谁说干细胞不能治肿瘤？基因修饰间充质干细胞对抗肿瘤，应用前景广阔
扫码登录知识星球，看更多独家资讯，与更多资深人士交流
在我们身体中，存在一种具有多分化功能的细胞，它就是间充质干细胞（MSCs）。作为一种多能细胞，它们不仅能分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和肌肉细胞等多种细胞类型，还具有免疫调节和抗炎特性，这使得它们在再生治疗和各种疾病治疗中的研究和临床应用中极具价值。
到目前为止，科学家针对MSCs的特性已经在体内和体外进行了大量研究，因为它们具备优秀的基因递送载体的潜能。例如，它们可以通过不同的方法轻松转导，并在体外扩增生成大量修饰细胞，从而增强蛋白质（如细胞因子和生长因子）或治疗化合物（如阿霉素和紫杉醇）的生产。此外，MSCs还可以迁移到特定部位，如炎症或损伤部位，并整合到这些组织中。在癌症领域，MSCs表现出由肿瘤分泌的趋化因子介导的肿瘤趋向性，这使它们成为生物导向抗癌治疗特别是在肿瘤扩散和转移方面的良好选择。
通过将治疗基因如自杀基因、肿瘤抑制基因、促凋亡基因、编码免疫激活基因和编码细胞因子的基因引入MSCs，已经开发出成功抑制肿瘤生长、激活机体免疫反应和诱导肿瘤细胞凋亡的新疗法。例如，Her2、APC、p53、Myc、Bcl-2、KRAS都是人类癌症中常见的癌基因或突变，它们通常与疾病的侵袭性和预后不良相关。
当然，最重要的是如何识别癌细胞中的特定靶点，以便MSCs能被导向。这些靶点必须是特异性的，以避免损害邻近组织。以下会介绍几种用于实体瘤的基因修饰MSCs治疗靶点，如细胞因子分泌、激活/抑制细胞受体等。
基于质粒的间充质干细胞基因修饰
质粒基因治疗曾用于纠正遗传疾病。1990年，首次人类基因治疗临床试验旨在纠正腺苷脱氨酶缺乏症。自此，数百种基因治疗方案已被批准或实施。在癌症基因治疗和DNA疫苗中，主要使用的DNA载体是质粒。什么是质粒呢？质粒是一种环状双链DNA结构，大小从<1000到>200,000碱基对不等。
虽然质粒转染广泛用于基因治疗，但常规方法（如阳离子脂质或非脂质）在转染MSCs时效率低、蛋白质生产率低，极大限制了其应用。因此，病毒载体常被用来取代质粒转染。然而，病毒载体有随机整合到宿主基因组和可能呈现病毒抗原的风险，而质粒载体没有这些缺点。
最近，科学家们对质粒进行了一系列的改进，开发出了“小环DNA”（mcDNAs），使其更有效和安全地携带和表达治疗基因。mcDNAs比起传统质粒要更加紧凑，没有非必要的冗余序列，因而更稳定且免疫原性更低。
研究表明，迷你环质粒在基因表达方面有显著提升。同时，更高效的转染方法也在不断发展。目前，针对HER2阴性乳腺癌的多抗原DNA疫苗正在临床试验中，目标是提高免疫系统对肿瘤细胞的清除能力。此外，基因工程改造的MSCs与特定纳米颗粒结合后，也展现了显著的抗肿瘤效果。
质粒和微环系统组件
基于外泌体的治疗方向
大多数细胞都会产生微泡或外泌体，但干细胞尤其依赖外泌体进行通讯。外泌体是直径为30-100纳米的圆形或杯形脂质双层囊泡，密度为1.13-1.19 g/mL，含有蛋白质和RNA（mRNA和iRNA），对周围细胞有多种影响。
由癌症细胞MSC衍生的修饰外泌体
外泌体来源于多泡体，并通过内泡作用释放到细胞外基质中，与其他细胞进行交流，特别在间充质干细胞（MSC）与其他细胞之间的通讯中起关键作用。MSC外泌体在肿瘤内通过AKT、ERK、Hedgehog、WNT和CaM-Ks/Raf/MEK/ERK等信号通路调节细胞生长、凋亡、药物敏感性和血管生成。
外泌体是一种前景广阔的无细胞方法，可以递送药物或其他生物分子用于治疗。它们易于生产、循环时间长、体积小、可塑性高、无伦理问题和免疫原性低。外泌体还可以被改性以高浓度生产。然而，载体分离、纯化、载药和高效靶向等方面仍有挑战。
外泌体在精准和有针对性地递送遗传物质方面显示出广泛的应用前景。目前，外泌体已用于递送抗癌药物和蛋白质，并在结肠癌和乳腺癌模型中取得了良好效果。例如，I期临床试验NCT03608631研究了载有siRNA的MSC外泌体对携带突变型KrasG12D的胰腺癌患者的剂量和疗效，NCT06245746临床试验则探讨了使用脐带来源MSC外泌体缓解髓性白血病患者化疗诱导的骨髓抑制。
使用和应用通过改造间充质干细胞（MSCs）针对肿瘤细胞的病毒载体
间充质干细胞（MSCs）具有高效的重组病毒感染能力，能够表达高浓度的靶蛋白，因此被认为是基因治疗的理想载体。常用的病毒转导平台包括腺病毒（Ad）、腺相关病毒（AAVs）和慢病毒。
这些平台各有特点，如插入容量、细胞/组织嗜性和感染分裂细胞的能力。腺病毒（Ad）高效转导MSCs，能在体内和体外抑制肿瘤生长。常用的Ad5平台已被改造为溶瘤腺病毒，在小鼠肺癌和乳腺癌模型中表现出抗肿瘤效果。通过添加多西环素耐药性调控系统，增加了病毒生产和溶瘤病毒在肿瘤部位的释放。慢病毒提供永久和稳定的基因表达。转导用于TRAIL表达的MSC在结肠癌细胞系中诱导凋亡并抑制肿瘤生长，与化疗联合使用效果更佳。实验表明，共表达TNF-α和CD40L的慢病毒转导MSC在乳腺肿瘤模型中提高了小鼠生存率。腺相关病毒（AAVs）具有高效转导和低免疫原性的特点，常用于表达抗肿瘤因子，如IFN-β，在乳腺癌和肺癌模型中显示出良好的抗肿瘤效果。逆转录病毒对宿主细胞具有良好的嗜性，但临床使用受到长期转基因表达缺失和插入突变的限制。
使用主要病毒系统作为治疗癌症的工具
应用实例主要有以下几个方面，首先是MSC携带溶瘤腺病毒在小鼠肺癌和结直肠癌模型中抑制肿瘤生长，去除抗凋亡基因E1B19K并用TRAIL基因替代，进一步减少肿瘤大小。其次，在慢病毒载体的应用中，TRAIL表达的MSC在肺癌和乳腺癌细胞系中诱导凋亡，并在体内抑制肿瘤生长。此外，表达IFN-β的MSC在乳腺癌模型中通过下调cMyc和MMP2的表达抑制肿瘤。而腺相关病毒通过AAV载体表达抗肿瘤因子，在小鼠模型中展示了显著的抗肿瘤效果。逆转录病毒载体也可以用于转导MSC表达融合酵母CD基因，与5-FU联合使用，增强了结肠癌细胞系的细胞毒性效果。
总的来说，间充质干细胞（MSCs）结合病毒载体在基因治疗中展示了巨大的潜力，特别是在癌症治疗中。虽然目前存在一些技术挑战，如载体分离、纯化和高效靶向等，但随着技术的发展，这些问题有望得到解决，MSCs在基因治疗中的应用将更加广泛和有效。通过进一步的研究和临床试验，MSCs和病毒载体在基因治疗中的应用前景将更加广阔。
经过病毒系统修改的MSC的应用案例
临床试验和联合治疗
遗传修饰的病毒载体和非病毒载体都可以被用于间充质干细胞（MSCs）作为有效的载体和递送系统，传递促炎蛋白、miRNAs、酶和促凋亡蛋白。这些载体都是作为针对癌症的靶向治疗的有力工具。
尽管MSCs具有巨大的临床潜力，但癌症耐药性仍限制了它们的应用。因此，必须将其与传统治疗方法结合，以改善递送系统。骨髓来源的MSC递送治疗已与化疗、放疗和纳米颗粒在体外和体内结合使用。
1. 脂质载体 脂质载体中的质粒用于基因递送。2. 病毒载体 腺病毒、腺相关病毒和慢病毒是常用的病毒载体，能够高效地将外源基因递送至间充质干细胞（MSC）中。3. 基因编辑技术 基于基因编辑的技术可以在MSC或肿瘤细胞中实现精准的基因修改。4. 体外泌体生产 间充质干细胞可以在体外生产泌体，这些泌体富含转基因产品、药物和miRNA。
前景展望
多年来，间充质干细胞（MSCs）在细胞治疗中显示出巨大潜力。MSCs不仅能够分化成多种细胞类型，还具有免疫调节和抗炎特性，使其在再生医学和多种疾病治疗中具有重要价值。特别是在癌症领域，MSCs因其能够迁移到肿瘤部位，成为有吸引力的抗肿瘤靶向治疗选择。
通过基因修饰MSCs可以增强其治疗效果，使用的方法包括病毒载体、非病毒载体、基因编辑工具（如CRISPR）和化学方法。每种方法都有其优缺点，临床医生在选择时应取决于具体的治疗需求和癌症类型。
MSCs的归巢能力和旁分泌效应还使其在临床应用中很具有潜力。此外，通过细胞外囊泡（MSC-EXO）进行MSC通信提供了一种无细胞治疗方法，克服了低植入率、免疫反应和细胞恶变的风险。MSC-EXO可以携带基因修饰产物，在多种癌症模型中显示出抑制肿瘤生长的效果。
尽管临床前研究丰富，但MSC和MSC-EXO在癌症治疗中的应用仍需进一步的临床研究，以全面了解其机制、优化治疗效果并识别和减少固有的风险。结合传统疗法与遗传修饰的MSCs和MSC-EXO，有望提高治疗效果，成为癌症治疗的有力工具。
合作、投稿、避坑加小编V
作者：摩西 | 编辑：暖风
细胞王国是面向细胞生物技术行业从业者的资讯平台，我们持续报道生命科技进展、解读复杂的科学知识，为生命科技爱好者提供创新视角和资源链接
VX-880细胞疗法治疗糖尿病，所有患者减少或停止使用外源性胰岛素
外泌体的神奇之处：被誉为比肉毒杆菌更能使皮肤看起来更年轻
70项研究、6743例数据力证，免疫细胞治疗革新抗癌策略
台湾允许人的细胞和外泌体作为化妆品来源，大陆会跟进全面开放吗？
细胞产品将有新名称，划入先进治疗药品
外泌体疗法：有效提高女性围绝经期的雌激素水平，减轻卵巢老化的影响
中山大学附属第一医院：干细胞外泌体可挽救睾丸衰老，提高精子生成及睾酮合成
间充质干细胞及其衍生产品在衰老和疾病中的作用
陆道培院士：存免疫细胞 比存钱重要