骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在放射性肺損傷中的應(yīng)用前景

夏誠誠 宋宇哲 唐鳳嬌 龔守良 董麗華 (吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院放療科，吉林 長春 3002)

放射性肺損傷是胸部腫瘤放射治療、骨髓移植預(yù)處理及核輻射事故的常見并發(fā)癥之一，成為提高腫瘤局部控制率的限制因素，主要包括早期的放射性肺炎和晚期的放射性肺纖維化，表現(xiàn)為刺激性干咳、胸悶和氣短，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)不可緩解的呼吸困難，甚至呼吸衰竭而死亡?，F(xiàn)有對于本病的治療措施，僅限于應(yīng)用糖皮質(zhì)激素、抗生素及吸氧等對癥處理，或應(yīng)用一些中醫(yī)藥治療。這種傳統(tǒng)的治療只通過抑制炎癥因子的釋放而減輕癥狀，但對于已受損的細(xì)胞尚無確切的治療作用，因此其療效有限。近年來，利用干細(xì)胞移植方法修復(fù)受損的組織成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一。間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是一類中胚層的多功能成體干細(xì)胞，廣泛應(yīng)用于組織修復(fù)、組織再生及免疫疾病的治療，其來源較廣，存在于脂肪、臍血、胎盤及骨髓中。但骨髓MSCs(BMSCs)還具有支持造血及免疫功能，在組織工程基因治療器官移植和免疫治療方面具有良好的應(yīng)用前景，其優(yōu)勢在于應(yīng)用廣泛、分離培養(yǎng)方法簡單、增殖速度快及無免疫排斥等特點(diǎn)，成為近年來研究的熱點(diǎn)之一。

1 BMSCs的生物學(xué)特性及功能

BMSCs是一種具有高度自我更新能力和多向分化潛能的成體干細(xì)胞，參與組織損傷修復(fù)，成為治療多系統(tǒng)疾病的“種子細(xì)胞”;其表面分子 CD29、CD44、CD73、CD105、CD166、HLAABC 及 CD106 表達(dá)陽性，CD11a、CD31、CD34、CD45、CD184、血管內(nèi)皮細(xì)胞因子受體(Flk-1)及人白細(xì)胞DR抗原(HLA-DR)表達(dá)陰性〔1，2〕。在體外分離培養(yǎng)的BMSCs呈梭形纖維細(xì)胞樣，具有貼壁生長的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的分化增殖能力，受其微環(huán)境的影響，分化為骨、軟骨、肌肉及神經(jīng)，能形成集落重建造血微環(huán)境，從而完成組織損傷修復(fù);還具有抗炎及免疫調(diào)節(jié)作用，已用于類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、克羅恩腸炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡及移值物抗宿主疾病(GVHD)等免疫疾病的治療〔3〕。

2 BMSCs治療放射性肺損傷的機(jī)制

2.1 抗炎作用 放射性肺損傷患者，其巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞及中性粒細(xì)胞被異常激活，釋放多種炎性因子，其中干擾素-γ(IFN-γ)和腫瘤壞死因子(TNF-α)等在其病理過程中起重要作用。這些炎性因子聚集在損傷的肺組織，進(jìn)一步加重其病理過程，使肺組織進(jìn)一步破壞。

BMSCs抑制炎癥與免疫調(diào)節(jié)作用密切相關(guān)，其干擾細(xì)胞毒T細(xì)胞、分泌IFN-γ的T細(xì)胞、樹突細(xì)胞(DCs)及自然殺傷(NK)細(xì)胞等〔4〕可抑制炎性因子的釋放，減輕炎癥反應(yīng)。其次，BMSCs可自身分泌一些抗炎因子，如前列腺素E2(PGE2)、白細(xì)胞介素(IL)-10和HLA-G5等。Rojas等〔5〕研究BMSCs治療博來霉素誘導(dǎo)肺損傷，發(fā)現(xiàn)其能夠抑制炎性因子IFN-γ、IL-2、IL-1β和IL-4的過量表達(dá)，避免長期慢性刺激，為損傷修復(fù)提供了有力的條件。Aggarwal等〔6〕通過實(shí)驗(yàn)證明，BMSCs能分泌PGE2，當(dāng)加入其抑制劑后，炎癥因子 TNF-α和 IFN-γ明顯增加，激活T細(xì)胞和DCs，從而說明PGE2在抗炎機(jī)制中具有重要的作用。當(dāng)IFN-γ和TNF-α明顯增加時(shí)，BMSCs分泌PGE2;同時(shí)，分泌細(xì)胞色素氧化酶2(COX-2)增加，而后者是PGE2，分泌的前體物質(zhì)，使PGE2，進(jìn)一步增加，達(dá)到抗炎的作用。有實(shí)驗(yàn)表明，COX-2可反饋性抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)誘導(dǎo)的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，從而減輕肺部纖維化。BMSCs分泌的IL-6可部分抑制DCs分化成熟，不成熟的DCs細(xì)胞不但阻滯了NK細(xì)胞的增殖，還可被 NK 細(xì)胞殺傷〔8〕。Bustos等〔9〕通過實(shí)驗(yàn)表明hMSCs可以通過增加IL-10和IL-1RN的分泌水平而修復(fù)急性呼吸窘迫綜合證(ARDS)所致的肺損傷。Horton等〔10〕通過實(shí)驗(yàn)證明BMSC通過抑制慢性炎癥可以改變放療誘導(dǎo)的皮膚纖維化的進(jìn)展。BMSC可以分泌TNF-R2增加抗炎因子IL-10，而減少 IL-1β，減少 CD80+巨噬細(xì)胞的激活，而增加CD163+抗炎巨噬細(xì)胞的數(shù)量，其共同完成抗炎損傷修復(fù)。

2.2 免疫調(diào)節(jié)作用 放射性肺損傷患者體內(nèi)發(fā)生免疫介導(dǎo)淋巴細(xì)胞性肺泡炎，糖皮質(zhì)激素的應(yīng)用有效地緩解病情，通過影像發(fā)現(xiàn)“遠(yuǎn)位效應(yīng)”。

BMSCs的免疫調(diào)節(jié)作用涉及多種細(xì)胞因子，如TGFβ、IL-10、PGE2、NO、吲哚2，3-雙加氧酶(IDO)、HLA-G5、肝細(xì)胞生長因子(HGF)及凋亡相關(guān)因子及其配件(FAS/FASL)〔9，10〕。BMSCs可有效抑制CD4和CD8 T細(xì)胞的增殖，漿細(xì)胞產(chǎn)生免疫球蛋白，NK細(xì)胞及調(diào)節(jié)DCs，對于B細(xì)胞既可促進(jìn)又可抑制其增殖，其共同調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能。調(diào)節(jié)成熟的DC1，從而減少TNF-α的分泌;調(diào)節(jié)成熟的DC2，增加抗炎因子IL-10的分泌，使輔助性T細(xì)胞(Th1)及NK細(xì)胞減少IFN-γ的分泌，Th2增加抗炎因子IL-4的分泌。很多實(shí)驗(yàn)表明，IDO在BMSCs免疫抑制中起重要作用〔6，7〕。Chen 等〔11〕通過實(shí)驗(yàn)證明，逆轉(zhuǎn)錄酶與BMSCs的免疫調(diào)節(jié)相關(guān)。國內(nèi)外的研究表明，BMSCs分泌TGF-β1免疫調(diào)節(jié)作用因子，可抑制T細(xì)胞增殖和激活，促進(jìn)CD14+細(xì)胞分泌 IL-1β〔12〕。張偉等〔13〕通過實(shí)驗(yàn)證明，BMSCs通過分泌大量的TGF-β1抑制聚基脂肪酸酯(PHA)刺激的T細(xì)胞IFN-γ的分泌;而IFN-γ是活化的Th0分泌的細(xì)胞因子，促進(jìn)Th0向Th1分化。IL-2還可激活NK細(xì)胞，CD3/CD28激活T細(xì)胞通過FAS/FASL信號通路使BMSCs凋亡。IFN-γ和TNF-α抑制BMSCs損傷修復(fù)，而這一過程也成為骨髓移植成敗的關(guān)鍵因素。近年來發(fā)現(xiàn)，CD200-CD200R在BMSCs中，能夠下調(diào)一些免疫細(xì)胞，特別是巨噬細(xì)胞。Pietil?等〔14〕實(shí)驗(yàn)表明，培養(yǎng)的BMSCs可以抑制 IFN-γ刺激THP-1巨噬細(xì)胞分泌TNF-α，而脂多糖(LPS)刺激的巨噬細(xì)胞抑制作用較弱;而阻斷CD200-CD200R，可減弱抑制 TNF-α的分泌，說明 CD200-CD200R在BMSCs中調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞中TNF-α的分泌起重要的作用。

2.3 損傷修復(fù) 肺泡水腫、出血和肺泡壁增厚是放射性肺損傷的主要病理表現(xiàn)，長期的慢性炎癥刺激可導(dǎo)致受損部位經(jīng)久不愈，還可導(dǎo)致晚期肺纖維化的形成，甚至出現(xiàn)呼吸衰竭，增加死亡率。

BMSCs有自我更新、增殖和多向分化的特點(diǎn)，可分化為內(nèi)皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞及血管平滑肌細(xì)胞，從而完成受損部位肺部組織的再生修復(fù)。研究表明，BMSCs表面表達(dá)許多炎性趨化因子受體，如 CCR1、CCR2、CCR7、CCR8、CCR9、CXCR1、CXCR 2、CXCR 4、CXCR 5 和 CXCR 6，這些受體能使 BMSCs準(zhǔn)確地遷移至肺部受損位置，從而很好地完成組織修復(fù)作用〔15〕。放射性肺損傷目前較公認(rèn)的分子生物學(xué)機(jī)制是，肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞經(jīng)歷EMT，轉(zhuǎn)化的間質(zhì)表型進(jìn)一步分泌炎性因子，加重病情變化。而BMSCs的修復(fù)過程恰恰是其可逆反應(yīng)，即MET，通過抑制間質(zhì)表型波形蛋白和平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)的表達(dá)，增加上皮表型，完成損傷修復(fù)過程〔4〕。Liu等〔16〕研究表明，端粒酶在干細(xì)胞自我更新及組織修復(fù)再生中起重要作用。Zhao等〔17〕通過研究BMSCs治療博來霉素引起的肺部損傷及纖維化的療效觀察，說明BMSCs可以抑制炎性因子和膠原沉積，不僅TGF-β1、血小板衍生因子(PDGF)-A、PDGF-B和IGF-I明顯減少，肺泡灌洗液中層黏連蛋白(LA)、透明質(zhì)酸(HA)及羥脯氫酸(HYP)也減少;并觀察到BMSCs可以向肺泡上皮分化，減弱肺部損傷及纖維化改變，起到損傷修復(fù)的重要作用。Sun等〔18〕通過研究BMSCs尾靜脈注射入鼻腔滴注鹽酸24 h后小鼠的療效，發(fā)現(xiàn)BMSCs并沒有改善肺損傷及肺纖維化過程，而通過DKK1阻滯Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可促進(jìn)骨髓間充質(zhì)細(xì)胞向上皮分化，從而修復(fù)損傷的肺組織及肺纖維化。Liu等通過共同培養(yǎng)mMSCs和MLE-12細(xì)胞觀察BMSCs在ALT中向Ⅱ型肺泡上皮分化的條件，發(fā)現(xiàn)Wnt3a或LiCl可激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路，而此通路促進(jìn)BMSCs向 AT II分化和增殖;用H2O2作用于 mMSCs，觀察到經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號通路還具有抗氧化作用，使BMSCs免于凋亡，還可誘導(dǎo)其至損傷肺部組織完成修復(fù)〔19〕。上述2個(gè)不同的研究結(jié)果可能與其實(shí)驗(yàn)試劑及實(shí)驗(yàn)方法不同有關(guān)，還需要大量的實(shí)驗(yàn)來研究證實(shí)。Zhen等〔20〕通過實(shí)驗(yàn)還說明，BMSCs可改善肺氣腫。BMSCs可以修復(fù)和改善不同原因的肺部損傷為肺部疾病提供了一個(gè)新的治療措施。

3 BMSCs在放射性肺損傷中的應(yīng)用

隨著技術(shù)的發(fā)展，MSCs也逐漸受到醫(yī)學(xué)界的重視，其來源較廣泛，但尤以骨髓來源在臨床應(yīng)用較多。BMSCs治療放射性肺損傷的文獻(xiàn)報(bào)道不多，大多集中在BMSCs對博來霉素及內(nèi)毒素誘導(dǎo)的肺部損傷的實(shí)驗(yàn)研究，但就BMSCs治療肺部損傷的機(jī)制可以看出，BMSCs在治療放射性肺損傷中具有廣闊的前景。Zhu等〔21〕通過MSC治療大腸桿菌內(nèi)毒素引起的肺部損傷觀察，BMSCs釋放微囊泡(MVs)，其有效的修復(fù)肺泡蛋白的滲透，減少中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2在肺泡灌洗液中的含量，減輕肺泡水腫和炎癥反應(yīng)，有效的修復(fù)肺損傷。Liu等〔22〕通過BMSCs移植至Co60誘導(dǎo)的肺氣腫的小鼠的治療效果觀察，肺氣腫明顯改善，BMSCs通過上調(diào)Bcl-2和下調(diào)Bax而減少肺泡壁細(xì)胞的凋亡，通過抑制凋亡修復(fù)肺部損傷。Franios等〔23〕通過全身照射 (TBI)免疫缺陷的小鼠 和在TBI的基礎(chǔ)上行局部照射作為輻射事故的模型中尾靜脈注射hMSC，發(fā)現(xiàn)hMSC移植可以歸巢到受損部位，完成損傷修復(fù)，包括肺部損傷、肝臟損傷、腦損傷等，進(jìn)一步闡述了，MSC在輻射誘導(dǎo)的損傷中的應(yīng)用前景。王東平等〔24〕通過Wistar大鼠建立放射性肺損傷模型，TNF-α明顯升高，然后尾靜脈注射人臍帶MSC，觀察u-MSC明顯改善肺損傷。且TNF-α含量下降。

4 結(jié)語

BMSCs通過抗炎、免疫調(diào)節(jié)及損傷修復(fù)三者綜合作用，使肺部炎癥明顯減輕，病理滲出及出血減少，分化為肺泡上皮而達(dá)到治愈肺損傷的目的，對于放射性肺部損傷具有很好的應(yīng)用前景。BMSCs具有自我更新、多向分化的潛能及強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)功能，培養(yǎng)及分離較容易，具有低免疫原性，能在宿主體內(nèi)長期存活，易于外源基因轉(zhuǎn)染和長期表達(dá)等優(yōu)點(diǎn)，已作為理想的種子細(xì)胞被廣泛應(yīng)用于組織工程、細(xì)胞移植、基因治療及器官移植等領(lǐng)域。但其也有不足之處，如骨髓中BMSCs含量較少，不能滿足臨床治療時(shí)多次足量的取材，是否有致瘤性及其移植的時(shí)機(jī)等仍不明確。為使其更好的應(yīng)用于臨床，還需要大量的實(shí)驗(yàn)研究來解決其不足之處。雖然BMSCs已廣泛運(yùn)用于臨床，但其對肺部損傷的治療的研究甚少，大多還集中在基礎(chǔ)的研究。就目前的文獻(xiàn)報(bào)道來看，BMSCs在放射性肺損傷的治療中有很好的應(yīng)用前景。相信隨著這些難題的解決，人類可以很好的控制BMSCs，使放射性肺損傷得到突破性的治療。

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