间充质干细胞在治疗癫痫所致炎症反应中的作用研究进展

邬晶新，王宇鑫，张宏云，李洪艳,2，刘晶，邹伟,2

1.辽宁师范大学 生命科学学院，辽宁 大连116081；2.辽宁省生物技术与分子药物研发重点实验室，辽宁 大连116081；3.大连医科大学 附属第一临床医院，辽宁 大连116029

癫痫是一种以大脑神经元异常放电并反复发作为特征的复杂性神经系统疾病[1]，通常会导致抑郁、幻觉、记忆障碍等并发症[2]，严重影响患者的生活质量和身心健康。目前，全球约有6500万癫痫患者，而其中仅有3%的患者能够通过手术缓解病情。尽管临床上约有20多种抗癫痫药物可以控制患者发病，但35%的癫痫患者会产生抗药性[3]，不能从根本上抑制癫痫的形成和进程。癫痫的病因和发病机制尚不完全清楚，但近年来的研究和临床数据表明，脑内发生的炎症过程是癫痫发生的重要病理机制之一[4]。

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）来源于发育早期的中胚层，是一类多能干细胞。因其具有多向分化潜能、造血支持、组织修复、免疫调控等特点而备受关注[5-6]。大量研究表明，MSCs能够有效治疗多种退行性疾病和炎性疾病，包括克罗恩病、移植物抗宿主病、糖尿病肾病和器官纤维化等。在炎症环境中，MSCs可以通过释放免疫抑制因子、生长因子、趋化因子、补体成分和多种代谢产物等发挥免疫调节功能[7-9]。

新近发现，MSCs能够控制癫痫所致的炎性反应，使受损组织和细胞微环境达到稳态，从而抑制癫痫的发生和发展。我们简要综述了MSCs在治疗癫痫所致炎症中的作用，旨在为临床应用MSCs防治癫痫提供理论依据。

1 MSCs通过炎症微环境调节免疫

炎症是启动组织修复或愈合的原动力，是机体对损伤因子的最常见的防御性反应。炎症状态下，多种炎症递质释放激活免疫细胞，能够造成持续性的组织损伤。已经证明，MSCs可以通过炎症微环境发挥免疫调节功能，不但激活先天性免疫细胞和适应性免疫细胞的应答，还能促进组织再生与修复[10-11]。

Nicola等将人骨髓间充质干细胞（BMSCs）与混合的外周血单核细胞（PBMCs）共培养或者与不同的主要组织相容性复合物（MHC）共培养，发现MSCs在体外可以强烈抑制T细胞的激活、增殖以及T细胞介导的炎症反应[12]。Ren等将MSCs移植到患有炎性疾病的人体或动物体内，发现MSCs可通过分泌趋化因子和NO3在体内发挥其免疫抑制功能[13]。且进一步发现，MSCs抑制T细胞介导的炎症反应依赖于微环境中的激活信号。当用γ干扰素（IFN-γ）与肿瘤坏死因子（TNF）或白细胞介素-1（IL-1）处理细胞时，MSCs可以完全抑制T细胞杂交瘤和T细胞的增殖[13]，但在没有激活信号的情况下，MSCs和T细胞的共培养并不能抑制T细胞的增殖[14]。值得注意的是，Han等发现，白细胞介素-17（IL-17）的家族成员IL-17A可以介导自身免疫疾病的促炎反应，进一步增强IFN-γ和TNF联合诱导的MSCs免疫抑制作用，显著提高MSCs在急性肝损伤模型中的治疗作用[15]。这些实验清楚地证明了MSCs通过微环境中的炎性细胞因子调节免疫。

2 MSCs通过趋化因子-iNOS-IDO信号通路介导免疫调节

MSCs与炎症因子之间的相互作用涉及不同的分子机制，一类是MSCs与免疫细胞直接作用，另一类则是MSCs通过免疫细胞与其他类型的细胞相互作用[7]。无论哪种作用方式，MSCs都可以通过激活趋化因子-iNOS-IDO信号通路介导免疫调节。通常，MSCs在IFN-γ联合TNF或IL-1的刺激下被激活，可诱导多种趋化因子的强烈表达以及诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）或吲哚胺-2，3-双加氧酶（indole⁃asmine-2，3-dioxygennase，IDO）的合成。啮齿类MSCs通常通过iNOS促进NO的生成，而哺乳动物MSCs则通过色氨酸代谢酶IDO介导免疫反应。

趋化因子-iNOS-IDO信号通路上游的趋化因子大多数是CXC趋化因子受体3（CXCR3）和CC趋化因子受体5（CCR5）配体，包括CC趋化因子配体5（CCL5）、CXC趋化因子配体9（CXCL9）、CXCL10和CXCL11。其 中，CXCR3和CCR5配 体可募集T细胞到MSCs附近积累，促进iNOS或IDO的表达增多，从而抑制T细胞的增殖[13,16]。可见，MSCs在炎性细胞因子存在的条件下具有高度免疫抑制作用。研究证明，在适当的条件下，1个MSC可以抑制高达约100个T细胞的增殖，这是一个远远大于Treg细胞参与的免疫反应。如果用药物或遗传方式阻断CXCR3或CCR5配体的结合，就可阻止T细胞迁移和MSCs诱导的免疫抑制功能，说明与趋化因子受体的相互作用是MSCs免疫调节的重要方式[13]。

Chen等通过MSCs-T细胞共培养系统实验发现，iNOS的缺失或抑制会减少由MSCs炎症诱导的免疫抑制活性，还能抵消MSCs治疗急性肝损伤和肝纤维化的效果[17]。已知iNOS催化MSCs产生NO，不但可激活JAK-STAT信号通路从而导致T细胞的细胞周期停滞[18]，直接抑制T细胞增殖，而且还可以调节MAPK和NF-κB信号分子的活性，干扰巨噬细胞产生促炎细胞因子[19]。

新近研究表明，能将色氨酸（必需氨基酸）转化为犬尿氨酸的分解代谢酶IDO也可通过某些特殊机制影响MSCs的免疫调节作用，如通过影响色氨酸降解产生的分解代谢物调节免疫细胞的活性[20]。值得注意的是，由MSCs表达的IDO还能够通过诱导单核细胞分化成M2巨噬细胞来调节先天免疫活性，从而减弱炎症[21]。

到目前为止，尽管IDO及其分解代谢物促进MSCs的免疫抑制作用仍不十分清楚，但上述研究表明趋化因子和iNOS或IDO之间的相互作用对MSCs的免疫调节功能的重要意义不言而喻。

3 MSCs在治疗癫痫所致炎症反应中的作用

3.1 癫痫所致的炎症反应

众所周知，炎症是癫痫发生和持续发作的一个重要因素。大量研究发现，癫痫发作会引起起始脑区和传播脑区的神经炎症反应，进一步加重中枢神经系统的损伤[22-23]。Vezzani等通过电刺激或化学药物诱导成年大、小鼠癫痫发作，在癫痫发作的脑内可检测到多种炎性介质增多[24]。大量数据表明，癫痫炎症反应中增加的炎性因子如IL-1、TNF-α和IL-6主要表达于激活的星形胶质细胞和小胶质细胞，同时这些炎性因子的受体、前列腺素、环氧合酶2和补体系统组分在这些细胞上的表达也会明显增多[25]。Prabowo等在癫痫患者脑片中观察到小胶质细胞和星形胶质细胞以及神经元上IL-1β及相应受体IL-1R的表达上调[26]。Cerri等将CCL2抗体注射到脂多糖处理的癫痫大鼠颅内，发现癫痫发作减轻[27]。此外，有研究表明在慢性癫痫动物模型及患者的脑组织中，癫痫可诱导脑部内皮细胞释放IL-1、补体系统等细胞因子，从而激活神经胶质细胞释放炎性因子和前列腺素，并促使T淋巴细胞等炎性细胞进入脑内[28]。可见，炎症反应对于癫痫的发生和持续存在是必要条件之一。

3.2 MSCs在治疗癫痫所致炎症中的作用

早期神经学临床试验中已经检测出MSCs具有免疫调节作用[29]。近年来，随着干细胞治疗神经系统疾病的报道日益增多，以及MSCs移植对免疫调节失衡导致的炎症性相关疾病的治疗表现出良好的效果，使人们更加重视MSCs在对抗神经系统炎症中的免疫调节作用[30-32]。不论在临床中还是动物模型理论基础研究中均有相关实例证明，MSCs通过调节炎症失衡来治疗癫痫。

Li等利用脑卒中大鼠模型观察MSCs的抗炎和免疫调节作用，发现MSCs不仅可以促进脑血管生成，还能抑制卒中导致的神经细胞凋亡[33]。Kim等观察到MSCs可以通过诱导脑神经营养因子基因的表达和分泌，抑制凋亡级联反应来减轻创伤性脑损伤[34]。还有人将BMSCs移植到致痫小鼠海马中，发现炎性细胞因子（TNF-α和IL-1β）和凋亡标志物caspase-3的表达下调[35-36]。Huang等发现，HUMSCs移植的匹罗卡品诱导的癫痫动物脑内抗炎性细胞因子，如MIP-3b、双调蛋白、GITR、FGF-6和骨保护素等明显增加，可以延缓癫痫发作的频率和持续时间，同时降低脑水肿、减轻锥体细胞和GABA能神经元损伤[37]。新近，Salem等的研究表明，以雄性Sprague-Dawley大鼠建立匹罗卡品癫痫模型，采用静脉注射（IV）或双侧海马注射（IC）BM-MSCs治疗癫痫，通过IC途径治疗可计数出神经元细胞数量增多，并且海马中活化的caspase-3免疫反应性升高[38]。

综上不难发现，MSCs能够通过多种方式抑制炎性因子的水平，调节癫痫所致的炎症反应，进而抑制癫痫的发生和发展。

4 结语

癫痫是一种难以治愈的神经系统疾病，其发病机制复杂。大量研究均已证明癫痫的发生与炎症密切相关。MSCs在许多疾病的治疗中表现出它的优越性，特别是在炎症性相关疾病的治疗中效果良好。已有研究表明，MSCs可通过多种机制调节癫痫所致的炎症反应而用于治疗癫痫，但仍缺乏大量的临床研究数据。因此，深入探讨MSCs在治疗癫痫所致炎症反应中的作用，可为临床提供治疗思路。