在臨床研究或者臨床治療中，常常有回輸干細(xì)胞的案例。那么，干細(xì)胞在輸注到人體之后，它到底去了哪里呢？人體那么多器官和組織，干細(xì)胞進(jìn)入人體后在哪里“安家”呢？“安家”之后又是怎樣發(fā)揮疾病治療的作用？

答案要從“干細(xì)胞的歸巢性”說起。

干細(xì)胞自帶“GPS”，哪缺補(bǔ)哪

當(dāng)機(jī)體遭受損傷時(shí)，干細(xì)胞會(huì)自發(fā)去向損傷部位，這就好比干細(xì)胞身上裝上了一個(gè)GPS，能無時(shí)無刻的指引它到達(dá)目的地——機(jī)體損傷后需要修復(fù)的部位。這種特性叫歸巢性，是干細(xì)胞安全用于臨床的關(guān)鍵。

首先，干細(xì)胞注射進(jìn)入體內(nèi)后，在血管內(nèi)與血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生相互作用，由細(xì)胞表面的選擇素及其配體發(fā)生特異性結(jié)合所介導(dǎo)，但二者結(jié)合較為松弛，使得干細(xì)胞能夠錨定并沿著內(nèi)皮滾動(dòng)。而后，干細(xì)胞通過其表面表達(dá)的黏附分子與血管內(nèi)皮細(xì)胞呈遞的黏附配體結(jié)合，二者結(jié)合較為牢固，就好比干細(xì)胞走在滾動(dòng)的流水線上一樣，不停的向前移動(dòng)。

而后，機(jī)體會(huì)激活許多的細(xì)胞因子與趨化因子，如血小板衍生生長(zhǎng)因子α、胰島素生長(zhǎng)因子-1、CXCL12和其他趨化因子。干細(xì)胞可變地表達(dá)多種其他趨化因子受體，這種表達(dá)譜在決定干細(xì)胞將遷移到哪些組織中可能是重要的。例如，在股骨缺損模型中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)-3能夠增加內(nèi)源性骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向股骨頭的遷移，從而增加骨體積和骨密度。

然后，當(dāng)達(dá)到損傷部位的血管時(shí)，干細(xì)胞會(huì)牢牢的附著于該部位的內(nèi)皮細(xì)胞表面而不再發(fā)生移動(dòng)，細(xì)胞表面整合素構(gòu)象的改變促進(jìn)了這一過程。間充質(zhì)干細(xì)胞本身也可表達(dá)血管細(xì)胞黏附分子和細(xì)胞間黏附分子而使其附著性增加。

最后，干細(xì)胞要穿過血管到達(dá)受損組織中去發(fā)揮其功能。例如間充質(zhì)干細(xì)胞為穿透內(nèi)皮細(xì)胞基底膜而表達(dá)CXCL12、c-kit配體以及分泌組織蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶等。這些成分在間充質(zhì)干細(xì)胞的組織侵襲中起重要作用。

圖片來自文獻(xiàn)[1]

提高歸巢效率，讓治療效果最大化

干細(xì)胞的歸巢性對(duì)其在臨床上的療效起到至關(guān)重要的作用，然而常常遇到干細(xì)胞歸巢效率低下的問題，近年來科學(xué)家們對(duì)此展開了大量的研究，以提高歸巢率實(shí)現(xiàn)提高療效與減少副作用。為了提高干細(xì)胞的歸巢效率，科學(xué)家提出了幾種方法。

1.基因改造，可通過病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)使干細(xì)胞過表達(dá)歸巢因子，如趨化因子(CXCR4)或粘附受體(VLA-4）等，從而使得干細(xì)胞歸巢效率提升。發(fā)表于《卒中》的一篇文章顯示[2]，對(duì)大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行基因修飾后，使其過表達(dá)整合素α4，可促進(jìn)干細(xì)胞向頸動(dòng)脈注射后的腦栓塞部位遷移。

圖片來自文獻(xiàn)[2]

2.磁引導(dǎo)技術(shù)，科學(xué)家還想到利用磁場(chǎng)引導(dǎo)干細(xì)胞到達(dá)特定損傷部位，用磁性顆粒標(biāo)記的干細(xì)胞利用外部磁場(chǎng)被引導(dǎo)到損傷部位。Arbab等人[3]，用氧化鐵(Fe2O3)顆粒標(biāo)記間充質(zhì)干細(xì)胞靜脈注射大鼠，以是否在肝臟上方放置外部磁鐵的大鼠分為試驗(yàn)組和對(duì)照組。戴上外磁鐵的大鼠在給藥15天后肝臟中標(biāo)記的干細(xì)胞數(shù)量大約是對(duì)照組的2倍。在沒有戴磁鐵的大鼠中，MSCs主要分布在門脈系統(tǒng)周圍，但在戴磁鐵的大鼠中，MSCs滲透到更深的肝實(shí)質(zhì)中。

圖片來自文獻(xiàn)[3]

3. 水凝膠支架，科學(xué)家還嘗試將趨化因子或細(xì)胞因子浸漬的水凝膠支架植入靶組織來調(diào)節(jié)干細(xì)胞歸巢；直接將干細(xì)胞注射至靶組織；減少肺內(nèi)血管干細(xì)胞滯留等方法來提高干細(xì)胞的歸巢性。

圖片來自文獻(xiàn)[4]

小結(jié)

在疾病治療研究中，目前通常采用動(dòng)脈介入、靜脈輸注、局部注射移植等方式進(jìn)行干細(xì)胞移植，然后依靠其歸巢特性可以快速到達(dá)損傷部位，參與損傷修復(fù)和更替。歸巢性是干細(xì)胞能夠應(yīng)用于疾病治療，特別是全身系統(tǒng)性疾病治療的重要機(jī)制之一。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，干細(xì)胞在臨床上具有巨大的應(yīng)用潛能。

參考文獻(xiàn)：

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[2] Cui LL, Nitzsche F, Pryazhnikov E, Tibeykina M, Tolppanen L, Rytk?nen J, Huhtala T, Mu JW, Khiroug L, Boltze J, Jolkkonen J. Integrin α4 Overexpression on Rat Mesenchymal Stem Cells Enhances Transmigration and Reduces Cerebral Embolism After Intracarotid Injection. Stroke. 2017 Oct;48(10):2895-2900.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28916665/

[3] Arbab AS, Jordan EK, Wilson LB, Yocum GT, Lewis BK, Frank JA. In vivo trafficking and targeted delivery of magnetically labeled stem cells. Hum Gene Ther. 2004 Apr;15(4):351-60.

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https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32526037/