在過去的十年中，干細胞被認為是再生治療的理想工具。其中，間充質(zhì)干細胞(MSC)由于不存在倫理爭議已成為最有希望的治療選擇?越來越多的臨床研究也表明間充質(zhì)干細胞在自身免疫系統(tǒng)疾病、神經(jīng)損傷等疾病的治療中發(fā)揮著重大作用。

隨著對間充質(zhì)干細胞研究的不斷深入，科研人員發(fā)現(xiàn)它不僅具有歸巢、分化、免疫調(diào)節(jié)等特性，在面對細菌、病毒的侵害時，間充質(zhì)干細胞分泌物也是一顆冉冉升起的抗菌“新星”。那么，間充質(zhì)干細胞抗菌有何實質(zhì)性臨床應用價值，其抗菌原理又是什么呢？

最近，一項來自美國康奈爾大學的研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細胞能夠分泌細胞因子CCL2從而促進抗菌肽的表達，進而提高馬角質(zhì)形成細胞的抗菌活性[1]。該研究對于間充質(zhì)干細胞治療過敏性皮炎、銀屑病等皮膚病具有指導意義，這可能為治療慢性皮膚疾病帶來了新希望。

間充質(zhì)干細胞分泌物與抗菌

金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是人類和動物中最常見的細菌之一，也是臨床上常見的毒性較強的細菌。它能夠阻止人體內(nèi)源性和適應性免疫反應，從而誘發(fā)局部或全身性人體感染，其中，皮膚和軟組織感染較為常見，導致皮膚病、心內(nèi)膜炎和骨髓炎等多種疾病。即使在使用抗生素治療后，金黃色葡萄球菌感染的復發(fā)也很常見，因為它可以防止人體產(chǎn)生保護性免疫。

長期以來，青霉素和甲氧西林被用于治療金黃色葡菌球菌引起的感染性疾病。然而，隨著抗菌藥物的大規(guī)模使用以及不合理濫用，導致出現(xiàn)大量耐藥菌株，其中耐甲氧西林金葡菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA)?從發(fā)現(xiàn)至今感染幾乎遍及全球各地。研究表明，MRSA、HBV 以及AIDS 為目前世界范圍內(nèi)三大難解決感染性疾病。因此，尋找抗耐甲氧西林金葡菌的藥物對于指導臨床治療感染有著十分重要的意義。

間充質(zhì)干細胞具有自分泌和旁分泌作用[2]。其中，自分泌效應可以增強自我更新、分化和增殖，而旁分泌效應則是間充質(zhì)干細胞(MSC)在條件培養(yǎng)基中能夠分泌產(chǎn)生營養(yǎng)和免疫調(diào)節(jié)因子等具有生物活性的物質(zhì)，被統(tǒng)稱為MSC分泌組。雖然在多項研究中間充質(zhì)干細胞已被證明可以增強炎癥通路和抗敏抗炎，然而，對于MSC分泌體對皮膚細胞抗菌防御機制的研究卻知之甚少。這篇新發(fā)表的研究，可以幫助我們了解間充質(zhì)干細胞分泌物是如何抗菌的。

圖片來自文獻[2]

間充質(zhì)干細胞分泌物減少皮膚創(chuàng)傷中的細菌感染

為了研究間充質(zhì)干細胞分泌組對臨床相關模型中細菌存活的影響，研究者首先建立了一個活體馬皮膚生物膜外植體模型。隨后，在新鮮采集的皮膚上制作均勻的傷口，并用耐甲氧西林金葡菌(MRSA)和甲氧西林敏感金黃色葡萄球菌(MSSA)接種這些傷口24小時，創(chuàng)建了一個感染傷口模型。結果表明，使用間充質(zhì)干細胞分泌組以及抗生素對照組的治療減少了耐甲氧西林金葡菌。

圖片來自文獻[1]

間充質(zhì)干細胞分泌組刺激抗菌肽的表達

抗菌肽(Antimicrobial peptide AMP)是皮膚固有免疫反應中的關鍵分子，具有選擇性免疫激活和調(diào)節(jié)功能，其表達改變與皮膚病理學有關。

研究者首先分離和鑒定出馬角質(zhì)形成細胞，在確認間充質(zhì)干細胞分泌物和對照組處理對角質(zhì)形成細胞活力沒有負面影響后，進行刺激處理7小時。刺激后，從這些角質(zhì)形成細胞中收集胞外基質(zhì)，并添加到MSSA和MRSA細菌培養(yǎng)物中8小時。結果表明，與DMEM和NBL6 CM(均為對照)刺激的角質(zhì)形成細胞相比，來自間充質(zhì)干細胞分泌組刺激角質(zhì)形成細胞的胞外基質(zhì)可以抑制MRSA的生長。同時，通過對各種類型的抗菌肽進行染色，發(fā)現(xiàn)組織蛋白酶抑制素(cathelicidin)和防御素(β-defensin)的含量顯著升高。

圖片來自文獻[1]

簡而言之，間充質(zhì)干細胞分泌因子刺激馬角質(zhì)形成細胞，能夠提高這些細胞對耐藥金黃色葡萄球菌的抗菌效果。

間充質(zhì)干細胞分泌細胞因子促進抗菌肽表達

那么，究竟是哪種間充質(zhì)干細胞分泌因子提高了馬角質(zhì)形成細胞的抗菌活性呢？

研究表明，各種細胞因子如IL-17、IL-1?、IL-22、IFN-γ和TNF-α等具有介導人類角質(zhì)形成細胞中抗菌肽(AMP)的表達的功能。

研究者通過在蛋白質(zhì)水平上評估細胞因子的表達發(fā)現(xiàn)，在間充質(zhì)干細胞分泌組中檢測到馬趨化因子CCL2存在高表達。這些趨化因子在皮膚免疫防御中起著重要作用，它們對免疫細胞(如巨噬細胞和嗜酸性粒細胞)趨化活性的影響也已得到證實。

圖片來自文獻[1]

簡而言之，間充質(zhì)干細胞分泌組通過分泌信號蛋白CCL2，進而誘導附近免疫細胞產(chǎn)生趨化活性，如刺激角質(zhì)形成細胞中的?-防御素表達，并增強這些細胞的抗菌特性，為MSC分泌組的間接抗菌特性提供了一種機制。

小結

皮膚是人體最大的器官，其功能障礙與多種疾病有關。目前，皮膚細菌感染及慢性皮膚病并無較好的治療方法，多以局部控制及預防為主。間充質(zhì)干細胞為皮膚內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、毛發(fā)循環(huán)再生和修復受損組織提供了新細胞，而間充質(zhì)干細胞分泌物在治療皮膚病方面的研究也越來越多，如治療炎癥性皮膚病、傷口愈合、毛發(fā)生長或皮膚再生。間充質(zhì)干細胞分泌組作為細胞治療的替代方法可以改善和擴展間充質(zhì)干細胞的臨床應用價值，其抗菌機制或能為多種疾病提供更多的治療思路和潛在的利用價值。

參考文獻：

[1]Charlotte Marx et al. 2021. Mesenchymal stromal cell-secreted CCL2 promotes antibacterial defense mechanisms through increased antimicrobial peptide expression in keratinocytes.

https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sctm.21-0058

[2]Effat Alizadeh? et al. 2021. The secretome of mesenchymal stem cells and oxidative stress: challenges and opportunities in cell-free regenerative medicine.

https://link.springer.com/article/10.1007/s11033-021-06360-7