間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)分泌TSG-6抗炎癥損傷的研究進(jìn)展

何志剛 綜述， 宋振順 審校

(同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院肝膽胰外科，上海 200072)

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間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)分泌TSG-6抗炎癥損傷的研究進(jìn)展

何志剛 綜述， 宋振順 審校

(同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院肝膽胰外科，上海 200072)

炎癥損傷在臨床中非常普遍，?？梢饑?yán)重并發(fā)癥或?qū)е滤劳?。然而傳統(tǒng)臨床治療不僅方法有限，且效果較差。相關(guān)研究報(bào)道，間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells， MSCs)能顯著減輕炎癥程度，極好地促進(jìn)受損組織形態(tài)和功能恢復(fù)，該作用很大程度上是依賴其所分泌的TSG-6(tumor necrosis factor stimulated gene 6)而獲得的。本文就MSCs該作用機(jī)制作一綜述。

間充質(zhì)干細(xì)胞； TSG-6； 炎癥

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs)作為一種具有自我更新及多向分化潛能的成體干細(xì)胞，具有免疫調(diào)節(jié)、調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)和修復(fù)損傷等功能[1]。通過分泌細(xì)胞因子，MSCs可影響相應(yīng)靶器官結(jié)構(gòu)、功能及病理狀態(tài)下的修復(fù)。骨髓來源的MSCs可分泌多種細(xì)胞因子，而在炎癥損傷刺激下MSCs至少可分泌11種，包括TSG-6(tumor necrosis factor stimu-lated gene 6)、HGF、TGF-β和PGE2等，而MSCs所分泌的TSG-6因其強(qiáng)大的抗炎作用和促細(xì)胞外基質(zhì)重塑等功能被廣泛關(guān)注。

1 MSCs與炎癥損傷的相關(guān)性

1964年，Bush等[2]首次證實(shí)了干細(xì)胞在小鼠骨髓內(nèi)的存在；1991年，Caplan等[3]稱其為MSCs。之后，大量的研究證據(jù)表明MSCs具有獨(dú)特的免疫調(diào)節(jié)以及組織修復(fù)等功能。如今MSCs的應(yīng)用已作為一種細(xì)胞治療方式進(jìn)入臨床Ⅱ期試驗(yàn)階段，但其臨床應(yīng)用仍存在機(jī)制不明、遠(yuǎn)期療效不確定等諸多問題。

MSCs作為成體干細(xì)胞，無論是應(yīng)用在早期的移植物抗宿主反應(yīng)、成骨不全，還是新近的克羅恩病、脊髓損傷等，均顯示出顯著的損傷修復(fù)作用[4]，然而并不能僅從傳統(tǒng)的MSCs的分化作用解釋其獲得的療效，因?yàn)樵谙喈?dāng)多的研究中，MSCs經(jīng)動(dòng)物尾靜脈移植后僅能觀察到極少量甚至無細(xì)胞定植于受損組織，由此說明MSCs可能通過旁分泌或細(xì)胞間相互接觸發(fā)揮重要作用。研究[5]表明，MSCs可分泌多種生物活性物質(zhì)作用于相應(yīng)靶點(diǎn)。當(dāng)處于損傷微環(huán)境下，MSCs能與免疫細(xì)胞相互作用，反饋性地產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞活力和削弱炎癥反應(yīng)。MSCs針對(duì)炎癥損傷應(yīng)答至少可分泌11種細(xì)胞因子，分別為TSG-6、TGF-β、HGF、PGE-2、IL-6、IL-10、IL-1Rag、iNOS、IDO、Gal-1和HLA-G，這些細(xì)胞因子都是可溶性細(xì)胞因子，因此MSCs在炎癥損傷環(huán)境下能產(chǎn)生足夠的細(xì)胞因子發(fā)揮損傷修復(fù)作用。近年來，MSCs所分泌的TSG-6備受人們關(guān)注，它是一種具有多重作用且極其重要的抗炎蛋白。并且越來越多的研究認(rèn)為MSCs移植后主要通過分泌TSG-6來促進(jìn)組織損傷修復(fù)。

2 TSG- 6的特性和功能

20世紀(jì)90年代，Lee等[6]篩選TNF-α干預(yù)的人類二倍體FS- 4纖維細(xì)胞cDNA表達(dá)文庫(kù)時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)TSG-6基因。而TSG-6蛋白主要由相鄰的Link組件和CUB組件組成，可與透明質(zhì)酸(hyaluronic acid， HA)、硫酸軟骨素、蛋白多糖或聚集蛋白聚糖的G1鏈、間-α-蛋白酶抑制劑(inter-α-proteinase inhibitor， IαI)結(jié)合參與細(xì)胞外基質(zhì)的重塑[7]。在正常成年人或動(dòng)物組織中，TSG-6沒有既定的分布形式。隨著對(duì)其功能研究的逐漸深入，已證實(shí)該基因是存在于多種細(xì)胞中的一個(gè)保護(hù)性的炎癥反應(yīng)性基因，其啟動(dòng)子序列中存在激活蛋白及核因子白細(xì)胞介素結(jié)合位點(diǎn)并且可被促炎因子激活，從而在多種炎癥性疾病(如風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎)或類似炎癥的生理過程(如排卵)中高表達(dá)，發(fā)揮特定作用。

通過序列對(duì)比發(fā)現(xiàn)，TSG-6基因編碼的蛋白序列和HA結(jié)合蛋白(如CD44、軟骨連接蛋白等)序列都含有高度保守的HA結(jié)合區(qū)，并且相似度達(dá)40%以上。Lesley等[8]發(fā)現(xiàn)，TSG-6可通過與HA結(jié)合并引起HA構(gòu)象改變，繼而增強(qiáng)其與細(xì)胞表面CD44結(jié)合的能力，介導(dǎo)免疫細(xì)胞的遷移和黏附，使TSG-6能很好地發(fā)揮其抗炎作用。IαI作為絲氨酸蛋白酶抑制因子的家族成員之一，由兩條重鏈和雙庫(kù)尼茨抑制劑(bikunin)鏈組成，并且bikunin與IαI抑制效應(yīng)有關(guān)。除與HA結(jié)合外，TSG-6還能通過增強(qiáng)其抑制IαI的活力而對(duì)抗血纖維蛋白溶酶，減輕炎癥部位的受損程度。TSG-6通過從IαI轉(zhuǎn)移其重鏈至HA并導(dǎo)致IαI活性bikunin的釋放而實(shí)現(xiàn)該功能。

3 MSCs分泌TSG- 6修復(fù)組織損傷的作用及機(jī)制

3.1 肺部損傷

肺部損傷是多數(shù)肺部疾病的普遍病理過程。相關(guān)研究表明，MSCs在肺損傷動(dòng)物模型中能通過削弱炎癥反應(yīng)而起到顯著治療效果。Danchuk等[9]使用脂多糖制作了小鼠急性肺損傷模型。他們?cè)谠撃Ｐ徒?h后經(jīng)口咽抽吸法注入MSCs，在24、48h后檢測(cè)了治療效果，發(fā)現(xiàn)MSCs均能有效地減少促炎因子的表達(dá)、中性粒細(xì)胞的數(shù)量和肺水腫程度。然而，該治療效果可能并不依靠肺內(nèi)的MSCs特定分化作用，因?yàn)樽⑸渲粮骨粌?nèi)的MSCs也同樣改善了脂多糖所誘導(dǎo)的肺部損傷?；蛐酒瑱z測(cè)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞移植12h后，該模型體內(nèi)TSG-6均處于高表達(dá)狀態(tài)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，使用TSG-6基因沉默的MSCs失去了其絕大部分的療效，而肺內(nèi)注射重組人TSG-6卻獲得了與MSCs相當(dāng)?shù)寞熜?。由此說明，MSCs在急性肺損傷的治療作用中主要是依靠其分泌的TSG-6對(duì)抗炎癥反應(yīng)獲得。2014年，F(xiàn)oskett等[10]使用博來霉素誘導(dǎo)的肺損傷動(dòng)物模型同樣驗(yàn)證了MSCs可通過分泌TSG-6對(duì)抗早期炎癥反應(yīng)并以此改善肺損傷和肺功能。除此之外，研究[11]發(fā)現(xiàn)在特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓和哮喘等肺部疾病中TSG-6均起著極其重要的抗炎癥損傷作用，這也證實(shí)了MSCs通過分泌TSG-6直接或間接減弱肺炎癥損傷可能是MSCs發(fā)揮治療作用的重要途徑。

3.2 急性心肌梗死

急性心肌梗死由冠狀動(dòng)脈急性、持續(xù)性缺血缺氧所引起，可造成心肌嚴(yán)重?fù)p傷壞死，通過結(jié)扎動(dòng)物冠狀動(dòng)脈左前降支可制作急性心梗模型。Lee等[12]利用該模型研究了MSCs對(duì)其治療作用和機(jī)制。他們經(jīng)動(dòng)物尾靜脈注射2×106個(gè)人來源MSCs于該模型體內(nèi)，并通過RT-PCR檢測(cè)人Alu序列和GAPDH在體內(nèi)的表達(dá)，結(jié)果表明MSCs絕大部分積累在肺組織內(nèi)，而在心梗部位分別僅有(400±300)、(1480±530)個(gè)定植細(xì)胞。實(shí)際療效表明，MSCs顯著縮小了心梗面積并改善了心肌功能，因此其治療效果并不僅僅依靠少數(shù)定植于梗死部位的MSCs的特定分化作用，另外，使用TSG-6基因沉默的MSCs會(huì)大大減弱其療效。他們通過基因芯片技術(shù)分析了其栓塞在肺內(nèi)10h后多種人來源的細(xì)胞因子轉(zhuǎn)錄水平，發(fā)現(xiàn)SMAD6,CSF1,VCAM-1和TSG-6等均可成倍的上調(diào)或者更多，然而TSG-6卻上調(diào)至本底水平的28～47倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他細(xì)胞因子。不僅如此，他們還在體外使用TNF-α刺激同一供者來源的MSCs及成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)MSCs所分泌的TSG-6量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成纖維細(xì)胞的分泌量。以上結(jié)果均表明，MSCs分泌的TSG-6在治療急性心肌梗死中起著重要作用，并且相對(duì)于其他細(xì)胞而言，MSCs可能是分泌TSG-6的一個(gè)極好來源。

3.3 腹膜炎癥和損傷

針對(duì)腹膜炎癥和損傷，MSCs具有明確的組織修復(fù)和免疫調(diào)節(jié)功能，但具體作用機(jī)制尚不甚明確，2011年，Choi等[13]采用酵母聚糖(zymosan)成功誘導(dǎo)了腹膜炎模型，并發(fā)現(xiàn)移植入體內(nèi)的MSCs同樣通過分泌TSG-6減弱了其腹膜損傷程度。他們通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，MSCs在相應(yīng)的炎癥信號(hào)作用下，能分泌TSG-6與常駐巨噬細(xì)胞CD44受體結(jié)合，并抑制其NF-κB通路內(nèi)zymosan/TLR2相關(guān)核轉(zhuǎn)錄因子而減少促炎因子的釋放量，并反過來減弱對(duì)MSCs的刺激，整個(gè)過程形成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。此外，他們還發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞或者其他類型的細(xì)胞對(duì)該負(fù)反饋系統(tǒng)能起到放大作用，因此大大的抑制了促炎因子的釋放，繼而改善了zymosan所誘導(dǎo)的腹膜炎癥損傷。Wang等[14]通過尾靜脈或腹腔注射MSCs到大鼠腹膜損傷模型內(nèi)，也觀察到了顯著的修復(fù)作用，而將MSCs內(nèi)TSG-6基因沉默后卻使它失去了原有療效。同時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)饑餓后的MSCs的條件培養(yǎng)基同其母體細(xì)胞一樣可改善腹膜損傷，且與MSCs所獲療效無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，之后他們經(jīng)蛋白芯片分析，發(fā)現(xiàn)饑餓24h后的MSCs培養(yǎng)基內(nèi)所含的TSG-6能達(dá)到其本底釋放的194倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他細(xì)胞因子相對(duì)倍數(shù)。

3.4 神經(jīng)損傷

腦神經(jīng)損傷可由外傷或腦缺血等因素引起，而神經(jīng)損傷后腦功能的恢復(fù)主要依靠神經(jīng)元存活的數(shù)量，尤其是受損或梗塞周圍區(qū)域的神經(jīng)元。Watanabe等[15]發(fā)現(xiàn)在小鼠外傷性腦損傷模型中使用MSCs可以發(fā)揮有效的治療作用，并且主要是依靠所分泌的TSG-6在損傷的初期減少嗜中性粒細(xì)胞的外滲和基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)，從而有效地改善其隨后的血腦屏障滲漏狀況。2013年，Lin等[16]發(fā)現(xiàn)MSCs應(yīng)用于腦局部缺血所致的神經(jīng)損傷模型中，能顯著降低其血清S-100B水平，而該治療效果很大程度依靠MSCs所分泌的TSG-6對(duì)抗大腦皮層下的中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶和炎癥因子的作用而實(shí)現(xiàn)。綜上所述，MSCs能修復(fù)受損神經(jīng)，很大程度上可能是依靠其分泌的TSG-6對(duì)抗早期炎癥反應(yīng)的作用。

3.5 角膜損傷

MSCs在角膜疾病中的應(yīng)用很早就一直為人們所關(guān)注。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)MSCs能通過分泌的TSG-6修復(fù)角膜損傷，并且作用效果極好。Oh等[17]應(yīng)用重組人TSG-6于干角膜損傷模型中，并驗(yàn)證了其對(duì)抗角膜損傷的有效性。之后兩年，該研究者還發(fā)現(xiàn)MSCs應(yīng)用在角膜移植中也能夠提高其存活率，主要是因?yàn)镸SCs分泌的TSG-6在手術(shù)引起的早期炎癥反應(yīng)過程中所發(fā)揮的作用，這也解釋了MSCs為什么能夠減弱移植排斥反應(yīng)。而在體外實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)角膜內(nèi)皮細(xì)胞在受損傷時(shí)能夠產(chǎn)生損傷信號(hào)作用于MSCs，并顯著上調(diào)TSG-6的分泌量。由此可見，MSCs分泌的TSG-6能夠通過抑制炎癥反應(yīng)而修復(fù)角膜損傷，并且可能是MSCs早期發(fā)揮抗損傷作用的極其重要媒介。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，MSCs能通過分泌TSG-6修復(fù)受損組織，其作用機(jī)制是MSCs在炎癥損傷微環(huán)境下能特異性地上調(diào)TSG-6分泌量，TSG-6進(jìn)一步與HA、IαI等葡聚糖苷類物質(zhì)結(jié)合而直接或間接地發(fā)揮炎癥抑制和損傷修復(fù)作用。目前，對(duì)于諸如臍帶、臍血、脂肪等來源的MSCs是否也能同骨髓來源MSCs一樣經(jīng)分泌TSG-6而發(fā)揮抗炎癥損傷作用還不十分明確，且TSG-6的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。隨著對(duì)MSCs修復(fù)組織損傷作用機(jī)制的深入研究，將有助于進(jìn)一步明確其作用的本質(zhì)。

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Research progress on anti-inflammatory effects of mesenchymal stem cells through secreting TSG-6

HEZhi-gang,SONGZhen-shun

(Dept. of Hepatobiliary and Pancreatic Surgery, Tenth People’s Hospital, Tongji University, Shanghai 200072, China)

Mesenchymal stem cells (MSCs) are a type of adult pluripotent stem cells and have multiple biological functions, such as immune modulation, regulation of cell proliferation and repair of tissue damage. Recent studies have revealed that MSCs can also reduce inflammation, promote morphological and functional recovery of the injured tissue, and these effects mainly rely on the secretion of cytokine tumor necrosis factor stimulated gene 6 (TSG-6). This important mechanism of action has attracted increasing attention, and therefore we present this review to summarize the latest research progress in this field.

mesenchymal stem cells; tumor necrosis factor stimulated gene 6; inflammation

10.16118/j.1008-0392.2015.01.028

2014-04-14

國(guó)家自然科學(xué)基金(81170436)

何志剛(1988—)，男，碩士研究生.E-mail： hezg0710@163.com

宋振順.E-mail： zs_song@hotmail.com

R 364.5

A

1008-0392(2015)01-0125-04