第 62 章：肌骨组织损伤与修复：干细胞的作用、分化与旁分泌效应（Musculoskeletal Tissue Injury and Repair: Role of Stem Cells, Their Differentiation, and Paracrine Effects）

1 骨骼肌损伤的病理生理学（Pathophysiology of Skeletal Muscle Injury）

骨骼肌损伤是普通内科门诊最常见的就诊原因之一，也占骨科诊所接诊病人的很大比例。肌损伤的自然进程按高度协调的顺序推进，最终恢复组织的正常结构与功能；然而，损伤骨骼肌的再生能力有限，常导致纤维化组织形成，使肌肉易于再次损伤并延长功能恢复时间。运动员中骨骼肌拉伤的复发率较高，部分职业运动员群体中接近 30%。在损伤分子事件与细胞转化方面已有长足进展，但临床上对这一常见损伤的处理仍依赖于休息、冷敷与抗炎药等常规疗法，这些方法对预防或治疗创伤后肌纤维化的作用有限。骨骼肌的愈合按时间顺序经历变性/炎症、再生与纤维化几个阶段，叠加发生并由生长因子协调。本节集中讨论肌炎症、肌再生与肌纤维化三阶段（见图 62.1）。

肌炎症阶段：损伤后最初几天内发生肌变性与炎症。非甾体抗炎药（NSAIDs）常被处方以缓解疼痛，但其对肌愈合的影响仍存争议。为评估 NSAIDs 的有效性，本章作者所在团队进行了两项研究以确定环氧合酶-2（Cox-2）在肌愈合中的作用。体外实验中，Cox-2 特异性抑制剂 NS-398 阻碍分化肌源前体细胞的增殖与成熟；Cox-2 选择性抑制剂 SC-236 也得到类似结果，提示 NS-398 可能对骨骼肌愈合不利。利用小鼠骨骼肌裂伤模型，体内注射 NS-398 后观察至损伤后 4 周：早期时间点肌再生延迟，裂伤肌肉中转化生长因子-β1（TGF-β1）表达升高并伴随纤维化沉积增加，中性粒细胞与巨噬细胞浸润减少，提示 NS-398 可能通过抑制炎症反应延缓肌愈合。在野生型（Wt）与 COX-2⁻/⁻ 小鼠胫骨前肌（TA）裂伤后 5 天与 14 天进行组织学与功能评估，COX-2⁻/⁻ 小鼠 TA 肌的再生能力较 Wt 小鼠下降。这些结果表明 COX-2 通路在肌愈合中起重要作用，使用 NSAIDs 治疗肌损伤需要审慎评估，因为 NSAIDs 可能反而损害肌愈合。

肌再生阶段：通常在损伤后第一周启动，第二周达到峰值，3–4 周后逐渐减缓。多种生长因子在肌再生中发挥不同作用。在小鼠模型中，直接注射胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF），以及较小程度的神经生长因子（NGF），可分别增强裂伤、挫伤与拉伤肌在损伤后 2、5、7 天的愈合。直接注射重组生长因子虽然简便安全，但需要较高浓度才能产生可测量效应——通常需要连续三次注射 NGF、IGF-1 或 bFGF 各 100 ng 才能在小鼠骨骼肌中观察到可检测的愈合增强。其原因在于血流对这些分子的快速清除以及较短的生物半衰期。基因治疗可能是更有效的递送方式：因为既往研究已证明 IGF-1 是促进肌再生与改善肌愈合的强效生长因子，本团队构建携带 IGF-1 基因的腺病毒并评估其改善肌愈合的能力；在免疫正常小鼠中，通过成肌细胞介导的离体腺病毒基因转移改善了裂伤肌的愈合；然而，尽管产生了高水平 IGF-1，注射部位组织学仍显示肌纤维化。这些结果表明 IGF-1 对成肌纤维细胞增殖与细胞外基质（ECM）沉积的刺激作用可能在高浓度下仍干扰肌愈合。因此，预防肌纤维化可能是改善肌愈合的更优策略。

肌纤维化阶段：纤维化（瘢痕组织形成）通常在损伤后第二到第三周之间开始，并随时间继续增加。本团队研究结果强烈提示瘢痕组织形成阻碍了损伤肌组织的完全再生。虽然多项研究已把 TGF-β1 牵涉到多种组织的纤维化发生中，但很少有研究直接检验该细胞因子在骨骼肌纤维化中的作用。研究表明 DMD 患者骨骼肌中 TGF-β1 高水平表达并与纤维化相关；皮肌炎患者肌活检标本中也有过量 TGF-β1，可导致慢性炎症、ECM 累积与纤维化。通过免疫组化，本团队在损伤骨骼肌中观察到 TGF-β1 强表达，支持 TGF-β1 在肌纤维化级联反应中起重要作用的假说。因此，中和损伤肌中的 TGF-β1 表达可能抑制瘢痕组织形成。具体而言，本团队近期工作集中在通过抑制 TGF-β1 来抑制肌纤维化的药物——使用 decorin、suramin、relaxin 与干扰素-γ（IFN-γ）可减少纤维化并增加肌损伤后的再生。然而，这些药物的临床应用受到副作用较重、缺乏口服剂型，以及 decorin 缺乏 FDA 批准用于人类等因素的阻碍。

2 用 Losartan 调节纤维化（Modulating Fibrosis with Losartan）

纤维化并非骨骼肌系统独有的病理过程。多种器官系统的病理性纤维化已被与血管紧张素 II 的局部效应联系起来——血管紧张素 II 是调节血压的肾素-血管紧张素系统的天然终产物。血管紧张素转换酶抑制剂或血管紧张素 II 受体阻断剂调节血管紧张素 II 后，肝、肾、肺组织以及主动脉壁的纤维化减少且功能改善。心肌因充血性心力衰竭等疾病所致功能异常也与纤维化程度相关——暴露于较低水平血管紧张素 II 的心肌（通过 ACE 抑制剂或受体阻断剂实现）功能也明显改善。研究者观察到血管紧张素 II 调节与骨骼肌愈合之间的关系：因高血压接受血管紧张素调节药物的患者表现出肌肉消耗减少与肌肉内脂肪组织相对减少的副作用。ACE 抑制剂治疗与携带 ACE 基因缺失者的研究都显示骨骼肌对功能过载的反应受 ACE 基因型影响。骨骼肌对过载的肥大反应可能与肾素-血管紧张素系统有关。

最近已开展实验阐明血管紧张素 II 受体阻断调节 TGF-β1 的机制，TGF-β1 也牵涉到慢性肌病小鼠模型中肌再生的预防。结果表明，通过调节对局部与全身血管紧张素 II 的反应，血管紧张素受体阻断剂治疗显著减少纤维化并增加急性损伤骨骼肌中再生肌纤维的数量——这些效应在以临床抗高血压剂量十分之一治疗的小鼠损伤后 3 周即已显现。这一应用对血管紧张素受体阻断剂的临床意义可能深远，不仅涵盖运动与军事相关损伤，也包括肌营养不良类疾病。本团队认为，这一治疗可能在损伤发生后作为无创干预启动——这是治疗肌损伤时更具临床相关性的场景。血管紧张素受体阻断剂可能提供最终安全的、临床可用的无创治疗以改善骨骼肌损伤后愈合。在向运动或军事相关肌损伤患者的临床转化之前，尚需进一步研究以确定合适的剂量、给药时机以及损伤后有益效应的持续时间。

3 肌干细胞介导的骨骼肌修复（Muscle Stem Cell-Mediated Skeletal Muscle Repair）

使用各种肌细胞群体进行细胞治疗一直是 DMD 细胞移植研究的重点——DMD 是一种以肌纤维肌膜缺乏 dystrophin 表达为特征的肌病。移植定向成肌细胞到 dystrophin 缺乏的肌肉中，正常的成肌细胞互相融合或与宿主肌纤维融合，从而恢复 dystrophin；然而，这一方法受多种限制——免疫反应、移植细胞扩散能力有限以及存活率低。虽然免疫反应与细胞低扩散能力在一定程度上已被克服，但移植细胞低存活率仍是主要限制。多项研究报道，仅小部分（小于 1–5%）移植细胞存活，因此提高植入后细胞存活率成为成肌细胞移植治疗 DMD 的主要研究方向。

直接促进成肌细胞存活的早期工作集中在克服炎症反应上。基因工程改造表达炎症细胞因子 IL-1 抑制剂的成肌细胞比未改造细胞存活率更高。用 CD4⁺/CD8⁺ 耗竭抗体处理宿主可在 dystrophic 动物中增强供体成肌细胞存活；用抗白细胞功能相关分子 1（LFA-1）抗体处理宿主可减少移植成肌细胞死亡。另一类研究（包括本团队）则集中在识别移植后能够存活的特定供体细胞亚群。本团队证明肌源细胞含有慢贴壁组分，其修复肌肉的能力比成肌细胞（往往较快贴壁于胶原包被培养瓶）更强。慢贴壁群体被以干细胞标志鉴定为肌源干细胞（MDSCs）。已显示存活细胞的一个亚群——对 [³H] 胸苷摄取不敏感、在骨骼肌中经历长期增殖——主要是参与修复过程的细胞。Collins 等人也显示在老年肌卫星细胞中，大多数细胞进入凋亡，但也存在存活的小亚群，正是这一少数群体负责肌再生。Wagers 团队最近使用 FACS 分离出特定的骨骼肌前体细胞群（SMPs：CD45⁻Sca-1⁻Mac-1⁻CXCR4⁺β1-integrin⁺），其在移植后显示高水平肌细胞修复，而非 SMPs（CXCR4⁻/β1-integrin⁻）在移植后肌肉中很少被鉴定出来。值得探讨的是这些亚群是否分泌因子，以自分泌与旁分泌方式支持其自身存活并增强其参与骨骼肌修复的能力。事实上，本团队既往的离体基因转移研究表明，将 MDSCs——无论是否经刺激或基因工程改造以表达 NGF——移植到 dystrophic mdx 小鼠骨骼肌中，所再生的 dystrophin 阳性肌纤维显著多于未转导 MDSCs 移植后的再生数量。本团队对移植 MDSCs（特别是工程化 MDSCs）新再生肌纤维的观察提示其对邻近再生肌纤维具有自分泌功能以及旁分泌效应。

细胞存活与组织再生的一个可能相关因素是细胞的抗氧化剂表达。最近研究表明，抗氧化剂水平的降低负向影响成肌细胞与卫星细胞的再生指数以及造血干细胞，可能通过降低细胞植入后存活能力。本团队最近显示 MDSCs 表达高水平抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）与超氧化物歧化酶（SOD），这可能使细胞比成肌细胞更能耐受移植微环境的严苛条件，从而更有效地再生组织。降低 MDSCs 抗氧化水平也降低其再生潜力，而在移植前提高其抗氧化水平则可改善其再生潜力。虽然尚不清楚细胞可能分泌哪些生物活性因子，也尚不清楚它们是否具有任何免疫调节活性，但一些研究显示移植的肌细胞可能诱导宿主组织中血管生成，血管内皮生长因子（VEGF）可能涉及其中。同样，可能在修复过程中起作用的宿主细胞表型尚不清楚，但抗炎药延缓肌修复的证据提示炎症细胞涉及修复过程。后续章节将提示存活细胞的旁分泌效应——特别是关于血管生成诱导——是供体细胞对包括心脏、骨与软骨在内的各种组织再生贡献的决定性因素。

4 肌干细胞介导的心脏修复（Muscle Stem Cell-Mediated Cardiac Repair）

旁分泌信号对干细胞治疗的重要性在心脏组织修复领域已得到充分记录。事实上，从心脏组织工程中可见干细胞移植后组织修复显著改善，但供体干细胞很少或几乎没有向心脏谱系分化的证据。在这种情况下，证据支持供体细胞分泌信号分子与营养性旁分泌效应在修复过程中起关键作用。

移植外源细胞到受损心肌——也称为细胞心肌成形术（CCM）——是治疗多种心脏疾病的潜在细胞疗法。已对多种细胞类型进行 CCM 检验，包括胚胎干细胞、造血干细胞（HSCs）、骨髓源间充质干细胞（BM-MSCs）、骨骼肌成肌细胞、内皮祖细胞、成纤维细胞以及心脏干细胞。多项干细胞类型移植研究的结果强烈支持：干细胞分化为心肌细胞的能力并非其改善损伤心脏修复所必需——因为 MSCs 显示了某种程度分化、HSCs 在体内心肌分化方面结果可变，其他细胞类型如脂肪源干细胞、成肌细胞与 AC133⁺ MSCs 几乎没有分化能力，但供体细胞仍带来治疗益处。若组织修复发生而供体细胞分化有限，则一个有趣的生物学问题是：导致心脏修复的供体干细胞作用机制是什么？答案可能不完全清楚，但这些研究报告的结果显示一种细胞介导的旁分泌效应，涉及血管生成、血管保护、血管营养活性或细胞保护。移植细胞可作为分泌分子的库，在修复过程中发挥作用而不必主动向某谱系分化或与宿主细胞融合。多项研究报告通过新生血管形成、瘢痕减少以及梗死或损伤处细胞凋亡降低实现的改善性心脏修复。

血管生成增加尤其与移植细胞介导的心脏功能改善相关，这似乎通过供体细胞分泌 VEGF、基质细胞衍生生长因子（SDF-1）、Akt1 与粒细胞集落刺激因子（G-CSF）等来调节。移植 MSCs 刺激 VEGF、SDF-1 与 bFGF-2 分泌增加，与血管化与血流增加以及宿主细胞凋亡减少相关。Akt1 基因工程改造的 MSCs（促进植入后存活）在梗死模型中也显示能预防重塑与胶原沉积，使心脏性能近乎正常。本团队报道通过注射基因工程改造表达抗血管生成蛋白 sFlt-1（VEGF 可溶性受体）的 MDSCs 来抑制血管生成，降低了 MDSCs 在损伤心脏中的再生能力。这些发现提示大多数参与修复过程的细胞是被移植 MDSCs 化学吸引到损伤部位的。有趣的是，过表达 VEGF 未能进一步显著改善心脏修复，可能是由于 MDSCs 已表达足够的内源性 VEGF。由于 BM-MSCs 与 MDSCs 向心脏分化极低，这些发现支持其有益效应可能源于通过分泌 VEGF 及其他细胞因子促进血管生成，而非供体细胞向心脏表型分化的能力。

与细胞对宿主发挥旁分泌效应密切相关的是其存活能力。几项研究显示，预先使细胞存活也有助于组织修复，且即使在没有供体细胞分化的情况下也是如此。一项最近的研究显示，BM-MSCs 低氧预处理导致 VEGF、低氧诱导因子 1（HIF-1）、B 淋巴细胞瘤 2（Bcl-2）等上调，增强其修复梗死心肌的能力；这归因于细胞存活改善以及血管生成与促血管生成因子增加。Pasha 等人也报道用趋化因子 SDF-1 预处理细胞可显著增强 BM-MSCs 存活、血管密度、植入与心肌功能。此外，源于成人骨髓并基因改造以表达抗凋亡基因 Bcl-2 的 MSCs 在大鼠左前降支结扎心肌梗死模型中，通过心内注射改善细胞存活、植入、再血管化与功能改善。

虽然供体干细胞的旁分泌作用已得到清晰展示，参与修复过程的宿主细胞表型在很大程度上仍未知。修复过程中涉及的宿主细胞的可能候选者包括骨髓源细胞、血管源内皮祖细胞、炎症细胞以及驻留组织干细胞。特别当血管生成是宿主反应的一部分时，骨髓源内皮祖细胞或周细胞的动员与掺入可能涉及修复过程。鉴于血管壁可能是多种干细胞的起源，这些细胞很可能在组织修复中起重要作用。问题仍然存在——在植入前将干细胞分化为心脏谱系是否能进一步改善心脏修复。应当考虑的是，干细胞的心脏分化可能通过下调这些信号分子同时上调分化级联来重定向细胞的旁分泌信号；这可能影响它们在心脏修复过程中的作用。然而，具有心肌细胞特性的干细胞（如心脏干细胞或基因工程化具有心肌诱导物的细胞）理论上比不能分化为心脏谱系的干细胞更可能有效整合入宿主心肌并参与功能性心脏活动，尽管这一点尚未得到证明。

总体而言，细胞分泌旁分泌因子——诱导血管生成、抑制凋亡、增加增殖、动员宿主细胞迁移以及调节损伤心脏内的免疫反应——的能力似乎是这些细胞再生能力的重要决定因素（见图 62.2）。对不能分化的细胞而言，旁分泌信号可能是替代通路；分泌生物活性分子的细胞参与旁分泌信号而不易走向分化。后续章节将显示，供体干细胞分泌信号分子也有助于骨与关节软骨修复。这并不排除供体细胞的其他部分分化为成骨与软骨谱系的可能性。

5 肌干细胞介导的骨修复（Muscle Stem Cell-Mediated Bone Repair）

植入干细胞后宿主细胞化学吸引到损伤部位的重要性在骨修复领域已有充分记录。事实上，众多报告也显示旁分泌信号与宿主细胞影响在用于治疗骨损伤的干细胞疗法中的关键作用。在这些研究中，可观察到成骨分化，但供体细胞信号也是组织修复的重要贡献者。细胞治疗用于骨修复可能为延迟愈合或不愈合等严重骨缺损提供益处，因此已探索多种细胞类型。为促进骨愈合，研究者已纳入骨髓基质细胞、脂肪组织源细胞、纤维组织源细胞以及骨骼肌源细胞到再生医学策略中。虽然这些细胞类型中若干在体外显示成骨分化能力，但常观察到即使在细胞移植后，参与体内修复的主要仍是宿主细胞。

通过骨形态发生蛋白（BMPs）、血管生成因子及其他因子的供体细胞信号已被识别为有助于改善骨愈合。正常骨愈合过程涉及一系列分子事件，包括 BMP 表达、Noggin 表达以及由 VEGF 诱导的新血管形成。血管生成在骨形成、骨折愈合以及生长板内软骨内成骨中起作用。BMP2 与血管生成因子 angiopoietin-1（Ang-1）和 VEGF 共表达的骨髓基质细胞移植显示，多因子组合比任何单因子导致更高效的骨愈合。这些结果提示由供体细胞信号诱导的新血管生成促进了骨形成。Hausman 等人也显示当使用血管生成抑制剂 TNP-470 时，大鼠损伤模型中骨骨折愈合受到抑制。因此，结合使用干细胞与定制为促进血管生成与成骨的生长因子释放支架的疗法正在骨再生中开发。本团队报道 VEGF 与 BMP4 协同诱导 MDSCs 干细胞治疗后的骨形成。表达 BMP 的干细胞移植改善骨修复，但修复过程的大部分由宿主细胞的化学吸引介导。此外，通过基因工程改造 MDSCs 表达抗血管生成蛋白 sFlt-1 来抑制血管生成降低了 MDSCs 的骨再生能力，尽管 MDSCs 具有内在成骨潜力，即使经 BMP 刺激时也是如此。再生降低也可能归因于移植细胞在缺氧递送部位中存活力下降。相比之下，过表达 VEGF 的干细胞改善骨愈合。这些结果显示，尽管细胞具有成骨潜力，抑制供体细胞对存活与血管生成因子的旁分泌信号显著降低骨组织修复过程。这些发现支持干细胞的多能行为并非促进显著组织修复的唯一因素。

其他研究显示移植的人脂肪源基质细胞（hASCs）的旁分泌信号（可能通过 sonic hedgehog 信号）与小鼠颅骨缺损再生相关。hASCs 通过增加缺陷部位骨标志表达以及增加宿主（小鼠）成骨基因表达显示出对宿主细胞成骨的刺激证据。最后，人 BM-MSCs 静脉递送刺激成骨不全患者宿主骨密度增加，尽管供体细胞向成骨的分化较低。

如上所述在心脏修复中讨论的，一个问题仍未回答：参与骨修复过程的宿主细胞表型是什么？可以推测，通过供体细胞分泌生物活性因子——这些因子也诱导血管生成——所实现的组织愈合改善，可能是由于修复过程中血管源细胞（如内皮祖细胞或周细胞）的招募；然而，来自局部微环境或循环系统的细胞，包括炎症/免疫细胞与骨髓源细胞，仍未被研究，也可能在再生过程中起作用。事实上已观察到阻断炎症减少骨修复，提示炎症细胞在改善骨愈合的事件级联中起作用。使用 hASCs 的研究提示正是小鼠颅骨成骨细胞对供体细胞信号产生反应并参与修复过程。上述研究强调移植干细胞的系统性旁分泌效应，并显示其作用可能通过改善血管生成实现（见图 62.3）。然而，随着血管化增加，血管壁细胞与循环血细胞及血小板的贡献仍不清楚。下一节包括软骨修复的例子，将说明供体细胞信号对局部微环境的影响。

6 肌干细胞介导的软骨修复（Muscle Stem Cell-Mediated Cartilage Repair）

与多数组织不同，关节软骨是一种无血管组织，血供、神经与淋巴系统匮乏。移植具有软骨形成能力的干细胞或祖细胞已被广泛检验以治疗慢性骨关节炎（OA）等关节疾病。虽然关节置换术是标准治疗，自体软骨细胞移植也变得日益常见，使用干细胞的新型组织工程技术正在研究中。骨髓 MSCs 是研究最广泛的软骨修复细胞类型；然而，滑膜、脂肪组织、骨骼肌与脐带基质的干细胞已显示软骨形成潜力。最近，干细胞为基础的疗法已在临床上用于软骨修复，许多额外临床试验正在进行中。然而，很少有报告描述干细胞整合程度，更少有检验移植后供体细胞信号的研究。

如上述对骨骼肌、心脏与骨所描述的，供体细胞的细胞因子或生长因子的营养信号在软骨修复中也预期起重要作用。Gelse 等人报道移植分泌 BMP2 的软骨细胞导致骨软骨病变的软骨修复；修复组织包括响应 BMP2 分泌而长入的宿主骨髓源细胞。在同一研究中，分泌 BMP2 的骨膜细胞导致不那么显著的修复。其他报告提示在软骨这种特殊情况下，抗血管生成信号如 troponin 1 与 chondromodulin 1 对健康关节软骨是重要的。由于软骨细胞中 VEGF 表达与软骨破坏以及细胞外基质的渐进降解、骨赘形成以及关节炎诱导相关，阻断 VEGF 的分子将为预防或延缓 OA 进展提供有益策略。报告显示用 sFlt-1 处理阻断 VEGF 信号并降低小鼠模型中关节炎严重程度。本团队发现共表达 BMP4 与 sFlt-1 的 MDSCs 移植比单独表达 BMP4 更有效地改善关节软骨修复。转导 sFlt-1/BMP4 的 MDSCs 在 OA 大鼠模型中通过关节囊内移植增强软骨再生，机制涉及 BMP4 的自分泌/旁分泌效应——这些 MDSCs 通过阻断 VEGF 分解代谢通路与 VEGF 诱导的血管入侵，预防宿主软骨细胞凋亡并促进其增殖。

再次出现的问题是哪些宿主细胞参与修复过程。在再生软骨中，本团队报道宿主细胞而非供体细胞主要存在于损伤部位。由于已显示在干细胞移植前去除滑膜显著降低修复过程，且本团队观察到 MDSCs 移植入关节液后大量附着于滑膜，因此假定滑膜源细胞可能参与修复过程。Gelse 等人也显示宿主细胞（特别是骨髓源细胞）响应移植入关节的细胞释放的刺激细胞因子，发现移植软骨细胞与骨膜细胞的协同效应诱导宿主骨髓源细胞的长入与软骨形成活性。Murphy 等人同样通过直接关节内注射在山羊 OA 模型中移植 MSCs，报告 MSCs 既再生半月板又导致关节软骨退变、骨赘重塑以及软骨下硬化的减少，尽管 MSCs 在再生组织中参与度较低；然而，对宿主细胞的信号程度以及哪些宿主细胞促成修复仍不清楚。

宿主细胞如何被招募以及阻断血管生成在关节软骨修复中的有益效应的机制仍未完全阐明；然而，这些结果强调即使在没有干细胞分化的情况下，供体细胞对局部微环境的影响。由于阻断血管生成消除了血管与循环源祖细胞的系统性招募，这提示在干细胞直接植入关节的情况下，细胞在局部发挥其旁分泌效应。

7 干细胞分化入宿主组织不是修复成功的主要决定因素（Muscle Stem Cell Differentiation into Host Tissue Is Not a Major Determinant of Success of Repair）

过去十年间，转译干细胞研究广泛检验多能性与自我更新作为干细胞的定义特征。基于细胞的再生医学特别专注于诱导细胞向特定谱系分化的方法。令人振奋的结果现在显示，干细胞介导的修复可能发生于没有细胞分化的情况下。这些益处可能归因于研究较少的干细胞特征——细胞存活以及随后的旁分泌信号。事实上，这些特征可能独特于通过与宿主细胞和环境的相互作用促成组织修复的强大干细胞。此外，干细胞对细胞移植的内在存活能力可能与其分泌的生物活性因子直接相关，这些因子促进宿主组织愈合。

包括上述几项研究在内的多项研究显示，细胞移植伴随大规模细胞死亡；因此移植后细胞存活可被视为通向组织修复的体内途径的第一个关键检查点（见图 62.3）。存活可能需要克服免疫排斥、炎症以及细胞操作带来的物理应激。细胞可通过免疫保护、表达更高水平抗氧化或抗凋亡基因或调节宿主细胞与环境而存活。无论何种细胞机制可能就位或可能使用何种组织工程方法，细胞移植后存活能力是干细胞介导组织修复的关键因素。

随后在第二个关键检查点，存活细胞可通过各种干细胞活动包括自我更新与多能分化，或旁分泌信号的独特活性促成组织修复。移植研究中的一个新兴发现是，尽管供体细胞分化与整合至再生组织中较低，但经常观察到显著的组织修复。事实上，过去十年中识别新干细胞来源的多项研究经常报告它们修复特定组织的能力，而未量化供体细胞分化频率，或报告只有小部分分化为特定感兴趣的细胞类型。可以推测，低水平分化提示细胞参与其他干细胞活动如自我更新或体内扩增。最近证据提示供体干细胞可能通过与宿主细胞信号参与修复。

移植供体细胞的旁分泌信号（无论是系统性还是局部）似乎代表了细胞介导修复途径中的第三个关键检查点。营养信号或细胞因子及其他信号分子的释放可能为宿主细胞参与修复提供动力，可能通过对局部微环境影响或通过诱导系统性效应或介导炎症反应产生影响。上述研究显示移植的供体细胞可能在损伤部位抑制组织损伤（包括细胞死亡和/或纤维化形成），可刺激促成组织修复的宿主细胞增殖，并在某些情况下刺激血管生成。

本章节使用来自骨骼肌与心肌的例子讨论细胞存活与旁分泌信号在干细胞介导损伤组织修复中的作用。本章提供了非肌肉组织修复（骨与关节软骨）的例子，进一步支持干细胞在再生过程中这一独特角色。细胞存活的作用在干细胞介导骨骼肌修复中得到强调，而心脏与骨修复展示了供体细胞旁分泌信号与系统性效应的作用，特别是在新血管化方面。最后，局部微环境的作用在关节软骨修复的干细胞治疗中得到讨论。

8 结论（Conclusions）

虽然多年来一直推测干细胞的再生潜力源于其多能性，但当前发现表明细胞存活植入的能力代表了组织再生与修复的关键步骤。虽然存活细胞可能在移植组织内经历不同命运，但很少有供体细胞分化并参与这些损伤组织再生的发现提示修复过程通过由供体细胞局部与系统性旁分泌效应化学吸引到损伤部位的宿主源细胞发生。这由显示再生组织中供体细胞很少的研究支持，且当供体干细胞旁分泌信号被中断时（如阻断 VEGF 与新血管化），如骨骼肌、骨与心脏等血管化良好组织中再生与修复能力降低。其他细胞类型——如内皮与内皮祖细胞以及肾源 MSCs——同样显示很少细胞分化，但其治疗益处已被归因于这些供体细胞的信号。虽然干细胞移植后参与修复过程的宿主细胞仍不清楚，血管源细胞、免疫与炎症细胞以及损伤部位驻留细胞的作用似乎在再生过程中起作用。

很清楚的是，干细胞的多能性并不代表干细胞治疗成功的主要决定因素。这一观念挑战了当前教条——后者认为胚胎干细胞可能因其更高水平的多能性而优于成体源干细胞。本团队推测正是干细胞的高水平细胞存活与旁分泌信号能力导致其增加吸引宿主细胞的能力，而这一特征才是成功干细胞治疗的关键。

9 干细胞治疗的未来方向（Future Directions in Stem Cell Therapy）

细胞分化的靶向调节将继续是有价值的兴趣所在，因为最终目标是恢复再生组织中功能分化的细胞。然而，促进细胞存活以及识别由干细胞释放的刺激宿主反应的关键旁分泌因子的额外努力是未来研究的必要方向。

目前倾向于将细胞对应激的抗性纳入重要的干细胞特征中，与自我更新与多能性一起，将在干细胞治疗中起关键作用。事实上，这一特征可能被用于分离强效干细胞。例如，乙醛脱氢酶（ALDH）——通常赋予细胞对氧化应激的耐受性——已被用于从造血、神经、内皮、间充质以及骨骼肌组织纯化具有高再生潜力的多种祖细胞。也许可能的是，目前用于分离干细胞的技术——如 FACS、预贴壁技术与离心——依赖于将干细胞暴露于应激性环境，而由此存活的细胞代表了强大的干细胞库。尽管如此，细胞存活与供体细胞旁分泌信号对干细胞治疗成功的出现作用，为识别与分离未来用于组织再生与修复的干细胞候选者提供了潜在手段。

本章个人批注

本章由 Huard 实验室撰写，结构高度连贯但内部叙事稍嫌松散——前面三个 H2（病理生理学/Losartan）讨论的是"如何改善损伤骨骼肌的愈合"，从 H3 开始才转入"肌干细胞介导的多组织修复"主题，最后三个 H2（分化不是主因、结论、未来方向）又把视角拉回到"对干细胞治疗策略的整体反思"。三个主题段落各自独立成体系：①肌愈合的分子与药理干预；②肌源干细胞的跨组织旁分泌机制；③对"分化中心论"的修正。在我读过的几章里，这种"中间一大块专题纵深 + 首尾战略反思"的格局不算典型，但也反映了 Huard 实验室自身的研究路径——他们既做机制（生长因子、抗氧化剂、COX-2）又做细胞治疗（MDSCs 移植），最终走向一个更具野心的概念框架（旁分泌 > 分化）。这种结构对理解一个 PI 的整体思路很有帮助，但读起来要在三段之间切换视角。

若干具体技术点值得标注：(1) NS-398 / SC-236 / COX-2⁻/⁻ 三条证据线相互支撑，构成 NSAIDs 损害肌愈合的较完整论证；(2) MDSCs 的"慢贴壁"分离策略（preplate technique）相比 FACS 更简便但分离原理不一致；(3) sFlt-1 抗血管生成实验同时在心脏（Payne 2007）与骨（Peng 2005）模型中给出"抑制旁分泌 → 修复减弱"的反向证据，是支撑"旁分泌 > 分化"假说的关键对照；(4) BMP4 + sFlt-1 双因子在软骨修复中的协同是本章最巧妙的工程化设计——既促软骨形成又阻断 VEGF 介导的软骨破坏。Losartan 在临床抗高血压剂量十分之一就起效的发现尤其值得关注，意味着对运动/军事相关肌损伤的非侵入性干预有了现实可能性。

需要警惕的是：(a) 本章大量引用本实验室自己的工作（Gharaibeh、Lavasani、Payne、Peng、Cummins、Huard 等反复出现），证据的外部独立性有限；(b) "旁分泌 > 分化"的论断在心脏章节主要建立在 BM-MSCs/MDSCs 心脏分化极低的观察上，而这两类细胞本身就不倾向心脏谱系，对真正的心脏干细胞的适用性未充分讨论；(c) ALDH 作为干细胞分离标志物的提议在最后一段才出现，前面没有铺垫，读起来像"未来方向"中的合理猜测而非已建立的事实。这些都是个人阅读时的判断，不影响原文事实复述。

与上下章的衔接（一段话）

第 62 章位于骨骼肌部分的中后段，紧接在 miRNA 调控（Ch61）和纤维类型（Ch60）之后，进入"损伤—修复—再生"的应用主题。在第 60 章把肌纤维类型作为稳态结构讲清楚、第 61 章把转录后调控（miRNA）作为发育与功能的关键层级介绍之后，第 62 章把视角切换到动态过程——肌损伤后的修复，以及再生医学策略如何利用干细胞干预这一过程。从结构上看，第 62 章既是前面基础章节的应用出口（miRNA、纤维类型都涉及再生过程），也是后面几章（Ch63 免疫反应、Ch64 运动适应、Ch65 再生、Ch66 DMD 肌营养不良）的总览——后面每一章都会从某个特定角度回到本章所触及的主题，但本章的特殊贡献是把"旁分泌效应"作为一个统一的解释框架提出来。下一章 Ch63 紧接着处理"免疫反应对肌损伤的影响"，是本章肌炎症阶段与免疫细胞招募讨论的自然延续。