干細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的進展

邢學(xué)忠，高勇，王海軍，曲世寧，黃初林，楊全會

(國家癌癥中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，北京 100021)

干細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的進展

邢學(xué)忠，高勇Δ，王海軍，曲世寧，黃初林，楊全會

(國家癌癥中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，北京 100021)

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)病死率高達40%，多種藥物治療未發(fā)現(xiàn)能夠改善ARDS的預(yù)后。近年來動物研究及離體人肺研究發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem/stromal cells，MSCs)可以增加肺水清除、減輕炎癥，對ARDS有一定的療效。1期臨床研究提示間充質(zhì)干細胞治療人ARDS是安全的。MSCs治療人ARDS的一項2期臨床試驗(NCT01775774)正在進行。盡管MSCs治療ARDS剛剛起步，基于細胞的干細胞療法為ARDS的治療提供了新的希望。本文簡要回顧MSCs治療ARDS的現(xiàn)狀，包括MSCs治療ARDS的動物實驗和臨床試驗，機制和存在的問題。

急性呼吸窘迫綜合癥；干細胞療法；進展

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是一種常見的臨床綜合征，病理特征為早期肺毛細血管充血肺泡水腫，后期可出現(xiàn)肺泡2型上皮細胞的增殖或纖維化[1]，臨床表現(xiàn)為急性起病的呼吸困難和低氧血癥[2]。最近的一項多中心研究報道：其在重癥醫(yī)學(xué)科的發(fā)病率約10%[3]。目前臨床治療ARDS的有效策略包括保護性肺通氣、俯臥位通氣等，但病死率仍達40%[3]。多種藥物治療未發(fā)現(xiàn)能夠改善ARDS的預(yù)后[4]。近年來，研究提示應(yīng)用間充質(zhì)干細胞治療離體的人肺損傷有效，可以增加肺水清除、減輕炎癥，并具有抗菌活性[5]。1期臨床研究提示間充質(zhì)干細胞治療人ARDS安全[6]。此外，間充質(zhì)干細胞治療人ARDS的一項2期臨床試驗(NCT01775774)正在進行[6]?？梢姡诩毎母杉毎煼锳RDS的治療提供了新的希望。為此，簡要回顧干細胞治療ARDS的現(xiàn)狀、機制和存在的問題。

1 干細胞臨床應(yīng)用的現(xiàn)狀

干細胞通過不對稱分裂，產(chǎn)生類似自身的細胞，即自我更新[7]。同時，干細胞還可分化為多種細胞，因此也稱為多能干細胞。因此，干細胞可能用于臨床各個器官損傷細胞的修復(fù)。干細胞有多種，包括胚胎干細胞(embryonic stem cells，ESCs)、內(nèi)皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)、誘導(dǎo)的多能干細胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)，以及間質(zhì)干細胞(mesenchymal stem/stromal cells，MSCs)[8]。MSCs可以從骨髓和臍帶中獲取，因此容易獲取[9]。此外，MSCs有免疫原性低、方便異體給予等優(yōu)點。因此，理論上MSCs更適宜在臨床應(yīng)用。

1995年Lazarus等首次報道了采集23例惡性骨髓腫瘤完全緩解患者的干細胞進行體外培養(yǎng)，然后回輸至患者體內(nèi)的1期臨床研究。結(jié)果15例完成了研究，從注射到回輸?shù)臅r間為28～49 d，劑量為1×106、10×106和50×106個細胞/kg，且發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)注射干細胞安全[10]。其后，MSCs已用于多種疾病，包括急性心肌梗死和肝病等。研究多為1期和2期試驗，均驗證了干細胞治療的安全性和有效性[11]。

2 干細胞治療ARDS的現(xiàn)狀

干細胞治療ARDS的臨床研究最早于2015年報道[6]。但在此之前已有多個動物研究和離體人肺的研究證實干細胞治療ARDS的有效性。Gupta等[12]對應(yīng)用大腸埃希菌制作的鼠肺感染急性肺損傷的模型經(jīng)氣管給予合成的MSCs，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，研究組生存期改善、肺損傷減輕、細菌清除率增加。Asmussen等[13]先用棉花煙吸入，繼之經(jīng)氣管灌入銅綠假單胞菌制作羊急性肺損傷模型，然后靜脈分別給予MSCs和電解質(zhì)。發(fā)現(xiàn)MSCs組氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)改善、肺水腫減輕。

2.1 干細胞治療ARDS的動物和臨床研究 動物研究證實MSCs治療ARDS具有有效性，同時在離體人肺的研究也證實了MSCs治療ARDS的有效性。Lee等[5]在離體人肺制造了大腸埃希菌肺炎肺損傷的模型，后將5×106或10×106個細胞/kg的人MSCs注入右肺中葉作為研究組，應(yīng)用重組人角質(zhì)細胞生長因子(keratinocyte growth factor，KGF)100ng或正常人肺纖維母細胞作為對照組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)MSCs能夠恢復(fù)肺泡液體清除率、減輕炎癥，而且增加細菌清除率、減少菌血癥的發(fā)生率。McAuley等[14]的研究也證實MSCs能夠恢復(fù)離體人肺的肺泡液體清除率。

2.2 干細胞治療ARDS的方式、劑量和應(yīng)用時機 關(guān)于MSCs治療肺損傷的應(yīng)用方式，一般有靜脈注射、氣管內(nèi)注射和腹腔注射3種。Hayes等[15]研究了呼吸機相關(guān)肺損傷的鼠模型氣管內(nèi)、靜脈或腹腔內(nèi)應(yīng)用MSCs的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：氣管內(nèi)或靜脈給予MSCs的效果優(yōu)于腹腔給藥，表現(xiàn)為氣管內(nèi)或靜脈給藥組鼠氧合指數(shù)改善、肺順應(yīng)性改善、肺泡內(nèi)炎癥減輕、肺組織結(jié)構(gòu)恢復(fù)，而腹腔給藥組鼠肺泡內(nèi)炎癥無明顯減輕、肺組織結(jié)構(gòu)恢復(fù)不明顯。Devaney等[16]對比研究了氣管內(nèi)或靜脈給予MSCs治療鼠ARDS的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)2組在改善動脈氧合、改善肺順應(yīng)性、減少肺泡蛋白方面無差異，但氣管內(nèi)給藥在提高肺泡內(nèi)白細胞介素10(interleukin 10, IL-10)和KGF的濃度方面優(yōu)于靜脈給藥組。因此，應(yīng)用MSCs治療ARDS，首選氣管內(nèi)給藥，其次靜脈給藥，最后腹腔給藥。

關(guān)于MSCs治療ARDS的用藥劑量，Zheng等[17]報道了靜脈應(yīng)用MSCs治療鼠ARDS的隨機對照研究，每組6只小鼠，應(yīng)用劑量為2×108個細胞/kg。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：MSCs方法安全、可行，2組小鼠的生存時間和血漿標(biāo)記物水平無顯著差異。樣本小可能是該項研究的缺陷。Hayes等[15]應(yīng)用了1×106、2×106、5×106和1×107個細胞/kg 4種劑量的MSCs治療鼠ARDS。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后3組鼠均表現(xiàn)為動脈氧合改善、肺順應(yīng)性改善，而1×106個細胞/kg組改善不明顯。因此，Hayes等提出治療鼠ARDS的最低劑量為2×106個細胞/kg。劉慧瑩[18]研究發(fā)現(xiàn)：應(yīng)用2×105個細胞/kg劑量MSCs治療內(nèi)毒素-肺損傷小鼠后，小鼠的肺組織病理損傷明顯減輕、病死率下降。當(dāng)MSCs的劑量增加至5×105和1×106個細胞/kg時小鼠的病死率反而增加。分析原因可能與細胞劑量較多，向損傷組織歸巢時聚集在肺毛細血管床，引起肺泡毛細血管淤血及微血栓形成有關(guān)。

關(guān)于MSCs的給予時間，大多數(shù)研究均在造模后幾小時內(nèi)給予[13-14,16-17]。Hayes等[15]研究在3個治療時間節(jié)點0.25、6、24 h應(yīng)用MSCs治療鼠ARDS的預(yù)后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在ARDS發(fā)病后24 h應(yīng)用MSCs仍能較好地緩解鼠ARDS。劉慧瑩[18]研究在3個治療時間節(jié)點0.25、4、24 h應(yīng)用MSCs治療鼠ARDS的預(yù)后，得到相似結(jié)果。上述研究結(jié)果給予臨床的提示是在確診ARDS的24 h之內(nèi)應(yīng)用MSCs均有效。

2.3 干細胞聯(lián)合其他療法治療ARDS的效果 彭珊珊等[19]應(yīng)用高頻振蕩通氣(high frequency oscillatory ventilation，HFOV)聯(lián)合MSCs治療內(nèi)毒素-肺損傷兔，發(fā)現(xiàn)：與單用HFOV或MSCs相比，聯(lián)合治療組的肺損傷兔氧合顯著改善、炎癥反應(yīng)和肺損傷顯著減輕，提示聯(lián)合療法優(yōu)于單一療法。劉慧瑩[18]應(yīng)用甲強龍聯(lián)合MSCs治療鼠ARDS發(fā)現(xiàn)：單用甲強龍或單用MSCs與甲強龍聯(lián)合MSCs治療組3組之間鼠肺損傷的病理改善程度相近、病死率無顯著差異，提示甲強龍聯(lián)合MSCs不優(yōu)于單一療法。鹽酸戊乙奎醚是中國原創(chuàng)的選擇性莨菪類藥物。曹惠娟[20]應(yīng)用鹽酸戊乙奎醚聯(lián)合MSCs治療內(nèi)毒素-肺損傷大鼠，發(fā)現(xiàn)：與單用鹽酸戊乙奎醚或MSCs相比，聯(lián)合治療組的肺損傷兔氧合顯著改善、炎癥反應(yīng)和肺損傷顯著減輕，提示聯(lián)合療法優(yōu)于單一療法。

3 干細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的機制

早年研究認(rèn)為[8]，MSCs治療肺損傷的機制在于：MSCs特異性招募至肺內(nèi)，移行至肺損傷部位后能分化為肺泡上皮細胞和肺微血管內(nèi)皮細胞，從而修復(fù)損傷肺組織結(jié)構(gòu)，保護肺功能。近年研究發(fā)現(xiàn)：除上述機制外，旁分泌是MSC發(fā)揮肺組織或細胞修復(fù)作用的重要機制。旁分泌是指MSCs細胞通過分泌多種細胞因子調(diào)控肺組織的修復(fù)和炎癥。如通過分泌KGF、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)等促進肺泡上皮細胞和肺微血管內(nèi)皮細胞增殖和再生；通過B淋巴細胞瘤-2基因 (B-cell lymphoma-2，Bcl 2)、生存素(survivin)調(diào)控肺泡上皮細胞和肺微血管內(nèi)皮細胞凋亡；通過分泌IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor，TGF-β)等調(diào)控肺炎癥反應(yīng)[21]。

除旁分泌外，MSCs治療ARDS的另一個機制是細胞-細胞接觸依賴，及核酸和細胞器的轉(zhuǎn)移。Zhu等[22]將從MSCs中分離出的細胞微泡(microvesicles，MVs)氣管內(nèi)注入大腸埃希菌急性肺損傷鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)：MVs可以顯著改善急性肺損傷的水平包括肺水減少和肺炎癥減輕。而經(jīng)過KGF siRNA預(yù)處理的MSCs則部分減弱了MVs的治療效果，提示MVs部分是通過KGF mRNA而發(fā)揮作用。Monsel等研究發(fā)現(xiàn)：MVs可以顯著改善內(nèi)毒素肺損傷鼠的肺損傷水平，而這種作用是通過CD44介導(dǎo)。Toll樣受體-3(Toll-like receptor 3，TLR-3)激動劑預(yù)處理可增強MVs的治療作用[23]，而抗CD44抗體處理后減弱MVs的治療作用[24]。

4 干細胞治療急性呼吸窘迫綜合征存在的問題

經(jīng)過多年的研究，目前MSCs治療ARDS已經(jīng)由1期臨床走向2期臨床，有望為ARDS提供一種改善預(yù)后的新的治療方法，但也存在種種顧慮。如有報道[25]表明MSCs可分化為肉瘤，MSCs易使乳腺癌細胞進入骨髓，從而產(chǎn)生對化療藥物的耐藥性[26]。但近年也有報道發(fā)現(xiàn)[27]，預(yù)防應(yīng)用MSCs可減少胸部腫瘤放射性肺炎的發(fā)生，減少肺轉(zhuǎn)移的發(fā)生率。因此，應(yīng)用MSCs治療ARDS患者還需進一步長期隨訪觀察。Yan等[28]研究放療后的小鼠給予靜脈注射MSCs治療后發(fā)現(xiàn)：在放療早期給予MSCs，其可分化為有功能的肺細胞，而在放療后期如60 d或120 d時給予MSCs則參與纖維化的形成。但臨床部分ARDS患者在早期即可出現(xiàn)肺纖維化[1]，因此，對于此部分患者是否可以應(yīng)用MSCs需進一步研究。

綜上，MSCs治療ARDS是一種基于干細胞的有希望的療法，但關(guān)于注射應(yīng)用方式、時間和劑量，如何與其他治療手段相結(jié)合及選擇適應(yīng)證，長期效果如何等問題仍有待解決。相信隨著研究的深入，上述問題會一一獲得解決，最終使干細胞療法造福于ARDS患者。

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(編校：王儼儼)

Progress of mesenchymal stem/stromal cells therapy in acute respiratory distress syndrome

XING Xue-zhong, GAO YongΔ, WANG Hai-jun, QU Shi-ning, HUANG Chu-lin, YANG Quan-hui

(Department of Intensive Care Unit, National Cancer Center/Cancer Hospital of Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100021, China)

Acute respiratory distress syndrome (ARDS) has a mortality rate over 40%, and many pharmaceutical therapies have not been shown to improve the outcomes of ARDS.In recent years, animal experiments andinvitrohuman perfused lung experiments demonstrated that mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) therapy could increase alveolar fluid clearance, alleviate inflammation.A phase 1 clinical trial validated the safety of MSCs therapy on ARDS patients.An ongoing phase 2 trial (NCT01775774) will determine the effective of MSCs therapy.Although in its beginning period, cell based MSCs therapy provides a promising treatment for ARDS.Here, we briefly review the current status of MSCs therapy for ARDS, including the animal experiments, clinical trials, mechanisms and debates.

acute respiratory distress syndrome; mesenchymal stem/stromal cells therapy; progress

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.07.07

邢學(xué)忠，男，副主任醫(yī)師，研究方向：腫瘤術(shù)后的基礎(chǔ)與臨床研究，E-mail：xingxzh2000@aliyun.com；高勇，通信作者，男，副主任醫(yī)師，E-mail：2354839907@qq.com。

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