综述：间充质基质细胞与神经炎症：神经保护的多模式方法及未来治疗前景

《Translational Neurodegeneration》：Mesenchymal stromal cells and neuroinflammation: a multimodal approach to neuroprotection and future therapeutic horizons

　　

随着全球人口老龄化，神经退行性和神经炎症性疾病正迅速成为日益严峻的公共卫生挑战，现有的干预措施在很大程度上仍是对症治疗，且通常对长期疾病进展影响有限。涉及间充质基质细胞（MSC）的疗法因其在调节免疫反应和赋予神经保护方面的多方面能力，已成为跨中枢神经系统（CNS）慢性疾病的一种潜在临床治疗策略，并吸引了大量关注。虽然最初因其多系分化潜力而被探索，但如今MSC主要因其旁分泌功能而被认可，包括分泌可溶性因子和细胞外囊泡。这些无细胞介质通过减轻神经炎症、稳定血脑屏障、重编程胶质细胞和淋巴细胞活性，以及递送调节神经元凋亡和炎症基因网络的微小RNA，从而诱导多种神经保护作用。本综述中，研究人员总结了来自体外和体内临床前模型以及早期临床研究的分子证据，这些证据表明组织来源和免疫生物可塑性如何塑造MSC的疗效。研究人员进一步强调了无细胞MSC衍生疗法的新兴趋势，其为CNS常见神经退行性和神经炎症性疾病的治疗干预，特别是阿尔茨海默病、帕金森病和多发性硬化症（一种原发性自身免疫性脱髓鞘疾病），提供了一个机制上多功能的平台。

引言

随着医学进步显著提高预期寿命，这一人口结构变化也同时导致与年龄相关的神经退行性疾病增加，已成为主要的全球健康负担。NNDs是CNS内以进行性、区域特异性神经元变性为特征的异质性疾病。尽管病因和病理特征各异，但这些疾病通常共享一些共同的机制，包括突触功能障碍、伴有蛋白质聚集的蛋白质稳态异常、细胞骨架破坏、代谢失衡、基因组损伤和慢性神经炎症，其中后者被认为是核心病理特征。因此，阐明神经炎症相互作用的细胞和分子基础是开发新治疗策略的关键一步。MSC是最具吸引力的策略之一，其治疗作用现已知主要由其旁分泌信号介导。MSC分泌因子（分泌组）或分离的细胞外囊泡等无细胞衍生物，含有免疫调节、神经营养和抗凋亡因子，能够对神经炎症微环境进行多靶点干预和重编程。本综述旨在剖析MSC衍生产物与神经退行性和炎症环境之间的动态相互作用，重点关注其多效性治疗作用的机制基础。

神经炎症在中枢神经系统疾病中的作用

神经炎症包括小胶质细胞和星形胶质细胞的激活、促炎细胞因子分泌增加以及外周免疫细胞浸润进入CNS，最终导致局部组织损伤。在生理条件下，常驻胶质细胞通过感知扰动、清除细胞碎片和参与宿主防御来维持CNS稳态。相反，这些细胞的持续或失调激活可驱动慢性神经炎症，这是多种CNS疾病的共同特征。面对炎症应激，神经元也可采取“神经炎症”表型。总体而言，小胶质细胞、星形胶质细胞和浸润的免疫细胞是主要介质，释放细胞因子和活性氧，从而放大神经元应激反应和炎症相关的神经元功能障碍。

神经炎症中枢神经系统微环境中的胶质细胞和内皮细胞动态

小胶质细胞监视与激活状态

小胶质细胞能通过表达多种模式识别受体（特别是Toll样受体）来检测病原体和损伤相关分子模式。它们可吞噬细胞碎片、病原体和凋亡小体，从而维持CNS完整性。除了免疫监视，小胶质细胞还参与组织稳态、突触重塑和髓鞘形成。小胶质细胞表现出一系列激活状态，而非严格的M1/M2分类。为清晰起见，本文使用“M1样”和“M2样”来指代。M1样小胶质细胞被干扰素-γ或TLR结合触发，产生白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α、IL-6、一氧化氮和金属蛋白酶。相反，M2样状态通过IL-10和转化生长因子-β促进炎症消退和修复。在生理条件下，小胶质细胞激活是短暂的，并在触发刺激消除后消退。然而，在慢性NNDs中，持续的刺激使小胶质细胞维持在持续的促炎和神经毒性表型。例如，在阿尔茨海默病中，β-淀粉样蛋白斑块和过度磷酸化的tau蛋白诱导小胶质细胞激活，导致组织损伤并释放损伤相关分子模式，进一步放大炎症。小胶质细胞激活甚至可通过上调IFITM3或释放铁来促进Aβ的产生和聚集。小胶质细胞激活也能驱动tau病理，因为小胶质细胞衍生的外泌体能运输过度磷酸化的tau，促进神经纤维缠结的朊病毒样传播并加剧神经变性。类似地，在帕金森病中，错误折叠和聚集的α-突触核蛋白可强烈激活小胶质细胞/单核细胞，促进促炎介质的分泌。值得注意的是，当小胶质细胞被耗尽或不存在时，α-突触核蛋白诱导的神经毒性显著降低，表明小胶质细胞激活对神经元损伤至关重要。

星形胶质细胞动态：从支持到反应性

星形胶质细胞现在被认为是神经炎症的积极参与者。在正常情况下，它们通过维持血脑屏障完整性、调节突触可塑性、调节离子和液体平衡、清除凋亡小体和病原体以及形成胶质瘢痕来支持CNS稳态。然而，炎症信号可以将它们转化为神经毒性反应性星形胶质细胞。它们可以释放IL-1β、TNF-α、NO和补体成分3，并增加胶质纤维酸性蛋白、IL-17受体和原肌球蛋白受体激酶B的表达。相反，促进消退的星形胶质细胞支持组织修复和神经发生，并通过产生抗炎细胞因子（如IL-4、IL-10、TGF-β）以及神经营养因子（包括脑源性神经营养因子和胶质细胞源性神经营养因子）来改善炎症。信号转导和转录激活因子3是星形胶质细胞分化的关键调节因子。星形胶质细胞和小胶质细胞进行双向通信。星形胶质细胞衍生的IL-1β、补体蛋白、NO、硫酸软骨素蛋白聚糖以及趋化因子可以增强小胶质细胞的神经毒性激活。反过来，小胶质细胞释放的TNF-α、IL-1α和补体成分1q维持星形胶质细胞激活。在AD模型中，星形胶质细胞标记物GFAP的表达增加，表明疾病相关星形胶质细胞的出现。DAAs表现出与炎症和淀粉样蛋白代谢相关的基因表达改变，同时支持神经元的关键基因表达减少。在PD模型中，特别是MPTP模型中，在多巴胺能神经元损失区域附近观察到C3⁺反应性星形胶质细胞显著增加。慢性给予BSSG也会增加共表达C3与GFAP或S100B的星形胶质细胞群体。

血脑屏障在健康和疾病中的完整性

血脑屏障由内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞终足组成，形成一道半透性屏障，严格调节CNS与循环系统的交换。血脑屏障的完整性由连接脑微血管内皮细胞的紧密连接介导。在神经炎症期间，血脑屏障完整性受损。促炎性胶质细胞激活负向调节紧密连接蛋白的表达，促进屏障渗漏，并允许循环免疫细胞和可溶性炎症介质进入CNS，从而在一个自我维持的有害循环中放大胶质反应和组织损伤。在生理条件下，星形胶质细胞通过释放GDNF、成纤维细胞生长因子和血管生成素-1来增强血脑屏障的不渗透性。然而，在缺氧和葡萄糖剥夺条件下，星形胶质细胞会上调基质金属蛋白酶（特别是MMP9）和血管内皮生长因子，这些物质会降解紧密连接。在多发性硬化症中升高的细胞因子（如IL-6和制瘤素M）通过降低claudin-5的表达来破坏屏障。小胶质细胞激活也会增加血脑屏障的通透性。脂多糖刺激的小胶质细胞会增加血脑屏障的通透性，这种效应可以通过减少ROS产生或使用中和抗体阻断TNF-α来逆转。将BMEC暴露于IL-1β会通过激活蛋白激酶C导致ZO-1磷酸化，使其从细胞膜重新定位到细胞质，破坏其与其他紧密连接蛋白的相互作用。同样，长时间暴露于IL-1β会通过促进β-连环蛋白和FOXO1的核转位来下调claudin-5的表达。IL-1β也通过丝裂原活化蛋白激酶信号通路降低occludin的表达。TNF-α通过核因子κB信号和磷脂酰肌醇3-激酶途径抑制claudin-5启动子活性。TNF-α也降低occludin和ZO-1的表达，同时间接诱导BMEC释放IL-6和SPARC，这是一种阻碍紧密连接正常功能的细胞外基质重塑蛋白。

外周免疫参与中枢神经系统组织损伤

神经炎症并非仅由CNS常驻细胞驱动。外周免疫细胞在启动和放大神经炎症过程中也发挥着重要作用。尽管剖析每种细胞在NNDs中的确切作用很复杂，但多发性硬化症可能作为一个典型范例，因为它是一种由靶向CNS抗原的自身反应性CD4⁺T淋巴细胞驱动的自身炎症性疾病。与帕金森病或阿尔茨海默病（其中神经炎症通常被认为是继发性并促成神经变性）不同，多发性硬化症是CNS的一种原发性慢性自身免疫性和脱髓鞘疾病。在实验性自身免疫性脑脊髓炎中，用髓鞘碱性蛋白进行外周免疫会引发CD4⁺T细胞介导的免疫反应。自身反应性T细胞的募集由整合素LFA-1和VLA-4的上调促进。Th17细胞具有特别强大的神经毒性作用。CD8⁺T细胞在脱髓鞘部位含量丰富，并通过与抗原呈递细胞相互作用被激活。由于神经元轴突组成性表达MHC-I，它们特别容易受到CD8⁺T细胞介导的细胞毒性的影响。除了释放促炎细胞因子，CD8⁺T细胞还释放穿孔素和颗粒酶A/B，诱导直接细胞溶解损伤。最后，它们可以通过FAS信号触发神经元膜和轴突的caspase依赖性凋亡。尽管如此，CD8⁺T细胞也能发挥调节功能。CD4⁺Tregs拮抗Th1、Th17和细胞毒性CD8⁺T淋巴细胞。在多发性硬化症中，CD25和CTLA-4的突变，以及FoxP3和IL-10的表达降低，损害了Treg功能。B细胞也有助于多发性硬化症的发病机制。B细胞通过呈递抗原和表达共刺激因子来增强T细胞激活。它们还在多发性硬化症患者的脑膜内形成三级淋巴结构，实现局部T细胞激活和扩增。自身反应性B细胞通过分化为浆细胞来加剧组织变性，浆细胞产生靶向髓鞘和少突胶质细胞的抗体，促进自然杀伤细胞和细胞毒性T细胞的抗体依赖性细胞介导的细胞毒性。此外，多发性硬化症将人B细胞的细胞因子谱从初始B细胞产生IL-10转变为记忆B细胞分泌TNF-α，降低了调节能力。在外周水平，多发性硬化症患者的单核细胞表现出促炎特征。经典型CD14⁺CD16^-CCR2⁺单核细胞沿着CCL2梯度侵入CNS。单核细胞进入脑膜是EAE中最早的免疫学事件之一。除了浸润，单核细胞和髓系细胞还作为APCs，通过呈递CNS自身抗原来维持神经炎症。然而，靶向CCR2的临床试验结果不一，表明单核细胞并非完全具有致病性，也可能通过补充巨噬细胞群来支持组织修复。在神经变性中，髓鞘降解和少突胶质细胞死亡导致的细胞外铁积累与更严重的认知能力下降相关，小胶质细胞和巨噬细胞通过表达转铁蛋白受体来清除铁并限制ROS产生，从而缓解这种情况。自然杀伤细胞在多发性硬化症发病机制中的作用尚未完全明确。自然杀伤细胞可以通过杀伤抗原呈递树突状细胞和自身反应性T淋巴细胞来限制神经炎症。此外，自然杀伤细胞可以限制初始T细胞分化为靶向髓鞘抗原的Th1和Th17克隆。这种保护活性部分依赖于CD226。多发性硬化症将自然杀伤细胞的成熟偏向CD56^bright亚群，该亚群是脑脊液中的主要自然杀伤细胞亚群。活化的T细胞上调NKG2D受体的配体，使其易受自然杀伤细胞介导的细胞毒性影响。自然杀伤细胞也通过NKG2D和自然细胞毒性受体NKp46靶向小胶质细胞，以及不成熟的髓系来源细胞。有趣的是，几种多发性硬化症疗法可调节自然杀伤细胞的细胞毒性。

MSCs在中枢神经系统修复中的作用：作用机制与治疗前景

MSCs因其调节CNS微环境和促进损伤后功能恢复的能力而备受关注。国际细胞与基因治疗学会将MSC定义为具有可塑性贴壁、多能性、表达CD105、CD73和CD90，但缺乏造血和免疫标记物的细胞。MSC也表现出三系分化潜能。它们可以从多种组织中分离。骨髓来源的MSC是最早被鉴定的，因此被表征得最深入，并且仍然是原型来源。它们的主要局限在于其定位，因为骨髓抽吸本质上是侵入性的，限制了常规样本采集。相比之下，脂肪来源的MSC和外周血来源的MSC在可及性、降低手术风险和自体应用方面具有优势。随着时间的推移，可获取组织的范围已经扩大，神经嵴来源的MSC群在口腔黏膜和牙髓中被鉴定。围产期组织已迅速成为MSC的高度便利来源。由于这些组织通常在出生后被丢弃，它们的使用避免了额外侵入性手术的需要，为MSC分离提供了伦理上有利且易于获取的来源。围产期MSC表现出高增殖能力和强大的免疫调节活性，并产生神经营养因子。这些细胞在缺血性中风和亨廷顿病模型中显示出益处。试图选择单一MSC来源作为治疗人类疾病的普遍优越方法被认为是过时的。很明显，每种MSC群体都表现出不同的优势和局限性，这些优势和局限性根据病理背景的不同而不同。从临床角度来看，MSC已显示出卓越的安全性。在多项针对NNDs治疗的I期临床试验中，MSC输注与非常有限的移植物相关反应和极低的不良事件发生率相关。

MSC介导的免疫调节的主要轴

MSC显示的令人鼓舞的安全性依赖于多种分子机制，其中极低的免疫原性是最突出的。这一内在特征促使人们假设其临床应用可能依赖于其调节失调免疫反应的能力。目前的共识强调，MSC介导的神经修复主要来自旁分泌机制，而不是神经元替代。引人注目的是，这种调节功能不依赖于细胞活力；即使在MSC代谢失活、破碎或凋亡时，它仍然存在，强调了其生物活性的旁分泌性质。在体外产生的凋亡MSC保留了其免疫调节能力。输注后，它们被宿主巨噬细胞吞噬，随后巨噬细胞上调IDO，这是色氨酸代谢中的限速酶，对免疫抑制至关重要。这些观察结果促成了无细胞疗法的发展，旨在保留MSC的免疫调节和营养作用，同时提高标准化、可扩展性和安全性。MSC对先天性免疫细胞具有多方面影响。通过分泌可溶性介质，MSC可以将小胶质细胞和单核细胞重编程为具有神经保护作用的M2样表型，其特征是IL-10和精氨酸酶-1分泌增强，促炎效应物下调。这种重编程也发生在代谢水平，并得到外泌体递送微小RNA的进一步支持，这些微小RNA调节基因表达网络。M2单核细胞也下调共刺激分子，减少促炎性T淋巴细胞，并促进Tregs的分化，将免疫调节作用扩展到其他免疫细胞。与脐带来源MSC共培养的单核细胞显示HLA-DR/DP/DQ和CD86表达降低，以及抗原呈递能力和吞噬作用受损。脐带来源MSC还将单核细胞重编程以获得CD14⁺CD16⁺CD206⁺表型，其特征是分泌IL-10和上调程序性死亡配体-1。MSC也可以调节适应性免疫反应。MSC通过接触依赖和非依赖性机制抑制T细胞增殖。FasL介导的凋亡已在共培养模型中显示，而外泌体可以通过调节细胞周期蛋白依赖性激酶2和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1B的表达来阻止T细胞周期。