造血干细胞/祖细胞（HSPCs）是造血系统的基础，位于骨髓（BM）中，具有独特的自我更新和多向分化潜能。骨髓微环境（niche）为HSPCs提供了专门的生存空间，通过复杂的细胞间相互作用和信号网络，精确调控HSPCs的静息、活化、自我更新和分化，对维持有效的造血功能至关重要。间充质基质细胞（MSCs）作为骨髓niche的核心细胞组分，在这一过程中扮演了不可或缺的角色。

骨髓niche包含多种细胞类型，包括基质细胞（如MSCs、成骨细胞、内皮细胞）、免疫细胞（如巨噬细胞、淋巴细胞）等。这些细胞分泌多种信号分子、生长因子、细胞因子和趋化因子，共同构成了一个复杂的微环境。在BM niche中，两种不同的MSCs群体——巢蛋白阳性（Nestin⁺）和瘦素受体阳性（LepR⁺）MSCs——发挥着互补的作用。Nestin⁺ MSCs主要位于血管周围区域，与交感神经纤维密切相关，通过分泌CXCL12和SCF等关键因子，对维持HSC静息和保留至关重要。而LepR⁺ MSCs构成了成人BM基质群体的重要部分，在支持造血、促进HSC归巢、定位和维持方面发挥重要作用。

MSCs是一种多能基质细胞，能够分化为多种细胞类型，是BM中极其稀有的细胞群体，仅占总细胞的0.01%至0.001%。MSCs广泛分布于多种组织中，包括脂肪组织（AT）、脐带（UC）、华通氏胶（WJ）、血液、肌肉、心脏、脾脏等。根据国际细胞治疗学会（ISCT）的标准，人类MSCs需满足：（1）在体外培养中贴壁生长；（2）表达CD105、CD73和CD90，不表达CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79a或CD19以及HLA-DR；（3）在特定体外培养条件下能够向成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞分化。

ECM在BM niche中作为多功能支架，提供生物物理支持和信号线索。MSCs特异性表达并与多种ECM蛋白相互作用，这些对维持HSPCs的微环境至关重要。

MSCs表达的CAMs与HSPCs相互作用，对调节HSPCs行为至关重要。

HSCT是治疗遗传性血液病和血液系统恶性肿瘤的成熟方法。对于单基因血液病，HSPCs的体外扩增，特别是在基因校正或功能蛋白表达调控后，起着关键作用。HSC基因治疗（HSC-GT）是这些疾病的一种有前景的治疗方法。HSCT和HSC-GT的成功与BM微环境的完整性密切相关。有效的HSPCs动员是HSCT和GT的关键前提。

鉴于其显著的多能性和免疫调节能力，BM-MSCs已被广泛研究用于治疗多种疾病。它们主要通过旁分泌信号传导发挥治疗作用。MSCs在治疗类固醇难治性急性移植物抗宿主病（SR-aGVHD）等方面显示出疗效。Ryoncil（remestemcel-L）是首个获得FDA批准的MSC疗法。

BM微环境的特点是氧水平的异质性分布，形成对HSPCs维持和功能至关重要的低氧niche。BM中的氧水平范围为1%至6%。最静止、最原始的HSCs存在于血液灌注极低的独特低氧区域。低氧BM微环境通过限制氧气可用性和稳定HIF-1α，将HSC代谢转向糖酵解，减少线粒体ROS产生，从而减轻氧化应激。在体外模拟生理低氧条件（1%-5% O₂）或与MSCs共培养，有助于维持HSPCs的干性和静息状态。

除了直接接触支持外，MSCs还通过释放细胞外囊泡（EVs）影响HSPCs命运。来自BMSCs的EVs支持UCB-HSPCs的体外扩增，这些EVs富含miR-99b/let-7e/miR-125a microRNA簇和TGF-β信号通路成分等调控分子。胎盘MSCs来源的外泌体增加了CB来源的CD34⁺CD38^-Lin^- HSCs的绝对数量。年轻供者来源的MSC-EVs比年老供者来源的更能促进HSPCs扩增。MSC-EVs通过激活TLR4/MyD88/NF-κB信号轴，可破坏HSPCs静息，促进其向髓系定向。此外，MSCs还能产生一种称为迁移体（migrasomes）的特殊细胞外结构，通过SDF-1/CXCR4轴对HSPCs产生趋化作用。

急性放射综合征（ARS）是由高剂量电离辐射引起的一种危及生命的疾病。研究表明，照射后静脉输注MSCs可以显著减轻辐射诱导的损伤并促进恢复。人脐带血来源的MSCs（hUCB-MSCs）通过Jagged1介导的Notch信号通路激活，增强HSPCs自我更新和上调抗凋亡基因表达，从而促进造血恢复。MSCs来源的EVs通过刺激造血细胞增殖、减轻DNA损伤和凋亡，也能对抗辐射诱导的BM损伤。

GM-MSCs作为一种有前景的工具，用于支持HSPCs的扩增和维持。MSCs可以被修饰以过表达特定的生长因子、细胞因子或ECM蛋白，从而在体外创建模拟天然BM niche的优化微环境。研究发现，将Klf7, Ostf1, Xbp1, Irf3, 和Irf7（KOXII）这五个niche因子转入MSCs，产生的 revitalized MSCs（rMSCs）能够增强niche活性，促进HSPCs体外扩增，并防止DNA损伤积累。过表达HIF的MSCs与CD34⁺细胞共移植，可显著提高其植入能力。利用慢病毒载体系统基因修饰BM-MSCs，使其表达Flt-3L, IL-3, SCF, TPO等关键生长因子，并在低氧条件下与HSPCs共培养，可在无外源细胞因子的情况下实现HSPCs的有效扩增并维持其干性。

MSCs越来越多地被探索作为基因编辑HSPCs的支持性基质，以减轻基因操作相关的细胞应激和毒性。研究表明，在BM-MSCs饲养层上共培养CRISPR-Cas9基因编辑的HSPCs，是一种合适的策略，可在扩增GE-HSPCs的同时保留其原始表型和特定亚群。MSCs通过直接接触发挥旁分泌活性，产生造血支持因子并表现出抗炎活性，有助于减轻GE-HSPCs的增殖停滞、凋亡和炎症反应，最终改善其体外扩增和克隆形成潜能。在存在MSCs的情况下，移植小鼠体内观察到更优的人源植入和克隆贡献。对于HSPCs中的同源定向修复（HDR），主要挑战之一是HDR频率低以及供体DNA模板相关的显著毒性。共培养基因编辑的HSPCs与BM-MSCs可使体外HDR阳性细胞绝对频率增加四倍，不仅提高了HDR效率，还显著改善了总体细胞活力。

MSCs能够感知炎症并分泌大量CCL2。在炎症条件下，MSCs来源的CCL2通过触发体内髓系分化，促进粒细胞-巨噬细胞祖细胞（GMP）向巨噬细胞分化。研究表明，来自年老MSCs的条件培养基（CM）会降低年轻BM-MSCs的干性和分化潜能，并诱导衰老。

在扩增cbHSPCs过程中，MSCs经历了显著的功能变化，导致具有成骨和成脂潜能的早期基质祖细胞出现。若MSCs在共培养前进行短暂的成骨诱导，会进一步改变其双潜能基因表达和骨蛋白谱，导致共培养扩增的cbHSPCs更倾向于谱系定向。

骨髓移植（BMT）前的照射会对BM微环境造成广泛损伤，尤其是对MSCs。研究表明，健康供者HSPCs可以将功能性线粒体转移给受损的MSCs，这一过程对于MSCs线粒体功能恢复和整体BM再生至关重要。该转移依赖于直接细胞接触，并由HSPCs中存在的连接蛋白-43（Cx43）介导。另一项研究显示，与HSPCs直接共培养显著促进了MSCs的增殖并增强了其向软骨细胞分化的能力。HSCs信号，特别是c-Mpl信号，在维持MSCs特性方面起着关键作用。

基于此综述，很明显MSCs在实验设置和活体生物中都在调节HSPCs稳态方面起着关键作用。然而，MSCs是一个稀有细胞群体，其分析通常是在经过体外扩增后进行的。重要的是，这种体外扩增会显著改变MSCs的转录谱。患者股骨头组织切片分析确定了BM微环境中至少六种间充质亚群、两种内皮亚群和一种平滑肌群体。所有MSCs亚群均符合ISCT定义的最低标准，其中Fibro-MSCs最接近此定义。MSCs的异质性可能取决于不同的空间表型。长期体外扩增会影响MSCs的增殖，改变其基本特性，并影响其免疫抑制特性。MSCs适应其ECM环境，可能经历病理性变化，从而降低治疗效果。MSCs产生和组成的ECM蛋白在体外扩增后会发生改变，这些ECM蛋白对于HSPCs在共培养系统中的粘附、迁移和分化至关重要。

将MSCs整合到具有仿生成分的3D培养系统中，能更有效地再现天然BM的功能结果。

来自成人组织的MSCs在基因表达、分化能力、增殖率和集落形成能力方面表现出显著的供体间变异性。这种异质性对MSC研究构成了重大挑战。影响MSCs制备的因素，如起始材料的来源和培养条件（如接种密度、传代次数、培养基补充物和扩增设备），在全球不同的研究中心和实验室之间存在显著差异。在考虑HSPCs与MSCs共培养时，必须认识到MSCs在体外扩增过程中会发生显著变化。MSCs暴露于不同的环境条件，如氧水平变化、营养可用性和机械力，这可能导致其基因表达模式的转变，从而影响其功能特性，包括支持造血的能力。虽然MSCs通常被认为是免疫豁免的，但有证据表明在某些条件下，特别是在分化后，它们可能引发免疫反应。需要进行长期安全性研究来解决这些问题。鉴于GM-MSCs在体外促进HSPCs维持的支持作用，其生产以及基因修饰的HSPCs必须符合严格的生产质量管理规范（GMP）标准，以确保一致性、安全性和治疗效力。开发稳健的效力测定和全面的质量控制框架对于满足监管要求和促进成功的临床转化至关重要。

诱导多能干细胞（iPSC）衍生的MSCs通过潜在地规避供体变异性和年龄相关衰退带来的限制，提供了传统MSCs的一种有前景的替代方案。这些细胞可以从年轻供者或患者特异性iPSCs中产生。由于它们可以从单个克隆大量生成，提供了统一的细胞来源，消除了供体变异性和年龄相关功能衰退的担忧，具有优越的增殖能力和延迟的衰老，在治疗结果上提供了更大的一致性和可靠性。未来的研究应侧重于优化iPSC衍生MSCs的生成和表征，研究其在各种治疗环境下的免疫调节和再生特性。通过利用iPSC衍生MSCs的再生潜力，我们可以推进年龄相关疾病有效治疗方法的开发，并改善再生医学的结果。

MSCs是BM中极其稀有的细胞群体，但它们深刻地塑造了BM微环境，并显著影响HSC功能。MSCs分泌多种细胞因子、生长因子和ECM蛋白，这些对于HSCs的维持和调控至关重要。作为BM基质的关键组成部分，MSCs为HSCs创建了一个支持性niche，调节其自我更新、增殖和分化。它们提供结构支持并产生影响HSC行为的信号，确保血细胞的平衡生产。在正常条件下，MSCs通过创建一个保护性微环境，屏蔽HSCs免受过度增殖和分化刺激，有助于维持HSC静息并防止其耗竭。在不利条件下，例如在造血应激或损伤期间，MSCs会适应以支持HSCs。它们可以调节其分泌谱，以增强HSC存活，促进修复，并促进BM损伤后的恢复。这种适应能力突显了MSCs在变化条件下（如体内放射综合征和体外编辑或操作环境）维持造血稳态方面的韧性和关键作用。它们调节BM微环境和支持HSC功能的能力，强调了它们在造血以及血液疾病和BM移植治疗应用中的重要性。