最近有文章主要报道了一种来源于人胚胎干细胞的免疫与基质调节细胞IMRCs，该文报道这种细胞具有不同于UCMSCs的基因表达特征，其免疫调节与抗纤维化能力强于UCMSCs，具有呈剂量依赖性的治疗肺损伤与肺纤维化的功效，且有较好的安全性。
研究背景
急性肺部受损可导致肺损伤与纤维化，干细胞治疗是新兴的用于治疗炎症疾病与退化性疾病的治疗手段，间充质干细胞（MSCs）已被证实可迁移到肺部受损部位抑制肺部炎症反应与纤维化，但MSCs治疗存在多种缺陷，比如组织来源的多样性，供体的异质性，细胞制备过程的非标准化等。来源于人胚胎干细胞（humanembryonicstemcells，hESCs）的在体内具有免疫与基质调节作用的细胞（immunity-andmatrix-regulatorycells,IMRCs)可解决这些问题，在本篇研究中证明了IMRCs的免疫与基质调节作用，并且该类细胞相对于UCMSCs具有更优的自我更新能力与质量一致性，更强的免疫调节与抗纤维化能力，并且在体内可更好治疗肺部损伤与纤维化。
研究内容
hESC来源IMRCs的制备
作者经hESCs得到hEBs，用IMRCs培养基培养得到IMRCs，传代培养5次后，收集细胞(Fig.1a)，IMRCs呈纤维细胞样并且维持二倍体核型（Fig.1b-c），全基因组的拷贝变异数分析显示并无非整倍染色体（Fig.1d），作者测定了IMRCs的MSC特异性基因表达，结果显示，IMRCs与hESCs的基因表达有较大差异，但与UCMSCs较为接近，在IMRCs与UCMSCs中，多向分化基因POU5F1，SOX2，NANOG，ZFP42，SALL4,中胚层基因MIXL1以及内胚层基因GAD1不表达，而表达MSC特异性基因PDGFRA和SPARC，以及MSC表面标志物CD73，CD90，CD和CD29，并且IMRCs也具有分化为间充质组织的能力（Fig.1g），在第15代时，IMRCs的增殖速率高于UCMSCs，表明其具有更强的长期自我更新能力。IMRCs体积小于UCMSCs,降低了细胞注射后发生肺栓塞的风险（Fig.1i），另外对IMRCs在4℃时进行活力分析，发现在48h后其活力高于UCMSCs(Fig.1j)。
IMRCs具有独特的基因表达谱
为研究IMRCs与hESCs和UCMSCs的相似性，作者对三种细胞进行了全基因组的表达分析，将IMRCs和UCMSCs与hESCs的基因表达进行比较，全转录组分析揭示IMECs与UCMSCs具有一定的相似性，而这两种细胞则与hESCs具有较大的差别（Fig.2a），其差异表达的基因主要富集在血管生成，炎症反应，细胞外基质分解等过程。IMRCs相对于hESCs高表达MSCs特异性基因如NT5E，ENG，PDGFRA，SPARC以及ITGB1，而多向分化基因POU5F1，SOX2，SALL4以及ZFP42不表达，作者又对IMRCs与UCMSCs差异表达的基因进行了分析，在IMRCs中，LIF，VEGFA，GREM1，CDC20以及MMP1表达相对于UCMSCs上调，促炎因子IL-1B，CXCL8，CCL2以及CXCL1表达下调（Fig.2b-c）。对这些差异表达的基因进行GSEA分析，发现IMRCs具有更强的炎症抑制与增殖能力（Fig.2d）。IMRCs单细胞测序分析发现该类细胞在MSCs特异性基因表达上具有均一性，并且相对于hESCs与UCMSCs而言，在多向分化基因以及非间充质细胞标志物表达上也具有较高的均一性，揭示该类细胞在注射后所有细胞更有可能具有相似的生物活性（Fig.2e-g）。以上数据表明IMRCs因为低表达分化基因，高表达免疫调节基因而更具有临床的应用性。
IFN-γ处理的IMRCs具有更高的免疫调节能力
用IFN-γ刺激IMRCs测定其免疫调节能力。IFN-γ刺激后，IMRCs与UCMSCs显示出相同的形态学变化(Fig.3a)，并且IDO1表达上调高于UCMSCs(Fig.3b)。对刺激与未受刺激的UCMSCs和IMRCs进行基因组RNA检测，结果显示，即使IMRCs与UCMSCs受到IFN-γ刺激后表现出相似性，但仍是两个不同的细胞群体（Fig.3c-d）。通过维恩图对受刺激与未受刺激的IMRCs与UCMSCs差异表达基因进行分析（Fig.3e）。作者还发现相对于UCMSCs，IMRCs低表达促炎因子基因而高表达促再生因子基因（Fig.3f）。为了进一步证实这个发现，作者对两种细胞受到刺激时分泌的48个趋化因子和细胞因子进行ELISA试验，结果发现，IMRCs中IL-6，IL-1β，TNF-α，GRO-α，IFN-α2，IL-1α以及IL-8量低于UCMSCs，而免疫调节细胞因子IL-1RA，LIF，RANTES高于UCMSCs(Fig.3h)，对于促再生因子，GM-CSF在两种细胞中相似，而IMRCs中VEGFA，MIG，SDF-1α高于UCMSCs（Fig.3i）。为测定IMRCs的免疫调节作用，作者测试了其对PBMC细胞增殖的影响，将其与PHA刺激PBMC细胞1：1混合，其可显著抑制PBMC细胞的增殖，以上结果显示IMRCs具有比UCMSCs更强的免疫调节作用与促再生作用
IMRCs可抑制TGF-β1的促纤维化效应
单细胞测序结果显示超过99%的IMRCs细胞表达MMP1基因，显著高于UCMSCs(1%)，并且qPCR也显示IMRCs相对于hESCs与UCMSCs高表达MMP1，IMRCs培养基上清ELISA测试也显示其分泌高水平的MMP1，而且其分泌的MMP1均具有酶活性（Fig.4a-e）。为研究IMRCs对纤维化的抑制作用，用TGF-β1处理A细胞建立体外纤维化模型（Fig.4f-g），该细胞纤维细胞标记物ACTA2,胶原蛋白I，胶原蛋白II，TGFB1表达增加，上皮细胞标记物CDH1几乎不表达，结合免疫荧光与Westernblot试验，TGF-β诱导胶原蛋白I上调，E-钙黏蛋白下调（Fig.4h-i），表明纤维化模型建立。将TGF-β1处理的A细胞分别用IMRCs培养基上清或无IMRCs培养基上清培养，结果显示IMRCs培养基上清可显著降低TGF-β1诱导的胶原蛋白I，ACTA2,TGFB1的表达（Fig.4j），并且免疫荧光实验也证明了IMRCs培养基上清可抑制胶原蛋白I与α-SMA的表达（Fig.4k-m），综合以上结果来看，IMRCs可以抑制TGF-β1诱导的肺纤维化。
小鼠与猴注射IMRCs的安全性评估
在干细胞的临床应用中，残留hESCs常会导致畸胎瘤的发生，故借助单细胞测序分析IMRCs中是否有残留hESCs，结果显示并未有hESCs的残留，并且多向分化基因几乎不表达（Fig.5a）为确保其长期与短期安全性，在CFDA相应标准下对其进行生物安全性相关的实验验证，证明其符合要求，可适于人体治疗应用。为追踪IMRCs在体内的分布与长期定位，用DiR标记细胞，注射细胞后在设定时间点进行实验动物活体成像，DiR在第5天荧光强度下降一半，随后15天平稳下降，在第46天荧光信号消失，这一现象表明IMRCs不会在体内长期驻留，并且荧光信号显示细胞主要分布在肺中，少量分布于肝和脾（Fig.5b-c）。用绿色荧光蛋白标记IMRCs进一步追踪其在肺内的分布情况，荧光信号显示其主要分布在肺间隙而在肺毛细血管中无分布（Fig.5d）。另外免疫荧光分析显示绿色荧光标记蛋白并未表达II型肺泡上皮细胞标志物SPC与内皮细胞标志物CD31，说明IMRCs分布到肺部后既没有分化为上皮细胞和内皮细胞，也未长期驻留在肺部。除此之外，克隆集落实验显示IMRCs并无致瘤性（Fig.5e），其也未发生基因的突变（Fig.5f）。将细胞注射到猴子上评估其短期与长期毒性，6个月后对其血生化与尿生化指标进行分析，所有指标均在正常范围内（Fig.5g）说明其肝、肾、心、肌肉、胰腺均为受到损害，并且长期毒性试验也未观察到毒性，这些实验结果证明IMRCs具有体外与体内安全性，可以进行临床上的实验。
IMRCs呈剂量依赖型治疗肺部损伤与纤维化
用博来霉素诱导的肺损伤模型评估IMRCs对肺损伤与肺纤维化的治疗效果（Fig.6a），实验结果显示IMRCs可呈剂量依赖性的改善博来霉素诱导肺损伤模型小鼠体重减少情况，并且可提高总体生存率（Fig.6b-c），博来霉素注射21天后对肺免疫组化染色分析显示肺泡正常结构破坏，肺部炎症细胞浸润并发生肺间质增厚，而注射IMRCs后可呈剂量依赖性的改善这一状况，减少肺部巨噬细胞的数量（Fig.6d-f）抑制急性肺损伤后肺部炎症的发生。而且也呈剂量依赖型提高Ashcroft分数，减少胶原蛋白在肺部的沉积（Fig.6g）。IMRCs治疗后COLI，FN，α-SMA表达水平也降低，ELISA实验显示TNF-α与TGF-β1水平的降低（Fig.6h-i）。综上所述，IMRCs呈剂量依赖性抑制肺损伤后的炎症反应与纤维化。
IMRCs的肺部损伤与纤维化治疗疗效优于UCMSCs与比菲尼酮
最后作者将IMRCs的治疗效果与抗纤维化药物比菲尼酮和UCMSCs进行比较，相较于比菲尼酮和UCMSCs，IMRCs更能改善体重减轻状况，更能提高小鼠的生存率，可更好改善肺部形态与提高肺功能指标，可更好治疗肺部纤维化，提高肺容量，这些均可说明IMRCs对肺损伤与肺纤维化的治疗效果优于UCMSCs与比菲尼酮。除此之外，作者在两例新冠肺炎患者上进行了人体试验，注射IMRCs14天后，显著改善肺炎患者肺部炎症，在注射细胞4-8后，促炎因子包括GRO-α，IFN-α2，IL-9，IL-13，MCP-3，M-CSF，sCD40L和TNF-α显著受到抑制（Fig.6m）。以上结果表明IMRCs具有显著的免疫调节作用，可使ALI患者获益。
全文总结
人胚胎干细胞来源的IMRCs可安全有效地治疗肺损伤与纤维化，并且其治疗效果呈剂量依赖性且优于UCMSCs与比菲尼酮。
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