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为解决 MSCs 体内治疗机制不明的问题，研究人员开展 ApoMSCs 及其分泌的 MSC-ApoEVs 的研究。结果发现二者有治疗及药物递送潜力。这为 MSCs 治疗提供新思路，推荐科研读者阅读，助于深入了解该领域前沿进展。
探索间充质干细胞凋亡的奥秘：开启再生医学新篇章
在医学的奇妙世界里，间充质干细胞（MSCs）就像是一群拥有神奇魔力的小精灵，一直备受科学家们的关注。过去几十年，MSCs 在众多疾病的治疗研究中表现出色，无论是在实验室的各种疾病模型实验里，还是在逐渐增多的临床试验中，都展现出了治疗疾病的潜力。一开始，大家都认为 MSCs 发挥治疗效果的关键在于那些存活的细胞，觉得它们主要是通过分化成各种细胞、分泌一些有用的物质，或者和其他细胞表面分子相互作用来治病。
然而，随着研究的深入，科学家们发现了一些让人惊讶的事情。原来，MSCs 进入体内后，就像进入了一个充满挑战的冒险世界，不管是通过静脉注射、直接注射到受损组织，还是其他方式进入体内，它们大多会在短时间内走向凋亡。静脉注射时，MSCs 很难到达需要修复的损伤部位，大部分会被困在肺部，然后迅速凋亡、破碎，最后被免疫细胞吞噬。直接注射到受损组织的 MSCs 也差不多，没几天就凋亡了，还会被组织里的吞噬细胞吞掉。这可让科学家们困惑不已，既然 MSCs 这么容易凋亡，那它们是怎么发挥治疗作用的呢？
为了弄清楚这些问题，相关研究人员进行了深入探索，并在《Stem Cell Research & Therapy》期刊上发表了名为 “Apoptotic mesenchymal stem cells and their secreted apoptotic extracellular vesicles: therapeutic applications and mechanisms” 的论文。研究发现，虽然 MSCs 容易凋亡，但这并不影响它们发挥治疗效果，甚至凋亡的 MSCs（ApoMSCs）及其分泌的凋亡细胞外囊泡（MSC-ApoEVs）还具有独特的治疗潜力，这一发现为基于 MSCs 的治疗提供了全新的思路。
研究人员为了开展这项研究，用到了好几种关键技术方法。他们利用了多种检测 MSCs 的技术，像让 MSCs 表达荧光蛋白或荧光素酶，或者用荧光染料、放射性示踪剂标记 MSCs，以此来追踪 MSCs 在体内的分布和命运。还通过动物模型实验，观察 ApoMSCs 和 MSC-ApoEVs 对各种疾病的治疗效果。另外，运用蛋白质组学分析等技术，研究 MSC-ApoEVs 里面的成分，探索它们发挥作用的机制。
下面我们来详细看看研究的结果。
一、移植 MSCs 的自发凋亡命运
研究人员通过各种检测技术发现，不管用哪种方式给动物移植 MSCs，它们在体内都会走向凋亡。比如，静脉注射是常见的移植方式，研究人员用带有标记的 MSCs 进行静脉注射实验，发现这些 MSCs 大多被困在肺部，而且在 30 分钟内，肺部超过一半的荧光阳性 MSCs 就开始出现凋亡相关的标记，1 小时内凋亡标记物 caspase 3 的表达水平大幅升高。24 小时后，存活的 MSCs 数量急剧减少。这表明静脉注射的 MSCs 在肺部就迅速凋亡了，之后还会被单核细胞吞噬。直接把 MSCs 注射到受损组织的实验结果也类似，3 - 5 天后，局部移植的 MSCs 就凋亡了，一周内几乎都被组织里的吞噬细胞吞噬。通过这些研究可以得出结论：移植的 MSCs 在体内会快速凋亡，并被免疫细胞吞噬。
二、自发凋亡 MSCs 对患病动物的影响
MSCs 虽然在体内存活时间短，但这并不影响它们发挥治疗效果。在移植物抗宿主病（GVHD）小鼠模型中，给小鼠输入 MSCs 后，1 小时内 MSCs 就因为细胞毒性免疫细胞的存在而大量凋亡，但这却有效地减少了 GVHD 效应细胞向脾脏和肺部的浸润，改善了病情。在急性肝损伤小鼠模型中，静脉输入的 MSCs 在 2 - 4 小时内凋亡，随着凋亡 MSCs 上磷脂酰丝氨酸（PS）水平升高，单核细胞来源的巨噬细胞被招募来吞噬凋亡的 MSCs，并转变为具有抗炎作用的 M2 表型，从而减轻了肝脏损伤，让肝脏的各项指标逐渐恢复正常。在心肌梗死小鼠模型中，直接向心脏注射的 MSCs 在 24 小时内凋亡，然而 4 周后，小鼠的左心室功能和心脏梗死部位的纤维化区域都得到了有效改善。这些研究充分证明，MSCs 凋亡后依然能发挥强大的治疗作用。
研究人员还通过构建抗 ApoMSCs 来进一步验证凋亡的重要性。在动物疾病模型实验中，用抗 ApoMSCs 治疗时，发现其免疫调节作用有限，治疗效果也不如正常凋亡的 MSCs。比如在哮喘小鼠模型中，抗 ApoMSCs 虽然能改善一些症状，但和正常凋亡的 MSCs 相比，效果还是差了一些，而且它对激活的 T 细胞增殖抑制作用也不明显。这就从反面证明了，MSCs 的凋亡对于其发挥免疫抑制和治疗效果是非常必要的。
三、移植 MSCs 自发凋亡的原因
目前，MSCs 移植后凋亡的具体原因还没有完全弄清楚，但研究人员推测可能和很多因素有关。在 GVHD 小鼠模型实验中发现，CD8? T 细胞和 CD56? 自然杀伤（NK）细胞等细胞毒性免疫细胞可能是导致 MSCs 凋亡的 “罪魁祸首” 之一。当把这些细胞和 MSCs 一起培养时，MSCs 的凋亡明显增加，而且这些细胞可以通过释放颗粒酶 B，借助穿孔素依赖和 Fas/FasL 途径来诱导 MSCs 凋亡。在糖尿病小鼠模型中，研究人员发现移植到胰腺的 MSCs 会因为缺氧和炎症因子的共同作用，激活缺氧诱导的信号通路和 caspase 3/7 介导的凋亡途径。在牙周炎小鼠模型中，也发现炎症组织的缺氧环境会诱导移植的 MSCs 凋亡。另外，炎症因子如 IFN - γ 和 TNF - α 也会刺激 MSCs，使其产生一氧化氮（NO），进而上调 Fas 的表达，加重内质网应激，最终导致 MSCs 凋亡。虽然这些研究揭示了一些导致 MSCs 凋亡的因素，但由于 MSCs 在体内经过的地方和所处的环境都很复杂，所以具体机制还需要进一步深入研究。
四、ApoMSCs 和 MSC-ApoEVs 的治疗应用
（一）ApoMSCs 的治疗应用
越来越多的研究表明，ApoMSCs 在多种疾病的治疗上有着不错的效果。在败血症的治疗研究中，用凋亡的脂肪来源间充质干细胞（Apo - ADMSCs）治疗败血症大鼠，不仅提高了大鼠的存活率，还减轻了心脏、肝脏、肺和肾脏等器官的损伤。这是因为 Apo - ADMSCs 具有抗炎、抗凋亡和抗氧化的作用，它能降低血液中肿瘤坏死因子 - α（TNF - α）等炎症因子的水平，减少有毒 T 淋巴细胞的数量。在急性肺损伤的治疗中，凋亡的人脐带间充质干细胞（Apo - hUCMSCs）比正常的 hUCMSCs 效果更好，它能减少大鼠肺部中性粒细胞和总蛋白的浸润，改善肺泡 - 毛细血管膜的完整性，调节肺部炎症因子的表达。而且，把褪黑素和 Apo - ADMSCs 联合起来治疗急性肺缺血 - 再灌注大鼠，效果比单独使用褪黑素或褪黑素联合正常 MSCs 还要好，能更好地改善低氧血症和肺动脉高压，减轻组织的炎症和氧化应激反应。这些研究结果都显示出 ApoMSCs 在治疗疾病方面的巨大潜力。
（二）MSC-ApoEVs 的治疗应用
MSC-ApoEVs 作为 ApoMSCs 的 “小助手”，也有着独特的治疗能力。在介绍其治疗应用之前，我们先来了解一下它的生物学特性。MSC-ApoEVs 是 MSCs 凋亡过程中释放的细胞外囊泡，根据来源和大小可以分为凋亡小体（ApoBDs）、微泡样凋亡细胞外囊泡（ApoMVs）和外泌体样凋亡细胞外囊泡（ApoExos）。它的直径比正常的 MSC-EVs 更大，而且表达一些和凋亡相关的特异性表面标记，还携带了很多来自 MSCs 的蛋白质、DNA、RNA、脂质和代谢物等，这些成分让它具有了治疗疾病的潜力。
在治疗皮肤损伤方面，研究人员进行了一系列实验。给背部受伤的小鼠直接用骨髓间充质干细胞来源的凋亡细胞外囊泡（BMMSC-ApoEVs）处理伤口，发现伤口的疤痕面积减小，皮肤结构更完整，还长出了新的上皮和毛囊，炎症细胞浸润也减少了。在糖尿病小鼠的伤口治疗实验中，含有脐带间充质干细胞来源的凋亡细胞外囊泡（hUCMSC-ApoEVs）的水凝胶能有效加速伤口愈合。而且，不同直径大小的脂肪来源间充质干细胞凋亡细胞外囊泡（ADMSC-ApoEVs）效果还不一样，小直径的效果更好。另外，年轻供体来源的 ADMSC-ApoEVs 在治疗皮肤损伤时效果比年老供体的更好。这表明 MSC-ApoEVs 在皮肤损伤修复方面有着很大的应用前景。
在治疗骨损伤方面，给骨质疏松小鼠静脉注射 BMMSC-ApoEVs，能有效改善骨丢失的情况，增加骨量，改善骨微结构。用支架结合 BMMSC-ApoEVs 原位治疗颅骨缺损大鼠，也能促进新骨生成。而且，处于不同凋亡阶段的 BMMSC-ApoEVs 促进骨生成的能力不同，中期凋亡阶段的效果最强。在治疗牙周炎小鼠时，牙龈沟注射 BMMSC-ApoEVs 能显著改善牙槽骨的破坏。在牙髓损伤的治疗实验中，来自人脱落乳牙干细胞的凋亡细胞外囊泡（SHED-ApoEVs）能促进牙髓血管再生和组织修复。这些研究都证明了 MSC-ApoEVs 在骨损伤和牙科损伤疾病治疗方面的有效性。
MSC-ApoEVs 还能作为药物载体发挥作用。研究人员发现，利用 MSC-ApoEVs 的凋亡特性，可以让纳米药物负载在上面，使其自然靶向受损部位。比如，把铜掺杂的碳点（Cu-CDs）负载到 BMMSC-ApoEVs 上，能增强肝脏巨噬细胞对细菌的吞噬能力，有效缓解败血症。用 α - 芒果苷（α - M）诱导人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）凋亡产生的 α - M/ApoEVs，经过表面修饰后能靶向脑损伤部位，被脑巨噬细胞小胶质细胞吞噬，更有效地治疗缺血性中风。把硼替佐米（BTZ）包裹在 Apo - BMMSCs 产生的 MSC-ApoEVs 中，不仅能降低 BTZ 的毒性，还能产生更好的抗多发性骨髓瘤效果。给 BMMSC-ApoEVs 表面添加骨靶向肽和共负载泛素连接酶 RNF146，能提高其骨靶向能力，诱导内源性 MSCs 的成骨能力。这些研究表明，MSC-ApoEVs 作为药物载体，为疾病治疗提供了新的策略。
五、ApoMSCs 的治疗机制
（一）ApoMSCs 与吞噬凋亡细胞（efferocytosis）
ApoMSCs 发挥治疗作用的一个重要机制和吞噬凋亡细胞有关。在 GVHD 小鼠模型中，凋亡的 BMMSCs（Apo - BMMSCs）能诱导受体巨噬细胞进行吞噬凋亡细胞的过程，产生吲哚胺 2,3 - 双加氧酶（IDO），这种酶能抑制 T 细胞介导的免疫反应，减少免疫毒性细胞的浸润。在过敏性哮喘小鼠模型中，Apo - BMMSCs 被肺泡巨噬细胞吞噬后，会改变巨噬细胞的代谢和炎症途径，使其向 M2 表型转变，分泌白细胞介素 - 10（IL - 10），减少肺部嗜酸性粒细胞的数量，减轻疾病的严重程度。在急性肝损伤小鼠模型中，Apo - BMMSCs 通过细胞表面的 PS 与巨噬细胞表面的 Mer 酪氨酸激酶（MerTK）受体结合，招募 Ly - 6C? 单核细胞来源的巨噬细胞，使其向 M2 表型转变，分泌 IL - 10，从而改善急性肝损伤。这些研究表明，ApoMSCs 可以通过与吞噬细胞相互作用，发挥免疫调节和抗炎的作用。
（二）ApoMSCs 释放可溶性因子
ApoMSCs 还能通过直接分泌免疫抑制因子来发挥治疗效果。在体外细胞实验中，研究人员用抗 Fas 激活抗体和重组颗粒酶 B 诱导人 ADMSCs 凋亡，发现凋亡后的 Apo - ADMSCs 上调了一系列免疫调节基因的表达，其中免疫抑制分子 PGE?对于抑制 T 细胞激活起着关键作用。在急性结肠炎小鼠模型中，诱导表达自杀凋亡基因的 Caspase 9 MSCs 能通过分泌 PGE?抑制 T 细胞激活，改善小鼠的病情。在增殖性瘢痕兔模型中，直接注射 H?O?诱导的 Apo - BMMSCs 能通过激活 caspase 3 途径，产生更多的抗炎因子 TSG - 6，下调组织中的促炎和促纤维化介质，改善瘢痕形成。这些研究说明 ApoMSCs 分泌的可溶性因子在免疫调节和组织修复中发挥着重要作用。
（三）ApoMSCs 释放 MSC-ApoEVs
ApoMSCs 释放的 MSC-ApoEVs 也参与了治疗过程。MSC-ApoEVs 能调节巨噬细胞的功能，在治疗 2 型糖尿病小鼠时，BMMSC-ApoEVs 能恢复肝脏巨噬细胞的稳态，改善葡萄糖耐量，减轻胰岛素抵抗和肝脂肪变性。在急性子宫内膜损伤小鼠模型中，hUCMSC-ApoEVs 联合透明质酸水凝胶原位治疗，能增强巨噬细胞的招募和吞噬能力，增加 M2 巨噬细胞的数量，促进子宫内膜的修复，提高生育能力。在体外实验中，BMMSC-ApoEVs 能抑制炎症反应，调节巨噬细胞的极化，还能调节 T 细胞和中性粒细胞的激活。这些研究表明，MSC-ApoEVs 在免疫调节方面发挥着重要作用。
MSC-ApoEVs 还能帮助受损的内源性 MSCs 恢复功能。在斑马鱼表皮实验中，基底干细胞凋亡后产生的 MSC-ApoEVs 含有 Wnt8a 和巨噬细胞迁移抑制因子（MIF），能促进相邻 MSCs 的增殖。在骨损伤疾病的研究中，MSC-ApoEVs 携带的 miR - 1324、miR - 328 - 3p 和 miR - 145a - 5p 等能调节内源性 MSCs 的自我更新和分化，改善骨质疏松等疾病。年轻 BMMSC-ApoEVs 携带的 Rab 7 和 Ras 等功能蛋白分子也能促进内源性 MSCs 的再生和分化。这些研究表明，MSC-ApoEVs 在促进内源性 MSCs 的修复和再生方面有着重要作用。
另外，MSC-ApoEVs 在促进血管生成方面也有贡献。在皮肤损伤大鼠模型中，ADMSC-ApoEVs 能诱导内皮细胞增殖、迁移和血管生成，加速伤口愈合。在牙髓损伤的比格犬模型中，DPSC-ApoEVs 能促进牙髓血管再生和组织修复。在心肌梗死小鼠模型中，BMMSC-ApoEVs 能促进心肌血管生成，改善心脏功能。这些研究表明，MSC-ApoEVs 通过促进血管生成，有助于组织的修复和再生。
MSC-ApoEVs 还能诱导致病细胞凋亡。在血友病 A 小鼠模型中，BMMSC/ADMSC-ApoEVs 表面的 Fas 能激活血小板凝血，拯救因子 VIII 敲除的小鼠。在多发性骨髓瘤小鼠模型中，BMMSC-ApoEVs 表面的 FasL 能直接激活多发性骨髓瘤细胞的凋亡途径，延长小鼠的生存期。这些研究表明，MSC-ApoEVs 可以通过诱导致病细胞凋亡来治疗疾病。
MSC-ApoEVs 在维持其他组织的稳态方面也发挥着作用。在治疗衰老相关疾病时，BMMSC/hUCMSC/ESC-ApoEVs 能继承 MSCs 的核蛋白，修复 DNA 损伤，抑制细胞过早衰老。在肝脏疾病的研究中，BMMSC/hUCMSC-ApoEVs 能保护肝细胞健康，维持肝脏稳态。在卵巢疾病的研究中，BMMSC-ApoEVs 能改善多囊卵巢综合征和卵巢衰老小鼠的卵泡功能。在听力损伤的研究中，hUCMSC-ApoEVs 能减少氧化应激，改善噪声诱导的听力损失。在牙周炎小鼠模型中，缺氧诱导的 BMMSC-ApoEVs 能调节破骨细胞的分化和功能，改善牙槽骨破坏。这些研究表明，MSC-ApoEVs 在维持多种组织的稳态和治疗相关疾病方面有着重要的潜力。
六、挑战与展望
虽然 ApoMSCs 和 MSC-ApoEVs 展现出了巨大的治疗潜力，但目前的研究还面临一些挑战。MSCs 在体内凋亡的具体机制还不清楚，虽然知道一些可能的影响因素，但它们之间的相互作用和具体的调控机制还需要进一步研究。这就像一个神秘的谜题，限制了我们对依赖 ApoMSCs 治疗的体外扩增方法和体内治疗机制的探索。
另外，MSC-ApoEVs 作为一种新兴的治疗方式，也存在一些问题。虽然它很容易获得，产量也高，但我们对其内容物的复杂性、异质性以及体外扩增的稳定性还了解得不够。不过，研究人员也在想办法解决这些问题，比如用凝胶和构建 3D 打印细胞外基质环境等方法，来减缓 MSC-ApoEVs 的降解速度，提高其治疗效果。这些方法为 MSC-ApoEVs 的发展提供了更多的可能性。
而且，ApoMSCs 和 MSC-ApoEVs 的治疗机制还存在一些差异，在不同疾病中的应用也需要进一步探索。比如，在抑制 T 细胞激活方面，ApoMSCs 能产生 PGE?来发挥作用，而 MSC-ApoEVs 则没有这个能力。所以，在未来的治疗中，需要根据具体情况选择合适的治疗方式。
总的来说，这项研究揭示了 ApoMSCs 和 MSC-ApoEVs 在治疗疾病方面的巨大潜力，为基于 MSCs 的治疗提供了新的方向。虽然还面临一些挑战，但随着研究的不断深入，相信这些问题都能得到解决，ApoMSCs 和 MSC-ApoEVs 有望在未来的医学领域发挥更大的作用，为更多患者带来希望。
