总论篇：间充质干细胞助力感染性疾病的治疗

1，感染性疾病严重威胁到生命健康

冠状病毒、结核杆菌、艾滋病毒、疟疾和流感病毒的持续流行，以及新的人畜共患病病原体的出现，构成了世界范围内的重大临床管理挑战，是世界范围内发病率和死亡率的主要原因之一^[1]。宿主的先天和适应性免疫监视机制决定了感染是否会得到控制，或者进展为临床疾病，或是康复抑或死亡。几个宿主因素影响抗菌治疗的结果，并导致感染后疾病的进展、治疗反应差、组织损伤、长期功能残疾和死亡率增加。这些因素包括任何原因引起的免疫失调或过度炎症反应，以及与非传染性疾病（如糖尿病、癌症、吸烟和慢性阻塞性肺疾病）^[2]。

2，宿主导向疗法（Host-directed therapy，HDT)

宿主导向疗法是任何一种可以增强宿主防御机制或调节过度炎症，或两者兼而有之，从而改善临床治疗结果的治疗方法或药品，如降低发病率、死亡率、终末器官损伤和长期功能恢复^[2]。宿主导向疗法现在被认为是标准抗菌治疗的可行辅助手段，可以改善宿主细胞对病原体的清除反应，防止或减少抗生素耐药性，并激活先天和获得性免疫反应以及免疫记忆^[3]。宿主导向疗法包括治疗非传染性疾病的常用安全和廉价的药物、生物制品、营养产品，以及使用患者自身免疫细胞或间充质干细胞（MSC）的细胞疗法。

3，MSC应用于感染性疾病的机理

3.1，MSC的免疫功能具有可塑性

因为MSC有很强的免疫抑制能力，因而曾认为MSC的临床应用能导致患者的免疫系统处于抑制状态，从而加重了感染。随机对照临床试验，通过统计学分析，发现MSC治疗组和对照组的感染率没有差异，明确提出MSC治疗不会增加感染的风险^[4-6]，而且MSC治疗组和对照组在恶液质和成瘤方面没有差异^[4-7]。长期观察也没有发现病人增加微生物感染和MSC致瘤的现象^{[8, 9]}。这些临床循证医学的证据说明MSC进入人体后，对免疫系统的免疫功能并不是全面的抑制作用。

有意思的是，与MSC对持续性无菌炎症的强烈免疫抑制作用不同，MSC在感染因素存在的情况下似乎并不抑制免疫细胞的功能，而是促进免疫系统对感染的清除和加速伤口的修复。因此，MSC的免疫调节功能显示出高度的可塑性^[10]。在炎症细胞因子的刺激下，MSC对一系列临床相关的细菌、原虫寄生虫和病毒显示出广谱的抗菌作用^[11]。

3.2，MSC分泌抗菌物质

抗菌肽是进化保守的基因编码的小效应分子(10-150aa)，存在于从原核生物到人类的生物体中^{[12, 13]}。抗菌肽也被称为“宿主防御肽”，这是一个强调其免疫调节功能的术语，与免疫细胞相互作用来产生抗菌的作用^[14]。这些抗菌肽中的一些是长期存在的，而另一些可能是在感染或炎症条件下诱导的。抗菌肽表现出不同的作用机制，导致微生物的消除，其中一些机制还依赖于外部因素，如pH，肽丰度和盐浓度^{[15, 16]}。这些有利的特性使抗菌肽成为药物开发的良好候选者，尽管它们的临床和商业开发仍然需要克服挑战，如给药途径、潜在毒性、稳定性和肽生产的高成本^[17]。

抗菌肽可以通过与直接抗菌活性协同作用的间接作用来帮助解决炎症或感染，还表现出间接的生物效应，包括趋化因子和抗内毒素活性，有助于根除感染。比如，放线菌素对单核细胞、中性粒细胞和淋巴细胞具有趋化性^[18]，LL-37结合并中和脂多糖（LPS），在败血症小鼠模型中防止内毒素休克^[19]。

逐渐积累的数据表明，MSC通过间接或直接机制发挥强大的抗菌作用，潜在机制可能是通过抗菌肽和蛋白因子的分泌来介导的^{[20, 21]}。在人类中，MSC的抗菌作用是由LL-37介导的，参与了体外和体内的细菌清除^[22-25]。人的抗菌肽与细胞表面或细胞内的不同分子靶点相互作用。抗菌肽介导的细胞杀伤通过破坏细胞膜的完整性、抑制蛋白质、DNA或RNA的合成以及与某些细胞内靶点的相互作用而发生。MSC对伤口的愈合作用是亦得益于抗菌肽的分泌，同时触发中性粒细胞的杀菌功能，如吞噬和中性粒细胞细胞外陷阱（neutrophil extracellular trap，NET）的形成^[26]。

有趣的是，在炎性刺激（干扰素γ、IL-1β或IL-12）预处理后，MSC分泌的IL-37水平升高^{[22, 27]}。有研究提示，只有在胎牛血清条件下进行细胞生长时，才能在MSC中检测到LL-37的水平，因为无血清或血小板裂解物条件会降低MSC的抗菌效果及其产生的LL-37^[23]。有意思的是，用米诺环素（Minocycline）预处理MSC，可使MSC减少抗菌肽LL-37的产生，但通过增加IL-6的产生来增强对金黄色葡萄球菌的抗菌活性^[28]。

MSC通过TLR-4信号通路分泌的β-defensin2是介导其体内和体外杀灭大肠杆菌的关键旁分泌因子之一^[29]。上调了抗菌蛋白Lipocalin2^{[30, 31]}和Hepcidin^[27]的产生，也是MSC发挥抗菌作用的机制之一。

有数据表明，在MSC的抗微生物效应功能的作用机制方面，小鼠和人类MSC之间存在显著的物种特异性差异^[11]。在炎性细胞因子的刺激下，MSC通过IDO表达的大幅增加，表现出针对临床相关细菌(金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、屎肠杆菌、B组链球菌)、原生动物寄生虫(弓形虫)和病毒(CMV和HSV-1)的细胞自主的、广谱的抗菌效应功能^[11]。但是，小鼠骨髓MSC即使在炎性细胞因子如干扰素γ、肿瘤坏死因子α和白细胞介素-1β的刺激下也不能表达IDO，因此它们不能抑制细菌的生长^[11]。

3.3，MSC增强免疫细胞的功能

在MSC分泌的细胞因子作用下，单核/巨噬细胞和中性粒细胞的吞噬和杀伤能力增强^{[25, 32-36]}，能有效降低败血症模型动物的死亡率^{[27, 37-43]}。体内内毒素血症模型（盲肠结扎穿孔和注射内毒素）中，静脉输注MSC通过下调Th1比例和增加分泌IL10的Treg细胞，显著改善了结肠炎的临床和组织病理变化，减轻了腹泻和炎症因子，提高了存活率^{[44, 45]}。

MSC通过旁分泌因子和“细胞与细胞的直接相互作用”影响机体的免疫系统。巨噬细胞是非常关键的免疫系统参与者，在组织修复、内稳态和清除细菌感染等方面发挥作用^{[46, 47]}。经过MSC治疗后，感染组织中的巨噬细胞表现为以M2表型为主，而未经MSC治疗的感染组织中主要含有M1巨噬细胞^{[48, 49]}。MSC导致巨噬细胞吞噬功能增强，主要调节依赖于前列腺素E2和磷脂酰肌醇3-激酶，这两种激酶能够有效促进巨噬细胞吞噬未调理的细菌^[49]。MSC还可以通过纳米隧道管的结构直接给巨噬细胞输送线粒体，从而提高了巨噬细胞的吞噬能力^[50]。

在MSC应用前，对MSC进行预处理，从而增强特定MSC功能，预处理方案包括添加生物活性物质（细胞因子、生长因子和先天免疫受体激动剂）、缺氧培养环境和改良的培养方式等等^[51]。比如，牙龈假单胞菌总蛋白提取物刺激的人牙周膜MSC分泌炎症标志物和趋化因子，包括RANTES、嗜酸性粒细胞趋化因子、干扰素-γ、IP-10、IL-6、IL-8和白细胞介素受体拮抗蛋白（IL-1ra）^[52]。然而，牙龈假单胞菌中的LPS可以激活NLRP3炎症体，抑制MSC的功能，从而加速MSC功能障碍，延缓创面愈合^[53]。

4，小结

由于抗生素的广泛应用，导致了多种病原微生物出现耐药性，而出现耐药的感染性疾病难于得到有效的治疗。因此，解决病原微生物的耐药性问题，是临床上面临的一个非常迫切的课题。

MSC的迷人之处在于“MSC是一块砖，哪里需要哪里搬”。

面对一些难治性疾病，总能找到MSC的身影。正因为MSC具有强大的免疫调节功能和促进损伤的组织器官的修复功能，使得MSC成为宿主导向疗法的一种重要武器。探索MSC在感染性疾病的治疗及其作用机制，逐渐成为一个研究热点。MSC一直在应用研究的路上奔跑，不断地给我们带来惊喜和期待！