间充质干细胞与肠道菌群相互作用提高炎症性肠病的治疗效应

撰文│夏荣木

编辑│毕紫娟

审校│汤红明

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炎性肠病（IBD）以慢性和复发性肠黏膜炎症为特征，主要分为克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），风险因素包括遗传、肠道微生物和免疫状态变化、环境和生活方式等。CD和UC由于诸多不同之处，其治疗方案也不尽相同。目前的治疗方案大多需长期用药，治疗好转后若停药极易导致病情复发、患者耐药等问题。因此，在这些成熟且常规治疗方案之外，新的治疗方案也逐渐被开发出来，并逐渐取得临床进展，间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）治疗和粪菌移植（fecal microbiome transplants，FMT）就属于其中热点之一。

一

MSC治疗IBD的研究进展

MSC的功能包括细胞替代、免疫调节和合成营养因子等，在再生医学及免疫干预的实验模型和临床试验中的应用越来越多。现有研究结果表明MSC治疗IBD的作用机制为：①通过分泌免疫调节因子影响免疫细胞功能，减轻IBD 炎症。② 通过分泌多种细胞生长因子，改善局部微环境， 促进溃疡修复。③早期研究结果证实MSC能够分化为多种类型细胞，实现局部细胞替代，但近年来证据已否认该观点。更多证据表明MSC有助于恢复肠道微生态，促进病原菌清除等。

1. MSC治疗UC

目前已有系列研究观察到MSC干预UC的安全性和有效性。其中一项纳入了36例患者，30例患者的弥漫性和深部溃疡及重度黏膜炎症在MSC静脉输注后1个月得到显著改善。另一荟萃分析纳入了7项人类试验（n=216）和8项动物实验（n=132）， 结果显示与对照组相比，给予MSC的患者/模型动物疾病活动指数（disease activity index，DAI）和组织病理学评分显著降低。此外，与单用MSC治疗相比，人脐带MSC联合实验药物MIS416治疗比单用MSC具有更好疗效。MIS416是源自痤疮丙酸杆菌的新型免疫调节微粒，吞噬细胞是MIS416的关键应答者，通过内化MIS416，导致细胞质受体NOD2和TLR9活化，调节结肠免疫环境，导致MSC更易被募集到损伤部位以抑制炎症，MSC与之联合使用产生了更好的IBD治疗效应。

2. MSC治疗CD的效应

CD相关的随机对照研究显示不同来源的MSC治疗CD通常有效且仅产生轻微不良事件。一项研究结果表明MSC治疗后12个月，MSC组的CD活动指数（CDAI）、Harvey-Bradshaw 指数（HBI） 和激素使用剂量均比对照组显著降低。另一项开放标签的多中心研究纳入了16例生物制剂治疗无效的难治性CD患者，最终15例完成研究。15例患者通过静脉输注同种异体MSC后， 其中12例有临床应答，8例达到临床缓解，7例内镜下可见改善。此外，CD患者中有约25%伴发肛瘘，现有生物制剂和外科手术对CD合并肛瘘治疗效果较差。针对这部分患者进行了多项3期随机双盲对照试验，结果证实用同种异体扩增脂肪来源MSC能够有效治疗伴发复杂肛周瘘的CD患者，效果显著优于安慰剂治疗组，这些结果为MSC应用于IBD治疗提供了翔实证据。

二

FMT治疗IBD

现有证据表明肠道菌群在哺乳动物体内参与了多种正常的生理过程，如造血、免疫系统调节、发育、神经信号传递、宿主代谢和骨量重塑等。在各系统疾病发生发展过程中，肠道菌群也扮演了重要角色，包括IBD。肠道菌群可为宿主提供与营养、病原体保护、新陈代谢和免疫相关的多种健康信息。最新研究结果表明， 包括IBD在内的多种疾病，肠道菌群的功能和组成都发生了显著变化，表现为细菌多样性降低、厚壁菌门减少和变形菌门增加等。肠道菌群几乎参与了IBD的病理生理学各过程，在肠道炎症甚至结直肠癌中发挥着重要作用。在此基础上，一些旨在纠正肠道菌群改变的干预模型和临床试验，包括饮食调节、益生菌给药或FMT等都显示出对IBD的治疗效应。
在一项针对儿童UC的研究中，超过50%的儿童UC患者在FMT后4周对治疗有反应。在成年UC患者随机临床试验中，接受安慰剂的UC患者在给药后8周仅有5%达到临床缓解，接受FMT的患者反应率达到24%。在FMT之后，受试者的肠道微生态特征向供体菌群组成偏移，这些变化与临床症状改善相关。但FMT后达到临床缓解终点的患者中仅约40%在第12个月后仍保持临床缓解。

在FMT与CD相关研究中，一项小样本临床研究表明约70%儿童CD患者在FMT后2周达到临床缓解，其中大部分患者干预效果可持续6~12周。不过对活动性CD儿童进行单次FMT给药， 在FMT后1个月和6个月，患者临床反应率从57%降至28%， 这表明在儿童中单次FMT给药的临床反应持续时间较短。因此在进行第一次FMT后，积极进行第二次FMT可能有助于维持患者的长期临床缓解。但FMT干预频率对CD的治疗效应影响仍不清楚。考虑到目前FMT供体来源和剂型等技术问题也并未达成统一共识，这些因素影响了FMT对CD的长期治疗效果。为解决这些问题，探索新的干预策略势在必行。

三

MSC与FMT对IBD的综合治疗效应

MSC的治疗作用主要依赖于它们表达营养因子和抑制致病性免疫反应的能力，MSC通过产生这些抗炎、增殖和组织重塑因子可有效缓解结肠炎症。同时， 肠道菌群积极参与多种宿主代谢途径调节，从而导致免疫炎症轴和多种信号通路激活。从根本上说，肠道菌群和宿主的免疫系统通过塑造彼此发育、组成和功能相互依赖。MSC疗法不仅能够恢复宿主免疫反应，还能纠正肠道菌群失调，而FMT也能够恢复失调的肠道菌群， 抑制炎症进展。这些功能交织在一起，推测二者同时给药可产生更好的治疗效应，这些假设已在部分IBD相关的研究中得到初步证实。

四

MSC与FMT联用促进致病菌根除

肠道菌群除了改善黏膜屏障功能和先天免疫外，还通过竞争性营养利用等方式防止病原体定植、分泌直接起效的细菌素、抗菌肽及激活免疫细胞有效协助宿主抵抗病原体。MSC能显著降低败血症中的菌血症和病死率，这是通过改善血液单核细胞、中性粒细胞和巨噬细胞的吞噬特性以提高病原体清除率来实现。此外， 在遇到病原体情况下，肠上皮MSC会刺激杯状细胞和潘氏细胞快速增殖并分化为分泌性上皮细胞，进而产生抵抗素、黏蛋白、溶菌酶和防御素等加速细菌清除。有研究结果证实MSC和FMT联合应用可通过TLR通路调节免疫系统，以对抗抗菌素耐药性病原体。

1. MSC与FMT联用增强抗炎效应

FMT能诱导结肠调节性T细胞（Tregs）分化、扩增，促进Th17细胞发育，这两种细胞都在调节或抑制其他免疫细胞中发挥作用。肠道细菌也与肠腔内水杨酸等抗炎分子释放有关，这种抗炎作用源于肠道菌群对肠上皮细胞的特异性刺激，并通过细菌衍生肽抑制NF-κB信号通路。同时，研究结果表明MSC能够下调炎性细胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-6、IL-2 和IL-17 表达水平。在动物实验中，MSC干预后小鼠肠黏膜内炎症标志物IL-23、IFN-γ、TNF-α、ICAM-1表达明显降低，小鼠体重增加、粪便性状得到显著改善且组织病理学评分逐渐接近正常组织，但这些研究未观察到MSC处理后小鼠肠道菌群变化。在MSC与肠道菌群相互作用方面，某些细菌如普拉梭菌（F.prausnitzii）通过释放细菌衍生肽和代谢产物抑制肠道巨噬细胞等作用影响MSC治疗效应。动物模型中使用MSC处理也能显著改善小鼠肠道菌群分布，使之更接近对照组小鼠分布状况。考虑到FMT与MSC单独使用都能对免疫系统产生影响，同时二者联用能产生相互影响，因此MSC与FMT联用可能对炎症反应产生正向反馈效果，而提高IBD治疗效果。

2. MSC与FMT联用促进肠道上皮细胞增殖和组织重塑

无论MSC的来源和给药途径如何，它们都已被证明能够归巢至IBD肠系膜淋巴结中，自我增殖并诱导肠上皮细胞增殖以修复、替换受损组织。通过自我增殖，MSC能够抑制炎症进展并分化为成纤维细胞来触发肠黏膜修复，如MSC全身输注能显著改善肠上皮细胞增殖、分化， 仅输注MSC培养上清也能够诱导结肠炎中细胞增殖、组织重塑和肠黏膜下层损伤修复。在肠道菌群构成的复杂生态系统中，交互通讯调节了多种宿主细胞活动及代谢途径，包括主动塑造和重塑肠道组织黏膜。肠道菌群与肠道上皮细胞再生有关，这与肠上皮细胞NOD2传感器功能显著相关。在肠道隐窝中， 肠道菌群协助干细胞发挥上皮再生和损伤后修复平衡，从而使上皮细胞免受氧化应激诱导损伤。MSC的使用不仅使得Lgr5⁺的肠上皮干细胞数量增加，同时还促进了肠上皮细胞增殖、血管生成， 甚至显著恢复了IBD小鼠肠道菌群组成。这是二者相互作用的典型范例。

五

未来展望

MSC和FMT作为治疗IBD有潜力的新兴治疗措施已引起了关注， 这两种疗法旨在解决IBD潜在的肠道菌群失调并促进损伤黏膜修复，但两种疗法联用能否增强疗效仍面临巨大挑战：首先，尽管FMT与MSC都能改善彼此功能，促进肠上皮细胞再生、抑制炎症、消灭病原体和促进血管生成，但目前并未确定MSC的使用与肠道菌群多样性改善的因果关联；其次，对FMT-MSC联用在IBD或其他疾病中的干预效应，有必要进一步研究其相互作用的具体成分，并阐明二者相互作用的具体机制。
综上所述， 基于现有研究成果可推测在IBD治疗中，通过FMT以恢复肠道菌群多样性，改善MSC功能，反之亦然。MSC联合FMT可能是IBD治疗的一个新方向， 有助于提高IBD疗效，改善患者的长期预后。（ID：yxckbsc2022060601）

作者简介

夏荣木 

   现任厦门承葛生物科技有限公司学术部主管。主要从事干细胞分子生物学、肠道菌群微生态健康领域的相关基础及临床转化研究。在探索肿瘤疾病发生发展相关机制、干细胞自我更新机制方面具有较好经验。在Oncogene、Journal for ImmunoTherapy of Cancer、Clinical and Translational Medicine、Frontiers in Celland Developmental Biology等期刊发表论文10余篇。申请实用新型专利1项，发明专利2 项。
《医学参考报》干细胞与再生医学专刊   由同济大学附属东方医院承办感谢大家的支持！

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