17/NF-κB为核心靶点
RNA测序（RNA-seq）发现3D-hUC-MSCs治疗组共有324个差异表达基因（DEGs），其中291个下调基因富集于炎症反应、先天免疫应答等生物学过程。KEGG通路分析表明，Toll样受体、NF-κB、TNF及IL-17信号通路被显著抑制。Western blot验证了皮肤组织中IL-17A、IL-17RA及p-P65蛋白表达下降，从分子层面阐释了治疗机制。
讨论
本研究证实微载体基3D培养系统可模拟体内生态位，通过增强细胞间相互作用、激活干性相关转录程序，显著提升hUC-MSCs的增殖效率、干性维持及免疫抑制功能。其在银屑病治疗中的优越性源于多重机制：一方面，3D培养优化了细胞的分泌组，促进抗炎因子及免疫调节相关外泌体的释放；另一方面，通过靶向IL-17/NF-κB轴，直接抑制角质形成细胞过度活化及Th1/Th17免疫应答，打破炎症恶性循环。尽管当前研究存在供体单一、模型局限性等问题，但为MSCs的规模化制备及临床应用提供了工艺基础。
结论
3D微载体培养技术可有效增强hUC-MSCs的生物学功能及治疗潜力，其通过多靶点调节银屑病免疫微环境，为自身免疫病和再生医学领域提供了新的细胞治疗策略。
