低氧增殖之間葉幹細胞 表現胚胎幹細胞基因 可望提高疾病治療成效

陽明大學臨床醫學研究所/台北榮民總醫院洪士杰教授所率領的榮總陽明團隊，對低氧氣濃度培養增殖骨髓間葉幹細胞做全面性及多角度的探討，為台灣間葉幹細胞做為新式治療的未來發展與研究，規劃更有利的條件與更開闊的空間。過去5年來已獲致豐碩成果，不唯在學術界先後發表十多篇相關論文於「Blood」，「Stem Cells」，「Aging Cell」,「Cell Transplantation」及「PLoS ONE」等國際知名期刊。同時相關研究成果也申請台灣及美國專利。這些成果分別證明低氧培養間葉幹細胞，可以降低因增殖所造成細胞老化，增加細胞的分裂，並增加幹細胞的效率，也可以促進體外及體內之分化能力；低氧還能促進骨髓間葉幹細胞之旁分泌(paracrine)作用，增進各種生長因子或激素的分泌，其中包括重要的血管生成因子如血管內皮生長因子和白細胞介素6。且低氧下間葉幹細胞之分泌物可以促進皮膚傷口癒合，並能增加血管新生因而增進糖尿病鼠骨折癒合的能力。最後，低氧在促進間葉幹細胞移植後的移動、歸位及著床上，也扮演重要的角色。

洪教授領導的團隊中最重要的成員之一為現役陽明大學臨床醫學研究所蔡志謙博士後研究員。蔡博士四年前加入洪教授研究團隊。以優異成績在三年內取得博士學位，迄今共有8篇第一作者論文發表及6篇共同作者論文發表。蔡博士和洪教授最新的研究成果發表於「Molecular Cell」, 已經於7月12日網路先期公開。有關多能性轉錄因子Oct4和Nanog是否表現於成體幹細胞如間葉幹細胞，學界至今對此仍爭議不斷。這篇論文有突破性的發現證明間葉幹細胞可以表現近於胚胎幹細胞所表現的Oct4和Nanog，對此爭議不休的議題畫下完美句點，同時也指出Oct4和Nanog對間葉幹細胞之維持自我更新和未分化狀態扮演重要角色。研究發現間葉幹細胞分別於早期培養、低氧或是p21基因剔除的三種狀況下，Oct4和Nanog的表現、幹細胞本身增殖和分化潛能分別明顯優於間葉幹細胞於晚期培養、常氧或是表現正常p21基因等狀況。同時在這種三種狀況下，細胞自發性分化的情況也會受到限制。導致這樣的結果主要是因為Oct4和Nanog會直接接合在Dnmt1(DNA methyl-transferase I,去氧核醣核酸甲基轉移?Ｉ)基因啟動子上，增加Dnmt1的表現，同時也發現細胞週期抑制分子p16與p21、發育與分化相關的基因的表現都會同時被抑制。這些實驗數據皆顯示出，Oct4和Nanog在維持間葉幹細胞之幹細胞特性所扮演重要的角色。

在臨床的實際運用對那類疾病的治療有好處。間葉幹細胞可以應用在許多急性損傷、發炎、自體免疫疾病以及退化等慢性病的治療，舉例如下。

1. 周邊動脈血管堵塞

周邊動脈血管因為疾病而堵塞，使得循環不良，不但會造成下肢疼痛及間歇性跛行，嚴重時更會造成肢體壞死，導致截肢。目前外科治療方式以重建肢體循環為主，方法包括血管繞道手術，經皮導管氣球擴張術或藉由支架置放術來打通肢體的血管。利用外科手術再配合局部注射間葉幹細胞進行治療，不但能夠促進血管新生，也能提高治療效果，降低截肢的比例。

2.關節軟骨因外力而造成損傷及退化

治療方式一般包括關節鏡擴創或骨髓刺激外，也可以利用自體骨軟骨植體來治療；早期退化性關節炎只能給予消炎藥物或玻尿酸製劑作症狀治療，並無積極抑制病程之藥品，而晚期退化性關節炎在主要用人工關節置換術。這些方法無法修復已受損的軟骨，未來復發或是二次手術機率也提高。間葉幹細胞有分化成軟骨及促進血管新生的能力，目前外國研究顯示，在第二期臨床實驗證明間葉幹細胞能大幅提升關節炎病人的治療效果，進而減少置換人工膝關節的需求；而老人家常見的股骨頭壞死，也能因為間葉幹細胞的再生能力，除了降低症狀之外，也能減少人工?關節置換。間葉幹細胞對因社會老化衍生骨肌肉系統疾病的增加，提供有效且安全的解決方法。

3. 移植物抗宿主疾病

常發生於配對不全之骨髓移植時，產生移植物免疫對抗宿主，造成多器官衰竭。過去只能以類固醇或其他免疫抑制劑來治療，其失敗率高達50%，而且伴隨嚴重的副作用。間葉幹細胞已通過第三期臨床實驗，可改善移植物免疫對抗宿主，增加移植病患之存活率，也能大幅降低副作用。

4. 克隆氏症

屬於慢性疾病，患者須長期透過藥物控制病情，包括服用 5-ASA 局部消炎藥、類固醇或可抑壓免疫系統的硫唑嘌呤（ Azathioprine ），但後兩者的藥物副作用多，部分患者病情反覆，所以要經常調整藥物劑量。間葉幹細胞已完成第三期臨床實驗，以靜脈注射式的生物製劑作為最新治療。外國研究顯示，注射生物製劑的患者，臨床病徵有明顯改善，大大紓緩不適感覺之餘，亦有望減低日後罹患癌症及腸切除的風險，效果比傳統藥物更佳。

今年5月美國生技公司於加拿大取得上市核准的全世界第一個幹細胞藥物即為骨髓間葉幹細胞，該細胞有效的控制移植物抗宿主疾病(Graft versus host disease, GVHD)的發生。目前已在臨床試驗的研究案例還包含：促進骨骼關節及肌肉再生、提高造血幹細胞(HSC)移植的成功率，減緩自體免疫疾病或庫隆氏疾病(Crohn’s disease：炎症性腸道疾病)等症狀的惡化、治療心肌梗塞、周邊血管堵塞及糖尿病等疾病。這些疾病利用間葉幹細胞治療都可以明顯減輕病狀與增加存活率。

幹細胞將成為未來的醫療趨勢。洪教授團隊的研究成果，證明低氧培養可以提升以間葉幹細胞做為新式治療之成功發展，未來將以此技術增殖的優良間葉幹細胞進行臨床試驗。目前已經完成一系列的臨床前試驗，證明間葉幹細胞可以促進缺血下肢的修復，骨折愈合及關節修復。同時榮總已經完成細胞治療核心實驗室的建置及查核。相信在不久的將來此技術就可以應用於臨床治療對多種疾病帶來幫助。