骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)難治性肺疾病治療的研究進(jìn)展

尉進(jìn)茜 伊慧珍

一些呼吸系統(tǒng)難治性疾病，如急性呼吸窘迫綜合征、支氣管肺發(fā)育不良、肺纖維化、肺癌、肺氣腫等，這些疾病的病死率很高，而且存活者常因肺功能減退而嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，目前尚無(wú)根本性治療方法。近年研究顯示植入動(dòng)物體內(nèi)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)能夠在受損肺組織內(nèi)分化為肺泡Ⅰ型細(xì)胞(AECI)、肺泡Ⅱ型細(xì)胞(AECII)、內(nèi)皮細(xì)胞和纖維母細(xì)胞，并不同程度的減輕肺的炎性反應(yīng)。為根本性治療這些肺疾病帶來了希望，因此運(yùn)用干細(xì)胞移植療法可能成為今后治療難治性肺疾病的發(fā)展趨勢(shì)。

1 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞特性

MSCs屬于成體干細(xì)胞的一種，是中胚層發(fā)育的早期細(xì)胞，不僅可以分化為造血基質(zhì)細(xì)胞，還可以分化為許多造血以外的組織，如成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、肝和膽道上皮細(xì)胞、肺上皮細(xì)胞等。它具有自我復(fù)制能力和多項(xiàng)分化潛能，屬非終末分化細(xì)胞;終生保持未分化或低分化特征;缺乏分化標(biāo)記，分化情況受所處微環(huán)境的影響。

目前MSCs在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有兩方面：①自體及異體MSCs移植：根據(jù)MSCs的多向分化潛能及低免疫原性，通過對(duì)自體或異體MSCs的采集、體外培養(yǎng)、純化及擴(kuò)增，再通過靜脈、動(dòng)脈輸送經(jīng)血液循環(huán)到達(dá)病變部位或者直接在局部進(jìn)行多靶點(diǎn)注射到達(dá)病變部位，從而達(dá)到改善患者癥狀或體征的一種治療手段。目前在多個(gè)系統(tǒng)均取得了重大進(jìn)展。2003年，北京大學(xué)第一醫(yī)院眼科與北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部干細(xì)胞中心完成首例以MSCs羊膜片移植治療嚴(yán)重眼表面化學(xué)燒傷。②基因治療：通過大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)附壁生長(zhǎng)的MSCs經(jīng)過介導(dǎo)，易導(dǎo)入外源性基因，并可以在體內(nèi)高效、長(zhǎng)期的表達(dá)，Lee等[1]報(bào)道轉(zhuǎn)入人IL-3基因的MSCs仍具有旺盛的增殖能力，可以持續(xù)分泌人IL-36個(gè)月。對(duì)于骨缺損的患者，Lieberman等[2]通過腺病病毒BMP-2基因轉(zhuǎn)入MSCs，1周內(nèi)可見到BMP-2的有效表達(dá)，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞與脫鈣骨基質(zhì)復(fù)合后植入免疫缺陷鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)有豐富的異性骨質(zhì)形成，且新生骨血管化良好。但目前多數(shù)僅限于動(dòng)物研究，在臨床中的應(yīng)用尚很少。

2 MSCs在治療難治性肺疾病的研究

目前難治性肺疾病包括急性和慢性兩種，急性肺疾病由嚴(yán)重感染、創(chuàng)傷、休克、酸中毒及有害氣體吸入等各種病因引起的急性肺損傷，以肺泡-毛細(xì)血管膜的彌漫性損傷為特征，是臨床上常見的危重病癥。慢性肺疾病為各種原因引起肺功能的下降，通氣換氣不能滿足自體需求，需要長(zhǎng)時(shí)間依賴氧氣的一類性疾病。其主要病理變化為肺的纖維化，大量間質(zhì)細(xì)胞增生，肺泡腔直徑擴(kuò)大，肺泡數(shù)量減少，大面積肺泡融合。嚴(yán)重影響通氣換氣功能。

干細(xì)胞移植治療肺損傷的模型目前主要有放射損傷、博萊霉素?fù)p傷、內(nèi)毒素(如脂多糖，LPS)損傷、肺缺血-再灌注損傷和高氧肺損傷模型五種。雖然在不同的肺損傷模型中，MSCs檢測(cè)方法存在差異，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻有很大的一致性。絕大部分研究者認(rèn)為植入的細(xì)胞能夠歸巢到損傷部位并分化為肺細(xì)胞，不同程度的緩解肺損傷;趙峰等[3]研究認(rèn)為，MSCs可減少肺損傷大鼠肺組織羥脯氨酸含量，減輕大鼠肺損傷及纖維化程度。2004年Yamada等[4]報(bào)道，炎性刺激能誘使骨髓中的骨髓源性祖細(xì)胞快速釋放并向炎癥部位聚集，骨髓源性祖細(xì)胞在受損部位分化為內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞，抑制肺組織的破裂和肺氣腫的發(fā)生。Rojas等[5]研究博萊霉素誘導(dǎo)的小鼠肺損傷模型發(fā)現(xiàn)，損傷肺分泌的可溶因子能引起MSCs數(shù)量增加并向損傷肺組織遷移，其聚集在損傷肺組織替代損傷的肺細(xì)胞，通過抑制炎癥因子和激發(fā)生長(zhǎng)因子的雙向調(diào)控拮抗肺損傷和肺纖維化，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺的保護(hù)作用。何志旭等[14]報(bào)道MSCs移植后可通過形成新生血管建立側(cè)枝循環(huán)，出現(xiàn)了肺小動(dòng)脈重構(gòu)被逆轉(zhuǎn)，肺血?dú)饨粨Q改善，肺超微結(jié)構(gòu)及右心肥大改善的良性循環(huán)。有效減輕野百合堿誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓和肺組織病變程度。

3 目前存在的問題

MSCs在肺損傷修復(fù)過程中的誘導(dǎo)分化機(jī)制，分化后的細(xì)胞類型都尚在探索中。雖然在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、甚至在人類身上觀察到了一些骨髓干細(xì)胞可塑性現(xiàn)象，但對(duì)于是否為雜合源性的細(xì)胞群體，并含有各種組織的祖細(xì)胞仍存有疑問。如果是不同胚層細(xì)胞的混合體，那么在移植過程中有可能出現(xiàn)畸胎瘤的復(fù)合物。因?yàn)檎T導(dǎo)因子不十分清楚，體外誘導(dǎo)結(jié)果各實(shí)驗(yàn)室結(jié)果不盡相同。如何限定MSCs體內(nèi)外誘導(dǎo)條件使其向所需細(xì)胞、組織定向分化;移植的時(shí)機(jī)及是否具有致瘤性，干細(xì)胞生存的微環(huán)境中調(diào)控其增殖與分化的關(guān)鍵作用因子以及影響?向損傷和缺血區(qū)域趨化的因子有哪些等等。均是需要解決的問題。體外培養(yǎng)的MSCs的異質(zhì)性使之具備分泌多種生物活性物質(zhì)的能力。利用細(xì)胞因譜分析發(fā)現(xiàn)，MSCs細(xì)胞群至少分泌幾十種細(xì)胞因子，與肝臟細(xì)胞增殖、抗纖維化、血管新生、神經(jīng)元軸突延長(zhǎng)、特異性免疫抑制等諸多功能有關(guān)[6-7]。在肺損傷復(fù)雜多變的內(nèi)環(huán)境中，不同細(xì)胞因子的作用可能會(huì)導(dǎo)致MSCs向不同的方向分化。Hashimoto等[8]發(fā)現(xiàn)肺纖維化發(fā)生過程中MSCs是成纖維細(xì)胞的重要來源，參與約80%的Ⅰ型膠原分泌，是肺纖維化的重要促成因素，但MSCs來源的成纖維細(xì)胞很少向肌纖維母細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，對(duì)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的釋放也無(wú)作用，提示肺纖維化可能是內(nèi)、外源性成纖維細(xì)胞協(xié)同作用的結(jié)果。Trotman等[9]將對(duì)Y色體進(jìn)行染色的雄性小鼠MSCs移植入利用射線導(dǎo)致骨髓抑制的雌性小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)射線損傷的肺實(shí)質(zhì)內(nèi)有雄性小鼠的MSCs出現(xiàn)，有一部分在肺間質(zhì)出現(xiàn)，提示外源性干細(xì)胞既可能促進(jìn)肺損傷的正常修復(fù)，也可能參與特發(fā)性肺纖維化的發(fā)生。這些均說明MSCs在肺損傷修復(fù)中存在兩面性。

4 討論

MSCs具有體外分離培養(yǎng)擴(kuò)增操作的簡(jiǎn)便性、所分泌生物活性物質(zhì)的廣泛性、低免疫原性及其多向分化性能，因此它很有可能成為今后細(xì)胞替代在治療、組織器官移植和基因治療的主角，成為繼造血干細(xì)胞后第二種用于臨床的成體干細(xì)胞。然而，因?yàn)槠涠ㄏ蚍只瘷C(jī)制不清楚、誘導(dǎo)分化的條件和方法及分選技術(shù)尚不成熟，是否存在基因突變，植入機(jī)體后是否有癌變的可能，植入的時(shí)機(jī)、植入的劑量等都是需要解決的問題。MSCs移植來治療肺部疾病，目前仍處于試驗(yàn)階段，從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到臨床的運(yùn)用，需有充分的理論基礎(chǔ)支撐，及嚴(yán)密合理的設(shè)計(jì)方案，以確保治療的有效性及安全性。相信隨著對(duì)干細(xì)胞研究的不斷深入，人類可以通過有效監(jiān)控MSCs在體內(nèi)的生物學(xué)行為，達(dá)到特異性和預(yù)期性的治療目的。我們期待MSCs早日從實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)入臨床，使頑固性肺疾病患者得到有效根本的治療。

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