內(nèi)皮祖細胞和骨髓基質(zhì)細胞在膿毒癥中的研究進展

常欣欣 徐喜媛 烏日娜 趙麗琪 趙曉靜 楊敬平

內(nèi)皮祖細胞和骨髓基質(zhì)細胞在膿毒癥中的研究進展

常欣欣1徐喜媛2烏日娜2趙麗琪1趙曉靜1楊敬平2

膿毒癥是臨床危重癥的常見表現(xiàn)，患者死亡率高且缺乏有效的治療手段，嚴重威脅著人類的健康[1]。隨著干細胞移植技術的發(fā)展,運用內(nèi)皮祖細胞(Endothelial Progenitor Cells，EPCs)和骨髓基質(zhì)細胞(Bone Marrow Stromal Cells，BMSCs)等干細胞移植治療膿毒癥是目前的研究熱點[1-2]。本文通過綜述 EPCs 及BMSCs的功能及其作用，探討EPCs和BMSCs在膿毒癥中的作用。

一、微循環(huán)內(nèi)皮功能障礙及免疫功能異常在膿毒癥發(fā)病中的作用

膿毒癥的發(fā)病機制尚不明，可能涉及到免疫功能異常、炎癥反應失衡、凝血功能障礙、微循環(huán)內(nèi)皮功能障礙、組織損傷、基因多態(tài)性等多個方面，其中，微循環(huán)內(nèi)皮功能障礙，異常激活的免疫系統(tǒng)和炎癥反應在膿毒癥的發(fā)病中起重要作用[3]。

1. 微循環(huán)內(nèi)皮功能障礙在膿毒癥發(fā)病中的作用

研究表明，微循環(huán)內(nèi)皮細胞的活化、損傷與功能障礙是膿毒癥病理生理學過程的關鍵環(huán)節(jié)[1-2]。首先是脂多糖(LPS)激活炎癥細胞反應，并激活內(nèi)皮細胞，使內(nèi)皮細胞分離、裸露、微血管損傷，導致內(nèi)皮細胞無法調(diào)控微循環(huán)，從而降低了毛細血管灌注，產(chǎn)生微循環(huán)功能性分流及組織缺氧；同時內(nèi)皮細胞通透性增加，導致血管內(nèi)液體轉(zhuǎn)移到血管外間隙。其次是炎癥介質(zhì)的大量釋放使內(nèi)皮細胞的屏障功能喪失、循環(huán)物質(zhì)移位、組織水腫，加重已有的循環(huán)功能障礙，減少了重要臟器的氧氣交換和血供，從而加重了膿毒癥的臟器損傷。可見，修復血管內(nèi)皮損傷能夠改善膿毒癥患者的預后[3-4]。

2.異常激活的免疫系統(tǒng)和炎癥反應在膿毒癥發(fā)病中的作用

免疫系統(tǒng)的異常激活是導致膿毒癥多器官功能衰竭綜合征的另一重要原因。表現(xiàn)為固有免疫系統(tǒng)的激活和適應性免疫的抑制，主要機制可能是：毛細血管通透性增加導致組織水腫，從而產(chǎn)生異常激活的炎癥反應，造成組織器官的損害和功能障礙[5]。免疫系統(tǒng)的異常激活表現(xiàn)為：LPS與CD14或Toll樣受體(TLRs)結(jié)合后，TLRs 或其他跨膜受體將信號傳入胞核，激活NF-κB信號通路，釋放出大量IL-6、IL-1β、IL-8、IL-10、IL-7、IL-15、干擾素(IFN)γ、腫瘤壞死因子(TNF)α、單核細胞趨化蛋白(MCP)- 1、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、程序性死亡受體1(PD-1)，引發(fā)炎癥因子風暴，并引起血管內(nèi)皮細胞損傷，血管內(nèi)皮細胞損傷又可激活炎癥反應，進一步擴大損傷作用，引發(fā)失控的炎性反應，發(fā)生免疫漂移，使宿主處于免疫抑制狀態(tài)，感染加重，最終導致多臟器功能障礙。因此,抑制異常激活的免疫系統(tǒng)和炎癥反應是治療膿毒癥的關鍵[5-6]。

二、EPCs的功能及其在膿毒癥中的作用

1.EPCs的功能

EPCs是一種特殊類型的造血干細胞，能夠表達 CD133+、CD34+和血管內(nèi)皮生長因子受體2(VEGFR-2)，是近年來發(fā)現(xiàn)的在血管新生和修復中起重要作用的一類前體細胞，能夠定向增殖分化為成熟血管內(nèi)皮細胞的前體細胞，可從外周血中的單核細胞、骨髓和臍帶血中分離出來[1-2]。EPCs在一定因素刺激下(如缺血、缺氧、炎癥等)，會從骨髓動員至外周血中，完成血管生成的關鍵一步，有助于血管的修復和生成[1-3]。EPCs在參與血管新生的過程中包括多個步驟，如動員、遷移、黏附、分化等。當組織缺血時，EPCs和細胞因子一起動員至缺血區(qū)域，繼而分化成為成熟的血管內(nèi)皮細胞，參與新生血管的形成[7]?？梢?，EPCs在維持血管內(nèi)皮的修復機制中起重要作用。

2.EPCs在膿毒癥中的作用

Gowinska-Olszewska等[8]將EPCs注入到缺血的動物模型中，發(fā)現(xiàn)移植的EPCs會迅速遷移至缺血的內(nèi)臟，通過遷移參與新血管形成，對損傷血管進行修復，從而降低臟器的損傷程度，對缺血性血管疾病的患者起到明顯的改善作用。有研究發(fā)現(xiàn)：在高血壓、冠心病、糖尿病、肺炎、膿毒癥等患者的外周血中可以檢測到大量的EPCs，其數(shù)量和活性均有差異性的改變，而且數(shù)量與疾病的預后呈正相關[9]。Rafat等[10]發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者循環(huán)EPCs的數(shù)量明顯高于非膿毒癥患者和健康對照組。EPCs在維持血管內(nèi)皮的修復機制的完整性中起重要作用，EPCs還通過抑制淋巴細胞增殖、抗原呈遞細胞的成熟與活化，而具有一定的免疫抑制和炎癥調(diào)節(jié)作用[11]。由此可見，EPCs可以在機體發(fā)生膿毒癥后向受損的組織遷移、歸巢，發(fā)揮修復作用，并通過新生毛細血管延緩膿毒癥的進展，從而改善預后。

三、BMSCs的功能及其在膿毒癥中的作用

1.BMSCs的功能

BMSCs是一類存在于骨髓中的多能干細胞,可分化為多種非造血系的組織，如骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、心肌細胞和骨骼肌細胞，亦可在多種細胞因子、細胞外基質(zhì)以及某些藥物等所構成的微環(huán)境中定向分化為血管內(nèi)皮細胞[12]。BMSCs 分泌的因子可以促進微血管內(nèi)皮細胞增殖、遷移和血管新生，通過影響微血管內(nèi)皮細胞，促進血管新生發(fā)揮治療作用。BMSCs 還可促進腦缺血大鼠的神經(jīng)功能恢復，促進VEGF的表達，以減少神經(jīng)細胞的凋亡[12]。BMSCs具有貼壁生長的特性,因而易于在體外分離和擴增，另外BMSCs可在體內(nèi)外表達多種治療性的外源目的基因[13]。因此, BMSCs被認為是一種理想的治療性細胞，可能會增加EPCs的數(shù)量，可能為膿毒癥治療提供新的策略。

2.BMSCs在膿毒癥中的作用

大量的研究已經(jīng)證實，BMSCs 對固有免疫系統(tǒng)和適應性免疫系統(tǒng)具有抑制作用,采用 BMSCs移植可以抑制異常激活的免疫反應，從而減輕免疫反應對組織器官的損害[13-15]。Miao CM等[14]也利用膿毒癥小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，注入MSCs可明顯提高小鼠的存活率，降低血漿中促炎因子的水平，同時增加抗炎因子的水平。Mohi El-Din M等[15]發(fā)現(xiàn)在膿毒癥大鼠的肺中應用BMSCs，可以減輕全身炎癥反應和肺損傷，將膿毒癥大鼠的肺細胞與BMSCs共同培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)BMSCs調(diào)節(jié)炎癥細胞因子(TNF-α和IL-10)，并分化為肺泡I型細胞，防止膿毒癥小鼠肺組織纖維化。這些實驗都表明 BMSCs 通過對免疫系統(tǒng)的抑制減輕了膿毒癥大鼠的器官損害。

四、干細胞聯(lián)合移植

BMSCs易于得到，體外培養(yǎng)可以迅速擴增，對供區(qū)損傷小，通過抑制促炎癥因子釋放，提高VEGF及VEGRF-2的表達水平，向血管內(nèi)皮細胞分化，促進新血管再生，改善了膿毒癥小鼠的預后[16-17]。EPCs 能夠定向分化為成熟血管內(nèi)皮細胞參與血管的新生，在膿毒癥的應用方面研究較多[1-2]。但是，單用BMSCs移植可導致新生骨區(qū)不能產(chǎn)生足量毛細血管，導致骨折不愈合。單用EPCs移植，因其在損傷局部數(shù)量有限，不足以用于大面積損傷的修復[16]。同時，將異體BMSCs 植入主要組織相容性復合物不符的小鼠體內(nèi)，遭遇了排斥反應,表明EPCs和BMSCs仍有一定的免疫原性，有可能對機體造成損害[18]。EPCs移植可有潛在促進腫瘤血管形成，導致潛在的腫瘤發(fā)生的生物安全性問題[19]。所以，EPCs和BMSCs單獨移植并非理想的干細胞治療方法。目前，有學者研究了兩種干細胞聯(lián)合移植在疾病中的治療作用。研究表明：BMSCs 與EPCs 共培養(yǎng)時兩種細胞生長良好，混合培養(yǎng)時細胞的增殖能力明顯增高，說明兩者聯(lián)合不僅可以減少EPCs的用量，保證生物安全性，同時提高了移植的效率；EPCs和BMSCs聯(lián)合移植能夠促進腦缺血后的神經(jīng)再生、血管再生、以及結(jié)構和功能重建；EPCs和BMSCs聯(lián)合移植能夠更明顯促進骨折的愈合[16-19]。EPCs和BMSCs 聯(lián)合移植在膿毒癥的作用研究尚未見有報道。

綜上所述，EPCs及BMSCs在膿毒癥治療中有一定的作用，單用均有不同的缺陷，限制了移植的應用及效果。研究表明，EPCs和BMSCs在某些疾病治療方面存在相互促進作用，但應用EPCs和BMSCs 聯(lián)合移植治療膿毒癥是否可以取得更佳的療效及最小的副作用，尚需要進一步深入探討。

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10.3969/j.issn.1009-6663.2017.12.044

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2017-06-29]