外源性间充质干细胞干预结核感染的有效性和机制探索

High prevalence and increased drug resistance rendered tuberculosis as a severe challenge in China. We aim to explore new treatment methods of TB. Mesenchymal stromal cells (MSC) have strong immunomodulatory properties and recent studies have shown positive result for the use of MSC for adjunct therapy of multi-drug resistant tuberculosis (Lancet Respir Med. 2014, Clin Tuberc Other Mycobact Dis. 2016). However, MSC trafficking and immunomodulatory effects during Mycobacterium tuberculosis infection have not been well studied. Our preliminary study showed that: I. MSC injection enhanced bacterial clearance in the lungs and spleens at early time of drug-susceptible and drug-resistance MTB stain infection; II. MSC showed synergistic effect with chemotherapy (rifampin) and further reduced bacteria load in drug-resistant strain model; III. The regulation effects cannot be repeated in mouse model 6-8 weeks after infection, which implied that the immunoactivity of MSC for TB infection was regulated by microenvironmental factors in infected lung tissue. IFN-γ level may play an important role for this. Based on these findings and literature records, we plan to enlarge our sample size and optimize control group to verify the effect of exogenous mesenchymal stem cells for the intervention of tuberculosis infection. Besides, we will explore the regulation mechanisms of cytokine-MSC-macrophage-tuberculosis interaction via in vivo and in vitro studies.

2018年中国结核病发病人数高居世界第二位，耐药肺结核患者的比例也逐年增高，因而探索新的治疗方法有着迫切的现实意义。近年来有临床研究发现间充质干细胞(MSC)的干预对于广泛耐药肺结核具有辅助治疗效果，但其作用及其机制尚不确定，目前的临床应用仍存在一定争议。我们的前期动物试验发现，MSC处理对于结核菌标准株和耐药株的早期感染具有一定的治疗效果，且与结核药物具有协同作用，但感染后期处理的效果不佳，我们推测结核感染肺部微环境的变化可能对MSC的免疫调节及其抗结核治疗作用产生影响，而IFN-γ可能是尤为重要的调节因子。因此，本研究拟进一步优化对照，扩大动物试验样本量，重复验证MSC治疗结核感染的有效性及其治疗时机；同时完善体外试验，评估IFN-γ等细胞因子介导下MSC对巨噬细胞功能的调节作用；进一步通过正反向对照明确关键调控因子，初步证实外源性间充质干细胞干预结核感染的有效性及其调节机制。

结核病是人类面临的主要传染病之一。现有的结核病治疗手段严重依赖化疗药物，一旦出现耐药菌株，治疗效果大打折扣。因此，探索新的结核病干预手段有着非常迫切的现实意义。鉴于已有临床试验证实了间充质干细胞（MSC）对于耐药结核病患者有辅助治疗作用，本研究对其潜在的机制进行进一步探索。本研究包括两部分，2000年按照完成了动物试验部分。动物试验部分所获得结果与国外相关研究有一定的差异，为保证结果可靠，进行了第二批次的验证，两批次结果基本一致。动物试验初步证实1）MSC的免疫抑制作用不是其治疗结核感染的主要作用机制，2）体内IFN-γ的水平对MSC干预结核感染的效果起调控作用，IFN-γ拮抗剂可以影响MSC的免疫治疗效果。3）MSC和抗结核药物有一定的协同作用。尽管有以上的结果，MSC干预结核感染的效果仍较为有限，我们认为现有报到中使用MSC治疗耐药结核病的方式有待商榷和进一步评估，而更高剂量的MSC或者经过充分诱导后的MSC可能会有更好的治疗效果。2022年完成了体外试验，进一步证实了我们动物试验中的部分发现，hMSC细胞能促进THP-1细胞对结核杆菌的清除能力，促进效率约为32.5%，其中旁分泌可能是主要发挥作用途径。本研究证实了MSC对于结核感染的辅助治疗作用与宿主感染阶段相关，这在既往的研究中从未见报道。我们发现MSC的免疫抑制作用不是其治疗结核感染的主要作用机制，而体内IFN-γ的水平对MSC干预结核感染的效果起调控作用。从本研究结果看，MSC的干预效果仍较为有限，远远不及新药在实验室阶段表现出的抗菌活性那么强烈，MSC用于耐药结核病的治疗需要更加慎重。