間充質(zhì)干細(xì)胞治療胰腺炎的研究進(jìn)展

黃啟林 ，孫紅玉, 綜述 湯禮軍, 審校

（1.西南交通大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610031；2. 中國人民解放軍成都軍區(qū)總醫(yī)院全軍普外科中心，四川 成都610083；3. 四川省胰腺損傷與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610083）

急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）是指多種病因引起的胰酶異常激活，繼以胰腺局部炎癥反應(yīng)為主要特征，伴或不伴有其他器官功能改變的疾病，其起病急、病程長及病情重。AP復(fù)發(fā)患者還具有發(fā)展為慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）的高風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)約8%的AP患者在5年內(nèi)會(huì)發(fā)展為CP[1]。CP是一種持續(xù)性胰腺炎癥性疾病，其典型病理特征為胰腺纖維化和腺體萎縮，導(dǎo)致胰腺外分泌和內(nèi)分泌功能不全[2-3]。目前臨床上針對(duì)AP與CP的治療仍是以對(duì)癥處理為主，雖然CP患者可采取全胰切除聯(lián)合自體胰島移植（total pancreatectomy with islet autotransplantation，TP-IAT）方案進(jìn)行治療[4]，但移植后的胰島細(xì)胞存活率低[5]。

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是干細(xì)胞家族的重要成員，其不但具有自我更新及多向分化潛能[6]，還具有來源方便、低免疫原性以及免疫調(diào)節(jié)功能[7-9]，因此備受再生醫(yī)學(xué)研究者的青睞。MSCs具有廣闊的臨床應(yīng)用前景，目前MSCs移植已在一些疾病中成功開展并取得了較好療效，如移植物抗宿主病[10]、肝衰竭[11]、急性心肌梗死[12]、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[13]、肝硬化[14]等。近年來，MSCs在治療胰腺炎方面也取得了很多進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)MSCs移植胰腺炎動(dòng)物模型后，不但可歸巢到損傷區(qū)域，而且可通過抗炎、抗凋亡、促血管新生及免疫調(diào)節(jié)作用等促進(jìn)胰腺組織的修復(fù)。筆者就MSCs治療AP和CP的最新研究進(jìn)展作如下綜述。

1 MSCs的生物學(xué)特性

MSCs具有多向分化潛能。MSCs作為干細(xì)胞，其在適宜的體內(nèi)或體外環(huán)境下，可分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞[6-17]。

MSCs具有低免疫原性。MSCs表面中度表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體I（major histocompatibility complex I，MHC-I）類分子，不表達(dá)MHC-II類分子，同時(shí)不表達(dá)或極低表達(dá)共刺激分子CD40、CD80（B7-1）和CD86（B7-2）[18-20]。因此當(dāng)MSCs在活化T細(xì)胞時(shí)，由于缺乏共刺激分子傳遞的第二信號(hào)，因此不能有效激活T細(xì)胞，難以產(chǎn)生有效的排異反應(yīng)。

MSCs具有歸巢特性。當(dāng)機(jī)體組織發(fā)生損傷時(shí)，會(huì)釋放多種炎性因子與趨化因子，如基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（stromal cell derived factor 1，SDF-1）[21]、單核細(xì)胞趨化蛋白1（monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1）[22]、肝細(xì)胞生長因子（hepatocyte-growth factor，HGF）[23]、腫瘤壞死因子α（TNF-α）[24]等，當(dāng)這些因子與MSCs表面相應(yīng)受體，如基質(zhì)細(xì)胞衍生因子受體4（stromal cell derived factor receptor-4，CXCR4）、CCR-2、HGF受體、TNF-α受體等結(jié)合后，驅(qū)動(dòng)MSCs向損傷部位遷移與定植。

MSCs具有較強(qiáng)的抗炎功能。MSCs能通過多種途徑降低循環(huán)血液與損傷組織中促炎因子，如白細(xì)胞介素1（IL-1）、白細(xì)胞介素6（IL-6）、TNF-α、干擾素γ（IFN-γ）等的表達(dá)水平和增加抗炎因子如IL-10、IL-4、轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factorβ，TGF-β）等的表達(dá)水平從而有效減輕局部或（和）全身炎癥反應(yīng)[25-27]。

M S C s具有促血管新生特性。M S C s通過直接分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞或（和）分泌促進(jìn)血管新生因子，如血管內(nèi)皮長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管生成素1（angiopoietin 1，Ang-1）等促進(jìn)血管新生，從而有利于損傷組織的修復(fù)[28-30]。

MSCs還具有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)能力。大量研究表明MSCs可通過分泌多種細(xì)胞因子，如前列腺素2（PGE2）、吲哚胺2，3-雙加氧酶（IDO）、TGF-β1、HGF、一氧化碳（NO）等，或外泌體調(diào)節(jié)多種免疫細(xì)胞的增殖分化，如T淋巴細(xì)胞[9]、B淋巴細(xì)胞[31]、樹突狀細(xì)胞[32]、自然殺傷細(xì)[33]、巨噬細(xì)胞[34]等。

2 MSCs與AP

2.1 MSCs向損傷部位遷移與定植的特性

MSCs在AP中有向損傷部位遷移與定植的特性。如Jung等[35]將熒光染料CM-DiI標(biāo)記的人源性骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow-derived clonal MSCs，BMSCs）通過尾靜脈輸注到輕型急性胰腺炎（mild acute pancreatitis，MAP）與重癥急性胰腺炎（severe acute pancreatitis，SAP）組及正常對(duì)照組大鼠體內(nèi)，與正常對(duì)照組相比，MAP組與SAP組大鼠的胰腺組織檢測到更多CM-DiI標(biāo)記的BMSCs，且SAP組檢測到CM-DiI標(biāo)記的BMSCs多于MAP組，此外還發(fā)現(xiàn)輸注后的BMSCs主要定植在胰腺，而肺與肝臟中BMSCs的定植相對(duì)較少。后來，大量研究[36-39]也都證實(shí)體外輸注的MSCs有向損傷的胰腺組織遷移與定植的特性。但關(guān)于AP動(dòng)物模型中輸注的MSCs主要向損傷胰腺遷移與定植而較少在肺與肝等器官定植這一觀點(diǎn)存在爭議。如He等[40]研究發(fā)現(xiàn)BMSCs通過尾靜脈輸注到SAP小鼠體內(nèi)72 h后，輸注的BMSCs主要定植在肺與肝臟，而胰腺部位僅檢測到極少量的BMSCs。關(guān)于這種不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因還不得而知，或許是因?yàn)椴煌瑢?shí)驗(yàn)室使用的MSCs生物活性不同或?qū)嶒?yàn)動(dòng)物不同（前者用的是大鼠，而后者用的是小鼠）或其他原因。

目前關(guān)于MSCs向損傷部位遷移與定植機(jī)制的研究還較少。在一項(xiàng)AP動(dòng)物模型的研究中，發(fā)現(xiàn)SDF-1/CXCR4軸在調(diào)節(jié)BMSCs向損傷的胰腺部位遷移與定植的過程中發(fā)揮重要作用[41]。但SDF-1/CXCR4軸是否也參與調(diào)節(jié)其他類型MSCs向胰腺損傷部位遷移還有待進(jìn)一步研究。

2.2 MSCs抗炎作用

大量研究表明MSCs能有效減輕AP局部與全身炎癥反應(yīng)。如Jung等[35]首次證實(shí)BMSCs能有效減輕 MAP與SAP大鼠炎癥反應(yīng)與組織損傷。MSCs輸注后能顯著降低AP動(dòng)物模型血清與胰腺組織中促炎因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、IFN-γ）的表達(dá)水平，增加血清與胰腺組織中抗炎因子（IL-4、IL-10、TGF-β）的表達(dá)水平[36-44]。此外，筆者前期工作也證實(shí)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（umbilical cord-derived MSCs，UCMSCs）能有效減輕SAP大鼠胰腺損傷與炎癥程度[45]。關(guān)于MSCs減輕AP炎癥的機(jī)制也進(jìn)行了相關(guān)研究。如He等[40]研究表明BMSCs能通過分泌腫瘤壞死因子α刺激蛋白6（tumor necrosis factor-α-stimulated gene/induced protein 6，TSG-6）顯著抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（nucleotide binding oligo merization domain like receptor protein 3，N L R P 3）炎性體活性與核因子κ B（n u c l e a r factor-kappa B，NF-κB）信號(hào)通路來減輕SAP炎癥程度與組織損傷。Qian等[42]研究發(fā)現(xiàn)BMSCs能產(chǎn)生microRNA-9作用于NF-κB1/p50基因并抑制NF-κB信號(hào)通路（p-P65↓、NF-κB1/p50↓、IκBα↑、IκBβ↑）減輕AP胰腺組織損傷程度，減輕局部或全身炎癥反應(yīng)。雖然以上眾多研究都已證實(shí)MSCs能降低循環(huán)血液與胰腺、肺等器官中促炎因子表達(dá)水平，增加抗炎因子表達(dá)水平，但是關(guān)于MSCs減輕AP炎癥機(jī)制的了解依舊甚少，因此還需進(jìn)一步探討其作用機(jī)制。

2.3 MSCs對(duì)腺泡細(xì)胞保護(hù)作用

胰腺腺泡細(xì)胞損傷或壞死在AP發(fā)生發(fā)展中起十分重要作用，因此減少腺泡細(xì)胞損傷或壞死或許能減AP炎癥。研究發(fā)現(xiàn)MSCs能有效減少AP中腺泡細(xì)胞的損傷與壞死。如Meng等[46]發(fā)現(xiàn)UCMSCs在SAP中能減少胰腺腺泡細(xì)胞的凋亡與壞死，維持其結(jié)構(gòu)與功能的完整性。Kawakubo等[44]發(fā)現(xiàn)人羊膜MSCs（human amnion-derived MSCs，hAMSCs）能減少牛蛙素誘導(dǎo)的腺泡細(xì)胞損傷或壞死。Jung等[35]發(fā)現(xiàn)BMSCs也能減少AP大鼠腺泡細(xì)胞的凋亡。Tu等[47]為證實(shí)MSCs對(duì)腺泡細(xì)胞有保護(hù)作用，將腺泡細(xì)胞與BMSCs在體外進(jìn)行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)BMSCs能提高牛黃膽酸鈉誘導(dǎo)后腺泡細(xì)胞的存活率，降低淀粉酶分泌率與乳酸脫氫酶泄露率。以上研究證實(shí)MSCs確實(shí)能降低AP中腺泡細(xì)胞凋亡與壞死，但關(guān)于MSCs減少腺泡細(xì)胞凋亡與壞死的機(jī)制還缺乏相關(guān)研究。

2.4 MSCs促血管新生

MSCs在AP中能促進(jìn)損傷胰腺血管新生。Qian等[48]研究發(fā)現(xiàn)BMSCs 通過SDF-1α/CXCR4軸在SAP中促進(jìn)血管新生（VEGF↑、ANG-1↑、HGF↑、TGF-β↑、CD31↑）來促進(jìn)損傷胰腺組織修復(fù)。促進(jìn)損傷胰腺血管新生，能夠有效改善胰腺血液循環(huán)，加速修復(fù)，因此增強(qiáng)MSCs的促血管新生能力，或許能更有效修復(fù)損傷胰腺。

2.5 MSCs分化為腺泡樣細(xì)胞

有研究發(fā)現(xiàn)MSCs在AP中可分化為胰腺腺泡樣細(xì)胞。如Qu等[39]將熒光染料PKH26標(biāo)記的BMSCs輸注到AP大鼠體內(nèi)，在胰腺部位發(fā)現(xiàn)PKH26標(biāo)記BMSCs表面表達(dá)胰腺腺泡細(xì)胞表面分子標(biāo)記（如Pax-4、Ngn3、Nkx-6）。

2.6 MSCs免疫調(diào)節(jié)作用

研究表明大量免疫細(xì)胞也參與胰腺炎的發(fā)生發(fā)展，如巨噬細(xì)胞[49]、樹突狀細(xì)胞[50]、肥大細(xì)胞[51]、T細(xì)胞[52]等。MSCs對(duì)免疫細(xì)胞增殖分化有調(diào)節(jié)作用，如研究發(fā)現(xiàn)MSCs輸注后能減少AP胰腺組織中CD3+T細(xì)胞數(shù)，增加Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞數(shù)量[35-36]。但關(guān)于MSCs在AP中對(duì)巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞的調(diào)節(jié)還缺少相關(guān)研究。

2.7 MSCs對(duì)胰腺外器官的保護(hù)作用

MSCs在AP中對(duì)胰腺外器官也有保護(hù)作用。研究表明MSCs移植能減輕AP相關(guān)腸損傷，MSCs移植后水通道蛋白1（aquaporin 1，AQP-1）表達(dá)上調(diào)，減少小腸毛細(xì)血管內(nèi)皮屏障損傷，降低腸道黏膜通透性，促進(jìn)損傷內(nèi)皮修復(fù)[53-54]。筆者前期研究也發(fā)現(xiàn)UCMSCs移植后增加了腸角質(zhì)細(xì)胞生長因子（keratinocyte growth factor，KGF）的表達(dá)，改善腸屏障功能（d-乳酸、內(nèi)毒素和細(xì)菌易位減少，緊密連接蛋白o(hù)ccludin、ZO-1表達(dá)增加）[45]。此外，也有研究[55-56]證實(shí)MSCs移植能減輕AP所致的肺損傷。如Wang等[56]發(fā)現(xiàn)BMSCs能過降低TNF-α與P物質(zhì)減輕AP相關(guān)肺損傷。Chen等[57]證實(shí)MSCs能通過改善腎間質(zhì)毛細(xì)血管內(nèi)皮屏障功能和上調(diào)AQP1的表達(dá)來減輕AP相關(guān)腎損傷。

3 MSCs與CP

復(fù)發(fā)性或持續(xù)性AP可發(fā)展成CP，且CP與胰腺癌的發(fā)生有一定關(guān)聯(lián)[58-59]，因此要積極控制胰腺炎癥。研究[60-61]發(fā)現(xiàn)胰腺星狀細(xì)胞（pancreatic stellate cells，PSCs）在CP纖維化和炎癥進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。PSCs在正常情況下處于“靜止?fàn)顟B(tài)”，當(dāng)胰腺受到損傷處于炎癥狀態(tài)時(shí)，PSCs可演變成一種成纖維樣細(xì)胞，活化的PSCs加重胰腺炎癥反應(yīng)與纖維化[62]。

Kawakubo等[44]發(fā)現(xiàn)hAMSCs能抑制PSCs產(chǎn)生單核細(xì)胞趨化蛋白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）和IL-8。而另一項(xiàng)研究表明抑制PSCs產(chǎn)生MCP-1能降低胰腺纖維化程度[63]。一項(xiàng)研究[64]表明將熒光染料CFSE 標(biāo)記的UCMSCs輸注到CP大鼠體內(nèi)，在胰腺部位檢測到CFSE 標(biāo)記的UCMSCs，UCMSCs治療組胰腺組織學(xué)評(píng)分及纖維化程度均低于對(duì)照組，同時(shí)也抑制了PSCs的活性。此外，Sun等[65]發(fā)現(xiàn)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（adipose derived MSCs，ADMSCs）在CP小鼠中，能減輕炎癥、胰腺纖維化程度，并能分化為腺泡樣細(xì)胞。

全胰切除聯(lián)合自體胰島移植（TP-IAT）是目前治療復(fù)發(fā)性AP伴腹痛的CP且接受規(guī)范化內(nèi)科、內(nèi)鏡或常規(guī)手術(shù)治療無效者的一種有效方法[66]，但移植后的胰島細(xì)胞存活率低。Song等[67]在進(jìn)行ADMSCs聯(lián)合胰島移植實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)ADMSCs能通過上調(diào)胰島素樣生長因子1（insulin like growth factor 1，IGF-1）的表達(dá)量改善胰島細(xì)胞存活率與功能。后來，Wang等[68]在CP患者中進(jìn)行全胰切除術(shù)后的自體BMSCs聯(lián)合胰島移植，在BMSCs輸注后沒有發(fā)生與其直接相關(guān)的不良事件。與對(duì)照組相比，BMSCs輸注后的患者對(duì)胰島素的需求量降低，12個(gè)月后的空腹血糖相對(duì)降低，生活質(zhì)量得到更好改善。這初步證明自體MSCs聯(lián)合胰島移植可能是一種安全、有效改善移植胰島功能的策略。

4 問題與展望

盡管大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)MSCs在治療胰腺炎時(shí)的有效性與安全性，然而MSCs的臨床應(yīng)用卻依舊受到諸多問題的阻礙。如來源與培養(yǎng)方式的不同可能導(dǎo)致MSCs質(zhì)量與療效的不同，這是由于MSCs作為一種活細(xì)胞，其生物活性的強(qiáng)弱直接影響治療效果。關(guān)于MSCs輸注劑量與時(shí)間，目前尚無統(tǒng)一的定論。但Yang等[69]發(fā)現(xiàn)UCMSCs治療大鼠SAP具有時(shí)間依賴性和劑量依賴性，他們認(rèn)為在SAP發(fā)生后越早輸入U(xiǎn)CMSCs治療效果越好，且適當(dāng)?shù)拇髣┝枯斎肽苋〉酶茂熜?。此外，關(guān)于MSCs治療胰腺炎時(shí)MSCs在胰腺炎動(dòng)物模型體內(nèi)存活時(shí)間等還缺少系統(tǒng)研究。因?yàn)镸SCs要發(fā)揮治療作用，其必須要能在體內(nèi)存活以分泌活性因子或通過直接接觸發(fā)揮作用。

在治療胰腺炎的種子細(xì)胞選擇方面，目前大都聚焦在BMSCs與UCMSCs上，而對(duì)胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞（placental MSCs，PMSCs）與胰腺炎的研究較少[70-71]。大量研究表明PMSCs也具有抗炎與免疫調(diào)節(jié)等MSCs具有的特性，并且表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。如PMSCs相對(duì)BMSCs更易大量獲取，因?yàn)镻MSCs取自分娩后胎盤，其獲取過程不會(huì)給捐贈(zèng)者帶來不適，且胎盤MSCs含量遠(yuǎn)多于骨髓。一項(xiàng)通過提取來自同一捐贈(zèng)者PMSCs和UCMSCs的研究，發(fā)現(xiàn)PMSCs比UCMSCs表現(xiàn)出更強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)能力[72]。

總之，MSCs移植能有效減輕胰腺炎的炎癥程度與組織損傷，因此MSCs有望成為治療胰腺炎的新策略。但其作用機(jī)制尚不完全清楚，仍需要大量研究來進(jìn)一步探究其作用機(jī)制，以推進(jìn)MSCs能夠早日進(jìn)入胰腺炎的臨床治療。