間充質(zhì)干細(xì)胞抑制動(dòng)脈粥樣硬化機(jī)制的研究進(jìn)展*

石婷, 張少衡， 韋建瑞

1暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬?gòu)V州紅十字會(huì)醫(yī)院心血管內(nèi)科(廣東廣州 510220); 2廣州市婦女兒童醫(yī)療中心(廣東廣州 510623)

心血管疾病已經(jīng)上升成為全球發(fā)病率及病死率最高、有效壽命減少的首要原因，成為主要的公共衛(wèi)生問(wèn)題，產(chǎn)生了巨大的健康和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是全世界心血管疾病的主要原因。動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性動(dòng)脈疾病，目前普遍認(rèn)可的發(fā)病機(jī)制為“內(nèi)皮損傷反應(yīng)學(xué)說(shuō)”[2]， 即動(dòng)脈對(duì)長(zhǎng)期血脂異常、高血壓、糖尿病、吸煙等危險(xiǎn)因素?fù)p傷動(dòng)脈內(nèi)膜后做出的炎癥-纖維增生性反應(yīng)，包括血管脂質(zhì)的積累、氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein cholesterol，oxLDL)產(chǎn)生、巨噬細(xì)胞活化和泡沫細(xì)胞形成、免疫系統(tǒng)激活、炎癥和氧化應(yīng)激的發(fā)生、內(nèi)皮細(xì)胞激活等，最終動(dòng)脈壁中產(chǎn)生特征性的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。根據(jù)斑塊的部位、血管閉塞的程度和速度，有不同的臨床表現(xiàn)，主要包括缺血性心臟病、缺血性卒中和外周動(dòng)脈疾病。目前，針對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的治療主要集中在相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素治療如高脂血癥、高血壓等，而針對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的免疫反應(yīng)和炎癥相關(guān)的治療較少，因此，研究免疫和炎癥過(guò)程的調(diào)節(jié)將有較好的應(yīng)用前景。間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是一類(lèi)具有良好自我更新和多能分化特性，并具有免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用的細(xì)胞，已報(bào)道可用于治療免疫相關(guān)性疾病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、克羅恩病、移植物抗宿主病[3]，許多基礎(chǔ)研究及臨床試驗(yàn)證明MSCs可減輕動(dòng)脈粥樣硬化。

1 MSCs的生物學(xué)特征

MSCs是中胚層成體干細(xì)胞的一種，具有多向分化和自我更新的潛能,國(guó)際上認(rèn)為，MSCs最低標(biāo)準(zhǔn)需滿足3個(gè)條件：第一，細(xì)胞在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下呈貼壁生長(zhǎng)；第二，MSCs必須特異性表達(dá)CD105、CD73和CD90，而缺乏CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19和HLA-DA表面分子表達(dá)；第三，必須在體外分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞[4]。

2 MSCs抑制動(dòng)脈粥樣硬化

隨著對(duì)MSCs的深入研究，人們已經(jīng)越來(lái)越多地認(rèn)識(shí)其對(duì)自身免疫性和炎性疾病的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。MSCs能夠與各類(lèi)型的免疫細(xì)胞相作用，影響先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，影響炎癥過(guò)程[5-6]。動(dòng)脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病,無(wú)論是先天性免疫還是適應(yīng)性免疫應(yīng)答均在動(dòng)脈粥樣硬化中起重要作用[7]。目前普遍認(rèn)為，MSCs主要通過(guò)對(duì)免疫細(xì)胞的作用調(diào)節(jié)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，影響脂代謝過(guò)程及調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能，減輕動(dòng)脈粥樣硬化，目前尚無(wú)直接證據(jù)表明其通過(guò)直接作用減輕動(dòng)脈粥樣硬化[8]。

2.1 MSCs的免疫調(diào)節(jié)作用

2.1.1 MSCs與巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞在內(nèi)膜中積聚，導(dǎo)致泡沫細(xì)胞的形成，后者分泌許多炎性細(xì)胞因子，它們是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵參與者。巨噬細(xì)胞被分為兩種表型，其中M1巨噬細(xì)胞，也稱(chēng)為經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞，在組織損傷早期被γ干擾素(IFN-γ)、脂多糖和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)激活，表現(xiàn)促炎表達(dá)譜；稍后由IL-4和IL-13激活，呈現(xiàn)M2表型，顯示出抗炎表達(dá)譜[9]，通過(guò)改變巨噬細(xì)胞的表型，可調(diào)整機(jī)體的免疫狀態(tài)。研究人員在體外試驗(yàn)中將MSCs與巨噬細(xì)胞直接共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)MSCs阻止脂多糖刺激的巨噬細(xì)胞分化成M1表型，使M1巨噬細(xì)胞的特異性標(biāo)志物CD11c的表達(dá)降低和釋放的炎性細(xì)胞因子水平降低[10]。而近期的一項(xiàng)研究中，也有人將巨噬細(xì)胞和MSCs共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞表達(dá)指示抗炎“M2”表型的基因[11]。Zhang等[12]將人牙齦衍生的MSCs輸注載脂蛋白E基因敲除(apoE-/-)小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)MSCs可以抑制M1巨噬細(xì)胞的表達(dá)并促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞的表達(dá)，改變M2 / M1之間的平衡，進(jìn)而減輕動(dòng)脈粥樣硬化，并發(fā)現(xiàn)吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)信號(hào)和CD73信號(hào)在MSCs對(duì)巨噬細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)起部分作用。

除了調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的極性外，MSCs還通過(guò)其他機(jī)制影響巨噬細(xì)胞。近年在對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的研究中發(fā)現(xiàn)通過(guò)向apoE-/-小鼠中注射皮膚來(lái)源的MSCs，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)先被轉(zhuǎn)運(yùn)至斑塊，并且向巨噬細(xì)胞遷移，減弱動(dòng)脈粥樣硬化的斑塊大小，這可能是通過(guò)增加釋放前列腺素E2，作用于EP2和EP4受體，刺激了抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(IL)-10的釋放和炎癥因子TNF-α和IL-1β的釋放，從而發(fā)揮巨噬細(xì)胞的免疫抑制作用[13]。MSCs可減少巨噬細(xì)胞向病變的募集和改善局部巨噬細(xì)胞的吞噬功能[12]。

2.1.2 MSCs與T細(xì)胞 動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展受促炎效應(yīng)T細(xì)胞和抗炎調(diào)節(jié)T(Treg)細(xì)胞之間的平衡的影響，致動(dòng)脈粥樣硬化的主要子集是Th1型，Treg細(xì)胞為表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子Foxp3的CD4+CD25+T細(xì)胞，通過(guò)抑制IL-10和轉(zhuǎn)化因子-β(TGF-β)等抗炎因子的分泌和抑制效應(yīng)T細(xì)胞產(chǎn)生，持續(xù)抑制炎癥反應(yīng),發(fā)揮其抗動(dòng)脈粥樣硬化作用[14]。MSCs增加Treg細(xì)胞數(shù)量和增強(qiáng)Treg細(xì)胞功能。有研究者將人MSCs和純化的CD4+T細(xì)胞行直接共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，可升高FoxP3和CD25的mRNA和蛋白表達(dá)水平[15]。Melief等[16]的研究也得出同樣的結(jié)果，并認(rèn)為MSCs可通過(guò)分泌TGF-β1的直接途徑，也通過(guò)單核細(xì)胞向抗炎性型巨噬細(xì)胞分化的間接途徑，促進(jìn)Tregs的生成。此外，人類(lèi)CD4(+)淋巴細(xì)胞和MSC共培養(yǎng)物中，MSCs的Toll受體(TLR3或TLR4)的活化增強(qiáng)Treg的產(chǎn)生，而TLR3和TLR4基因沉默則消除這一效應(yīng)[17]。但是進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CD4+T細(xì)胞數(shù)量雖輕度下降，但其T分化能力則顯著受抑制[18]，這表明影響Treg細(xì)胞數(shù)量變化可能存在其他機(jī)制。有研究發(fā)現(xiàn)，給小鼠全身輸注骨髓MSCs，可通過(guò)Fas配體依賴(lài)性Fas途徑誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡，巨噬細(xì)胞隨后可攝取凋亡T細(xì)胞的碎片并釋放TGF-β，增加Treg細(xì)胞產(chǎn)生，導(dǎo)致免疫耐受[19]。因此，目前研究表明MSCs可能通過(guò)多種潛在機(jī)制上調(diào)Treg細(xì)胞，發(fā)揮免疫抑制作用，減輕動(dòng)脈粥樣硬化，但是具體機(jī)制仍需研究人員進(jìn)一步探究。

2.1.3 MSCs與樹(shù)突狀細(xì)胞 樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cells，DC)主要作為抗原提呈細(xì)胞，激活T細(xì)胞，后者可產(chǎn)生IFN-γ、TNF-α等強(qiáng)烈致動(dòng)脈粥樣硬化的炎性細(xì)胞因子，進(jìn)而產(chǎn)生持續(xù)的炎癥反應(yīng)，是早期和晚期動(dòng)脈粥樣硬化損害部位的主要成分。按階段分為未成熟樹(shù)突狀細(xì)胞(immature dendritic cells，iDC)階段、完全成熟樹(shù)突狀細(xì)胞階段，和處于兩者之間的半成熟樹(shù)突狀細(xì)胞階段，iDC的成熟過(guò)程上調(diào)了CD80和CD86，進(jìn)而表現(xiàn)免疫原性[20]。研究表明iDC通過(guò)啟動(dòng)細(xì)胞凋亡和誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，抑制效應(yīng)T細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，而成熟DC則支持幼稚T細(xì)胞向致動(dòng)脈粥樣硬化的效應(yīng)細(xì)胞的分化，促進(jìn)免疫反應(yīng)[21]。簡(jiǎn)而言之，iDC起抗粥樣硬化作用，成熟DC起致粥樣硬化作用。

目前普遍認(rèn)為，MSCs可使DC數(shù)量減少，及抑制DC的分化、成熟和功能。MSCs的存在情況下，DC對(duì)誘導(dǎo)成熟信號(hào)的反應(yīng)能力受損，其機(jī)制可能通過(guò)減少促炎性細(xì)胞因子(TNF-α和IL-12)的表達(dá)，并增加抗炎細(xì)胞因子TGF-β和IL-10的表達(dá)[22]。Zhang等[23]則發(fā)現(xiàn)MSCs可以促進(jìn)DC的增殖，顯著降低其Ia、CD11c、CD80、CD86和CD40的表達(dá)，同時(shí)增加CD11b表達(dá)，使其趨于不成熟狀態(tài)[23]。有研究發(fā)現(xiàn)，慢性粒細(xì)胞白血病患者骨髓來(lái)源的MSCs可以誘導(dǎo)DC分化為不同的調(diào)節(jié)群體，與iDC類(lèi)似，顯示出強(qiáng)大的吞噬能力，誘導(dǎo)T 細(xì)胞的免疫無(wú)反應(yīng)性，通過(guò)TGF-β1誘導(dǎo)調(diào)節(jié)細(xì)胞或T 細(xì)胞的無(wú)反應(yīng)性，抑制T細(xì)胞的增殖[24]。Aldinucci等[25]研究則顯示小鼠MSCs可通過(guò)損害Toll樣受體-4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而誘導(dǎo)DC活化，阻礙抗原呈遞，抑制細(xì)胞因子分泌，阻止了骨髓來(lái)源DC的成熟。有研究提出MSCs通過(guò)干擾細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)形成來(lái)調(diào)節(jié)DC功能，不能與T細(xì)胞發(fā)生有效的免疫突觸，進(jìn)而抑制免疫反應(yīng)[26]。

2.2 MSCs與脂代謝 在正常脂代謝過(guò)程中，大部分血漿低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)由LDL受體介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑降解，其余主要由網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的清道夫受體(scavenger receptor，SR)途徑及周?chē)M織非受體介導(dǎo)途徑清除。研究表明，巨噬細(xì)胞表面的SR攝入oxLDL-C，形成泡沫細(xì)胞，是動(dòng)脈粥樣硬化的限速步驟。MSCs可通過(guò)影響巨噬細(xì)胞進(jìn)而影響血脂代謝。研究人員將MSCs移植到LDL受體敲除小鼠體內(nèi)，可誘導(dǎo)動(dòng)脈粥樣硬化，發(fā)現(xiàn)血清極低密度脂蛋白膽固醇(VLDL-C)水平降低了33%，且該影響僅在治療后4～5周出現(xiàn)，這表明MSCs的作用可能是間接的，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這可能通過(guò)抑制庫(kù)普弗細(xì)胞活化，降低硬脂酰輔酶A去飽和酶-1和脂蛋白脂肪酶的表達(dá)，影響肝臟脂肪的生成[18]。MSCs還可通過(guò)調(diào)節(jié)清道夫受體如ABCA1、CD36和SRA1的表達(dá)影響巨噬細(xì)胞中的脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，抑制泡沫細(xì)胞的形成，從而減少斑塊大小和脂質(zhì)沉積[27]。MSCs可增加抗炎因子IL-10的表達(dá)，改變巨噬細(xì)胞的脂質(zhì)代謝能力,促進(jìn)膽固醇攝取和膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)[28]。

2.3 MSCs與內(nèi)皮細(xì)胞 內(nèi)皮功能障礙被認(rèn)為是動(dòng)脈粥樣硬化的最早變化。MSCs可通過(guò)修復(fù)患病的內(nèi)皮細(xì)胞和改善內(nèi)皮功能治療動(dòng)脈粥樣硬化。體外和體內(nèi)研究表明，MSCs通過(guò)激活p38 MAPK途徑分泌IL-8，或旁分泌巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2(MIP-2)，對(duì)oxLDL處理的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用[29]。持續(xù)的內(nèi)皮細(xì)胞活化導(dǎo)致炎性疾病的機(jī)體損傷，MSCs也可保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受單核細(xì)胞黏附和內(nèi)皮細(xì)胞增殖引起的炎癥激活[30]。培養(yǎng)人羊膜MSCs發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)后的細(xì)胞具有成血管特性，但下調(diào)促血管因子、上調(diào)抗血管生成因子，阻止MSCs向成熟內(nèi)皮細(xì)胞分化，并增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的活性，穩(wěn)定內(nèi)皮網(wǎng)絡(luò)形成[31]。

3 展望

MSCs可有效預(yù)防和治療動(dòng)脈粥樣硬化。許多研究證明，MSCs可有效治療缺血性心臟病、缺血性卒中和外周動(dòng)脈疾病等動(dòng)脈粥樣硬化性疾病[32-34]。但仍存在許多爭(zhēng)論，如MSCs治療動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制尚未完全闡明；臨床MSCs移植的患者樣本少，并不能確切地得出其安全性結(jié)論；還有其移植的最少和最大細(xì)胞數(shù)量、移植效果時(shí)間、最佳注射途徑等尚無(wú)統(tǒng)一定論。雖然MSCs移植作為動(dòng)脈粥樣硬化的新方法，具有潛在的應(yīng)用前景，但仍有許多科學(xué)問(wèn)題有待進(jìn)一步探討。