不同來源間充質(zhì)干細胞治療急性肺損傷的作用及機制研究

周雪媛 吳麗麗 姜麗霞

摘要：間充質(zhì)干細胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）因其具有多向分化潛能、低免疫原性、可旁分泌多種生物活性因子、免疫調(diào)控和自我復(fù)制等生物學(xué)特性，在急性肺損傷（Acute Lung Injury，ALI）的治療中具有重要意義。目前，已從多種組織中成功分離出 MSCs，主要包括骨髓、臍帶血、人羊膜、脂肪、人胎盤和經(jīng)血等。在ALI過程中，MSCs具有內(nèi)在的歸巢能力，可以遷移到損傷組織而發(fā)揮修復(fù)作用，另外還可通過其抗炎作用、旁分泌作用和免疫調(diào)控作用對ALI產(chǎn)生治療效果。

關(guān)鍵詞：間充質(zhì)干細胞;來源;急性肺損傷

中圖分類號：R725.6 ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-2177（2019）02-0122-03

急性肺損傷（Acute Lung Injury，ALI）是存在于終末氣道、肺泡與肺間質(zhì)的炎癥，為臨床常見的危重病癥。病理表現(xiàn)為：中性粒細胞涌入肺組織，肺上皮細胞和內(nèi)皮細胞屏障受損，肺毛細血管彌漫性損傷、通透性增強，肺內(nèi)促炎與抗炎因子失衡[1]。發(fā)展至嚴(yán)重階段為急性呼吸窘迫綜合征，表現(xiàn)為炎癥引起的肺水腫、嚴(yán)重低氧血癥和進行性呼吸衰竭等[2]。

目前，臨床上對ALI的治療多為支持治療，如呼吸支持，體液管理等，但并無有效的針對性治療方法。利用保護性機械通氣與低潮氣量聯(lián)合是目前ALI的主要治療策略，該方法雖然一定程度上能改善呼吸困難，但會增加感染幾率及炎癥反應(yīng)。研究表明，即使在早期使用了肺保護通氣，ALI的死亡率仍超過40%。

間充質(zhì)干細胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）來源于中胚層，取材廣泛，具有自我復(fù)制和多向分化潛能，為組織修復(fù)提供了豐富的細胞來源。其中，MSCs在特定條件下分化為有功能的肺泡細胞，抑制肺損傷的進一步發(fā)展，促進損傷肺組織的修復(fù)，對ALI的治療具有重要意義。本文就不同來源的MSCs：骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）、臍帶間充質(zhì)干細胞（UCMSCs）、人羊膜間充質(zhì)干細胞（hAMSCs）、脂肪間充質(zhì)干細胞（ADMSCs）、人胎盤間充質(zhì)干細胞（hPMSCs）、經(jīng)血來源的間充質(zhì)干細胞（MenSCs）在ALI治療中的作用，以及MSCs治療ALI的作用機制作一綜述。

1 不同來源的MSCs對ALI的治療作用

1.1 BMSCs對ALI的治療作用

從骨髓中分離的MSCs具有易提取、易體外培養(yǎng)、多向分化潛能、免疫調(diào)節(jié)、造血支持等特性，且因主要組織相容性復(fù)合體（MHC）MHC II蛋白、MHC I蛋白表達低，故其免疫原性低，移植后機體不會發(fā)生排斥反應(yīng)[3]。與其他來源MSCs相比，BMSCs分泌的營養(yǎng)因子更高[4]。研究表明，BMSCs能直接修復(fù)受損組織，并具有抗炎抗氧化的能力，能促進細菌清除，改善肺水腫及降低肺內(nèi)皮的滲透性[5]，這對促進ALI恢復(fù)具有重要臨床意義。目前，BMSCs的應(yīng)用最為廣泛及成熟，但隨著深入研究，發(fā)現(xiàn)BMSCs需要依靠有創(chuàng)的骨髓穿刺獲得，同時BMSCs的數(shù)量、細胞增殖和分化能力也會隨著供者年齡的增加而降低，這很大程度的限制了BMSCs在實際臨床治療中的推進。

1.2 UCMSCs對ALI的治療作用

近年來研究發(fā)現(xiàn)，UCMSCs是目前除胚胎干細胞之外分化潛能最高的MSCs之一，其安全性己經(jīng)得到證實[6]，且獲取時無需有創(chuàng)操作，細胞生命力旺盛，增殖能力強，具有免疫調(diào)節(jié)能力，在創(chuàng)傷修復(fù)、免疫治療等研究領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。其可通過減輕炎癥損害而改善肺通氣功能，為ALI的治療帶來提供了新的思路。然而，UCMSCs由于分離方法困難，操作復(fù)雜，尤其是獲取機會較少，需要在嬰兒出生時即進行準(zhǔn)備等，也限制了其在臨床上的應(yīng)用。

1.3 hAMSCs對ALI的治療作用

hAMSCs來源于胎盤羊膜組織的間質(zhì)層，細胞增殖能力強。人類羊膜組織是位于胎膜最內(nèi)層胎兒絨毛膜表面的一層無淋巴管及血管的光滑半透明薄膜[7]，可在孕婦生產(chǎn)時獲取，利用不會對產(chǎn)婦和新生兒產(chǎn)生不利影響。人類羊膜組織為分娩后的廢棄物，可通過無創(chuàng)性操作獲得大量的標(biāo)本，符合倫理學(xué)要求。hAMSCs避免了胚胎干細胞應(yīng)用的倫理學(xué)爭議，為ALI等多種疾病的治療帶來了新希望。hAMSCs具有低免疫原性，而且具有比BMSCs更低的免疫原性[8]，為其通過移植治療ALI奠定了基礎(chǔ)。

1.4 ADMSCs對ALI的治療作用

ADMSCs可從抽脂術(shù)產(chǎn)生的醫(yī)療廢棄脂肪組織中分離得到，也是MSCs的重要來源之一。在實驗室能以侵入性較小的方法獲得300倍BMSCs數(shù)量的ADMSCs。因其具有取材容易、來源廣泛、不涉及倫理問題等優(yōu)點而深受研究者喜愛[9]。ADMSCs可應(yīng)用于皮膚組織、肝臟組織、軟骨和骨組織等的再生，為很多疾病提供了治療方案，在修復(fù)、替換、維持或增強組織和器官的研究領(lǐng)域，顯示出強大的醫(yī)學(xué)再生功能[10]。

1.5 hPMSCs對ALI的治療作用

胎盤中存在MSCs，較其他來源的MSCs相比，其抗炎能力更強，在肺部炎性疾病的治療方面具有明顯優(yōu)勢[11]，而肺部強烈炎癥反應(yīng)破壞肺泡-毛細血管屏障導(dǎo)致肺水腫是引起ALI頑固性低氧血癥的主要原因。

1.6 MenSCs對ALI的治療作用

MenSCs是一種從女性經(jīng)血中分離獲得的新型間充質(zhì)干細胞，具有取材簡便、易得，安全無毒副作用等優(yōu)勢。較其他來源的MSCs來說，MenSCs沒有倫理及創(chuàng)傷方面的困擾，且能不斷地規(guī)律地從相同的供體定期收集并確保獲得遺傳背景相同的MSCs。MenSCs作為一種新興的細胞正受到廣泛的關(guān)注[12]，Alcayaga-Miranda等[13]指出，MenSCs在肝損傷、肺纖維化等多種疾病中對損傷部位均表現(xiàn)出明顯的趨向性特點，聯(lián)合對癥治療措施可提高治療效果，改善患者預(yù)后和提高其生存質(zhì)量。

2 MSCs治療ALI的作用機制

2.1 MSCs 的歸巢和定植

在ALI過程中，損傷部位的炎癥反應(yīng)促進干細胞歸巢，一方面炎癥反應(yīng)使血管變窄、血流速度發(fā)生變化，促進MSCs向損傷部位遷移[14] ;另一方面，損傷組織和炎性細胞釋放的炎癥因子和趨化因子可誘導(dǎo) MSCs增殖，促進內(nèi)外源性MSCs主動向損傷部位遷移[15]。鄭凱等[16]通過移植BMSCs，觀察其對急性放射性肺損傷大鼠的治療效果，發(fā)現(xiàn)BMSCs可以遷移至放射性損傷的肺組織，從而促進放射性肺損傷組織的修復(fù)。

2.2 MSCs的抗炎作用

孫合圣等[17]發(fā)現(xiàn)外源性MSCs可向受損肺臟遷移，發(fā)揮抗炎作用，并且其作用強度與MSCs的劑量相關(guān)。高新星等[18]利用霧化吸入脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）制備ALI模型，LPS可刺激炎性細胞產(chǎn)生TNF-α，損傷肺血管內(nèi)細胞和肺泡Ⅱ型上皮細胞（alveolar type II epithelial cells，AECⅡ）。此外，IL-1β主要由中性粒細胞及單核巨噬細胞產(chǎn)生，不僅能對機體產(chǎn)生毒性，還可增強組織細胞對TNF-α的敏感性。通過移植BMSCs可在一定程度上降低IL-1β和TNF-α水平，抑制ALI肺組織的炎癥反應(yīng)而減輕 LPS對AECⅡ的損傷并促進肺組織損傷的修復(fù)。

2.3 MSCs 的旁分泌作用

MSCs的旁分泌作用對抗肺纖維化具有重要作用。Cargnoni等[19]僅通過輸注培養(yǎng)hAMSCs的上清液來治療博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化，不需移植hAMSCs卻同樣具有治療作用，表明干細胞旁分泌免疫調(diào)節(jié)作用可減輕肺損傷。同時，有研究通過條件培養(yǎng)基治療實驗證實UCMSCs治療ALI的主要機制是旁分泌功能，其旁分泌因子前列腺素E2發(fā)揮了重要作用。

有研究發(fā)現(xiàn)[20]，輸入外源性BMSCs能在 ALI 肺損傷部位旁分泌角質(zhì)細胞生長因子（keratinocyte growth factor，KGF）和肝細胞生長因子，穩(wěn)定毛細血管內(nèi)皮和肺泡上皮的膜穩(wěn)定性，抗細胞凋亡和保護肺組織，促進肺損傷的修復(fù)。KGF是負責(zé)維持內(nèi)皮屏障穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介質(zhì)，研究表明BMSCs分泌的KGF能改善內(nèi)毒素誘導(dǎo)的離體人肺急性呼吸窘迫綜合征模型的肺泡液體清除率。以上結(jié)果表明，BMSCs移植后，通過其旁分泌作用，增強肺泡對液體的清除能力，清除肺泡內(nèi)集聚的液體，有效改善肺水腫，降低肺損傷，因此對促進ALI恢復(fù)具有重要的臨床意義。

2.4 MSCs 的免疫調(diào)控作用

研究已證實，MSCs不僅可逃逸免疫監(jiān)視，還能在體內(nèi)、外發(fā)揮強大的免疫調(diào)節(jié)作用，能抑制B細胞、T細胞、自然殺傷細胞和樹突狀細胞等免疫細胞。劉婷等[1]將PMSCs與ALI患者的外周血淋巴細胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)PMSCs能抑制ALI患者淋巴細胞的增殖與炎性因子IFN-γ的表達，并促進抗炎因子IL-10的表達。進一步流氏細胞術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)，PMSCs的存在明顯下調(diào)了CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞的比例，說明PMSCs可在一定范圍內(nèi)抑制ALI患者淋巴細胞的免疫反應(yīng)，為其在臨床治療ALI等炎性疾病提供了實驗依據(jù)。

3 展望

MSCs具有多向分化、遷移歸巢、抗炎及免疫調(diào)控等特性，給ALI的治療帶來了新的希望。然而，目前關(guān)于MSCs修復(fù)ALI的研究多數(shù)集中在基礎(chǔ)性實驗階段，隨著研究的不斷深入，相信這些問題很快會得到解決?？傊?，MSCs移植在治療ALI方面有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

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