基因修饰的去分化人脐带间充质干细胞治疗移植物抗宿主病的应用及机理研究

Graft-versus-host disease (GVHD) is a common life-threatening complication of hematopoietic stem cells transplantation. As the newly identified immunosuppressant with natural immunosuppressive capabilities, mesenchymal stem cells (MSCs) has been proved effective in the control of GVHD and other immune diseases. However, the low in vivo survival potential of the transplanted MSCs limits their overall effectiveness, and MSCs function as immune suppressors only when they are elicited by inflammatory cytokines which provoke the expression of inducible indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), etc. In preliminary studies, we found that dedifferentiation pretreatment elevated the anti-apoptosis ability of human umbilical-cord-derived MSCs (hUC-MSCs), and IDO gene modification significantly enhances their immunosuppressive ability in vitro, which indicate the combined application of these two pretreating strategies in reinforcing the therapeutic and immunosuppressive properties of MSCs. In this project, in-depth experiments in vitro and in vivo have been designed to systematically evaluate the practical efficacy and mechanism of the IDO-modified dedifferentiated hUC-MSCs in the treatment of GVHD, and this may pave a new way for better clinical utilization of mesenchymal stem cells in vivo.

移植物抗宿主病（GVHD）是造血干细胞移植过程中危及生命的常见并发症。间充质干细胞（MSC）是一类天然存在的新型免疫抑制剂，对GVHD等有良好的治疗效果。但目前的MSC移植治疗普遍存在细胞体内存活力低下的问题，不仅如此，MSC免疫抑制疗效的发挥对患者的体内环境更是有着严格的要求：仅当宿主出现炎症反应并大量分泌炎性细胞因子时，MSC在炎性因子作用下诱导性的表达以吲哚胺-2,3-双加氧酶（IDO）为代表的免疫抑制效应分子后，才能转变为真正具有抗免疫排斥作用的功能性细胞。我们在前期研究中发现，去分化预处理能显著提高人脐带MSC的抗凋亡能力，而IDO基因修饰则直接增强了人脐带MSC的体外免疫抑制能力，是扩大MSC的临床适用范围、确保其体内疗效的两种潜在手段。在此基础上，本项目拟深入开展经去分化和IDO基因修饰联合处理的人脐带MSC治疗GVHD的应用及机理研究，以期为MSC的高效安全应用开辟新途径。

移植物抗宿主病（GVHD）是造血干细胞移植过程中危及生命的常见并发症，间充质干细胞（MSCs）共输注对GVHD有良好的治疗效果，但目前的MSCs移植治疗普遍存在细胞体内存活力低、依赖炎性因子激活等问题。鉴于此，本项目开展了去分化联合IDO基因修饰的人脐带MSC（hMSCs）治疗GVHD的研究，主要研究内容包括：成脂去分化hMSCs（De-hMSCs）的基本生物功能，De-hMSCs抗凋亡能力的分子机制，IDO基因修饰型De-hMSCs（IDO/De-hMSCs）的鉴定，IDO/De-hMSCs体外免疫抑制能力及作用机制，IDO/De-hMSCs的体内抗GVHD功能等。主要成果包括：发现De-hMSCs的成脂再分化能力和抗氧化应激存活能力增强，凋亡和自噬途径同时参与了De-hMSCs对氧化应激的耐受，其中bcl-2蛋白家族表达增强可能是De-hMSCs耐受氧化应激的主要原因；IDO/De-hMSCs仍具有MSCs的免疫表型、成骨成脂分化能力以及De-hMSCs的抗氧化应激存活优势；与IFN-γ预刺激相比，IDO基因修饰能更有效地增强De-hMSCs的体外免疫抑制能力，并赋予了De-hMSCs不依赖于IFN-γ刺激的自主免疫抑制能力；IDO/De-hMSCs的高免疫抑制能力与诱导免疫细胞凋亡有关，含IDO/De-hMSCs上清的条件培养基能显著上调PBMCs中CD4+CD25+CD127low Treg细胞的含量；IDO/De-hMSCs输注更有效地延长了GVHD小鼠的生存时间，改善了GVHD靶器官的病理损伤，减轻了小鼠体内的炎症反应。上述发现揭示了去分化联合IDO基因修饰增强人脐带MSCs存活能力及其体内外免疫抑制效应的作用机理，为MSCs移植治疗中细胞活力、免疫抑制疗效等方面存在的问题提供了可借鉴的解决方案，对GVHD等免疫相关疾病的有效防治具有积极意义。