間充質(zhì)干細胞治療哮喘的作用機制

王 濤，汪 俊

1南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)部，南昌 330006 2江西省人民醫(yī)院(南昌醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院)，南昌 330006

哮喘是全球范圍內(nèi)常見的氣道異質(zhì)性炎癥性疾病，涉及多種細胞(包括嗜酸性粒細胞、巨噬細胞、中性粒細胞等)參與。這些細胞釋放的炎癥因子會促進氣道黏液分泌增加和杯狀細胞化生。此外，上皮細胞的損傷和支氣管平滑肌細胞的增殖會導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性和氣道重塑的發(fā)生。哮喘的臨床特征主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的喘息、呼吸短促、伴或不伴胸悶和咳嗽等癥狀，常表現(xiàn)為可變性呼氣氣流受限。癥狀和氣流受限的強度隨時間呈特征性改變[1-2]。目前全球患哮喘人數(shù)將近3億，隨著患病率的上升，3年后患病人數(shù)預(yù)計將增加1億[3]。我國20歲及以上人群哮喘患病率4.2%，患病人數(shù)達到4570萬[4]。

哮喘的臨床及炎癥異質(zhì)性使其控制性差并難以確定適合特定患者的治療方案。哮喘患者在癥狀、氣道功能、氣道重塑、氣道超敏反應(yīng)、炎癥嚴(yán)重程度和類型以及藥物反應(yīng)方面存在差異。許多哮喘患者對β2激動劑以及吸入性皮質(zhì)類固醇治療反應(yīng)良好。此外，白三烯、膽堿能拮抗藥物可用于抑制嚴(yán)重哮喘。但這些治療只緩解癥狀，而未對發(fā)病的免疫因素進行調(diào)節(jié)[5]。間充質(zhì)干細胞 (mesenchymal stem cell，MSC)是一種來源于多個組織的成體干細胞，具有多向分化潛能。近年來，國內(nèi)外已有多種免疫性疾病在應(yīng)用MSC治療后取得良好效果，比如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、移植物抗宿主病、干燥綜合征、硬皮病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和糖尿病并發(fā)癥等[6-7]。MSC減輕哮喘癥狀的機制包括免疫調(diào)節(jié)、抑制炎癥、改善氣道重塑。本文就 MSC 在哮喘治療方面的作用機制研究進展進行綜述。

哮喘的發(fā)病機制

支氣管哮喘是多種細胞和細胞成分參與的慢性氣道炎癥性疾病，主要包括氣道高反應(yīng)性、氣道重塑及黏液過量分泌等，其具體發(fā)病機制尚未明確。

哮喘目前較為廣泛認同的發(fā)病機制：人樹突狀細胞(dendritic cell，DC)捕獲空氣過敏原，并誘導(dǎo)效應(yīng) Th2 細胞促進漿細胞分泌IgE，該IgE與在嗜堿性粒細胞和肥大細胞上表達的IgEFc受體 (Fc εRI)結(jié)合。再次接觸過敏原會導(dǎo)致 Fc ε RI交聯(lián)，導(dǎo)致激活的肥大細胞和嗜堿性粒細胞大量釋放組胺、前列腺素和白三烯，從而誘導(dǎo)氣道平滑肌細胞收縮和氣流阻塞。此外，活化的肥大細胞和嗜堿性粒細胞會釋放炎性細胞因子和趨化因子，使循環(huán)中的嗜酸性粒細胞、中性粒細胞和 CD4+Th2 細胞大量積聚在發(fā)炎的氣道中。CD4+Th2分別以白細胞介素(interleukin，IL)-5、IL-13依賴性方式促進嗜酸性粒細胞的活化和誘導(dǎo)杯狀細胞化生。從活化的嗜酸性粒細胞和中性粒細胞釋放的細胞因子和基質(zhì)降解酶通過對上皮層造成損傷，促進支氣管收縮和細胞外基質(zhì)的沉積，為氣道高反應(yīng)性和氣道重塑奠定基礎(chǔ)[8-10]。

MSC的主要種類及特點

MSC是具有自我更新能力的多能非造血干細胞，由Caplan[11]在20世紀(jì)80年代首次命名。它們已被識別并從各種人體組織中分離出來，包括脂肪組織、骨髓、臍帶血、羊水、羊膜、牙髓、子宮內(nèi)膜、外周血、唾液腺和滑液等。國際細胞治療學(xué)會已經(jīng)提出了其定義的最小標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)共識，MSC應(yīng)：(1)僅表達非特異性表面標(biāo)志CD29、CD71、CD73、CD90、CD105、CD271，缺乏CD14、CD34、CD45、CD11b和CD19等造血細胞表面標(biāo)志；(2)具有塑料黏附特性；(3)具有體外分化成中胚層譜系細胞的能力，包括成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞[12-14]。如今，從脂肪組織、骨髓、臍帶沃頓膠收獲的MSC代表了最廣泛描述的MSC亞群[15]。MSC 還具有低免疫原性[16]。由于MSC上主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類分子、Fas配體(FasL)和T細胞共刺激分子低水平表達，因此MSC更容易逃避免疫系統(tǒng)的免疫排斥[17-18]。各MSC類型如表1所示。

表1 間充質(zhì)干細胞的種類及生物學(xué)特性Table 1 Types and biological characteristics of mesenchymal stem cells

MSC在哮喘中的生物學(xué)特性及作用

MSC免疫調(diào)節(jié)作用目前關(guān)于 MSC 治療哮喘的免疫調(diào)節(jié)作用，主要有以下幾種潛在機制：(1)抑制CD4+和CD8+T細胞增殖及分化[30]；(2)抑制致炎性巨噬細胞和DC成熟與分化[31]；(3)抑制嗜酸性粒細胞；(4)限制B細胞成熟和抗體產(chǎn)生[32]。

MSC對DC的免疫調(diào)節(jié)DC在哮喘的發(fā)病早期發(fā)揮重要作用，成熟的DC通過激活效應(yīng)T細胞(如Th1和Th17細胞)和抑制調(diào)節(jié)性T細胞的產(chǎn)生，在驅(qū)動自身免疫方面起著至關(guān)重要的作用。未成熟的DC表達高水平的模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)。當(dāng)病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMP)以及損傷相關(guān)的分子模式(damage associated molecular patterns，DAMP)的廣泛傳入信號被PRR檢測到，會導(dǎo)致一系列細胞內(nèi)信號分子的激活，如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor，IRF)，隨后誘導(dǎo)共刺激分子的上調(diào)以及促炎細胞因子，干擾素(interferon，IFN)和趨化因子的釋放[33]。

有研究表明MSC衍生的外泌體(extracellular vesicle)能誘導(dǎo)耐受性樹突狀細胞(tolerogenic dendritic cell，tolDC)產(chǎn)生[34-36]。miR-21-5p是MSC外泌體中含量最高的miRNA之一，其轉(zhuǎn)染可導(dǎo)致DC的趨化因子受體CCR7表達減少，遷移至淋巴組織能力降低，從而阻礙自身成熟與分化[37]。該抑制作用可能與MSC保留E-鈣黏蛋白在DC上的表達有關(guān)[38-39]。

MSC也可以通過旁分泌的方式抑制早期DC的成熟與分化，前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)發(fā)揮著核心作用[40-41]。PGE2還能與巨噬細胞上的前列腺素EP2和EP4受體相互作用而減少巨噬細胞的激活，并導(dǎo)致其釋放IL-10[42]。IL-10的抗炎特性被認為是MSC介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因素。其功能與以下方面相關(guān)：下調(diào)Th2和Th17衍生的細胞因子，調(diào)節(jié)共刺激分子在DC上的表達，從而誘導(dǎo)其耐受表型，阻斷NF-κB信號傳導(dǎo)，抑制炎癥發(fā)展等[43]。

MSC還能旁分泌肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)，并通過磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)途徑誘導(dǎo)成熟的DC(mDC)分化成tolDC。HGF增加了PD-L1在DC上的表達，介導(dǎo)了調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory cell，Treg)產(chǎn)生。HGF還可以減少淋巴細胞增殖和IL-12分泌，增加抗炎因子TGF-β和IL-10的產(chǎn)生[44]。此外，MSC還可以旁分泌半乳糖凝集素3(galectin-3，Gal-3)、腫瘤壞死因子α刺激基因-6(tumor necrosis factor α stimulated gene 6，TSG-6)，降低共刺激分子MHC Ⅱ類分子，CD80和CD86的表達并干擾DC的抗原呈遞能力，從而誘導(dǎo)耐受表型[45-46]。

MSC也能以直接接觸的方式抑制DC功能。Alidinucci等[47]發(fā)現(xiàn)，MSC可與DC直接接觸改變其細胞骨架組織，使DC激活過程受到阻礙，從而無法有效激活T細胞。可見，MSC可以通過多種作用方式和作用途徑誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性DC的產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)抗炎細胞的形成和抗炎因子的表達。因此MSC抑制DC分化與成熟可能是減輕哮喘炎癥的可行策略。

抑制 DC成熟或誘導(dǎo)其耐受可下調(diào)共刺激分子和促炎細胞因子的表達，上調(diào)抑制分子(PDL1、CD95L、IDO)和抗炎細胞因子(TGF-β、IL-10)的表達[33]。由于MHC分子、共刺激分子和Th1/Th2極化信號的缺失或低表達，未成熟DC會促使初始T細胞中的Treg發(fā)育。未成熟DC通過分泌一氧化氮(NO)調(diào)節(jié)IL-2信號通路的多個成員(如Jak3和Jak1激酶)來抑制T細胞增殖。未成熟DC旁分泌PGE2上調(diào)吲哚胺2，3-雙加氧酶(IDO)在DC中的表達和內(nèi)源性IL-10的產(chǎn)生，從而抑制T細胞增殖[48-49]。此外，PGE2也能通過調(diào)節(jié)IL-2的產(chǎn)生和IL-2R(CD25)在DC上的表達來抑制T細胞的增殖[50]。然而有其他研究表明，PGE2介導(dǎo)的EP2/EP4→cAMP→IRF1途徑抑制IL-27的產(chǎn)生從而下調(diào)IL-12、上調(diào)IL-23的表達，增強DC誘導(dǎo)Th2/Th17細胞的能力[51]。Th2/Th17細胞在哮喘發(fā)展中處于重要地位，這些研究表明PEG2不完全是抗炎的，它還具有引起炎癥的能力。

MSC影響T細胞作用T淋巴細胞的免疫應(yīng)答對哮喘的發(fā)生至關(guān)重要。MSC除了通過與DC的相互作用影響T細胞的增殖、分化、遷移，其本身也能通過直接接觸或旁分泌的方式影響T細胞的生理活動。

抑制T細胞增殖：哮喘發(fā)生時，T細胞異常增殖會引起炎癥介質(zhì)釋放的級聯(lián)反應(yīng)，因此抑制T細胞是MSC抑制哮喘癥狀的有效方式。MSC可直接分泌可溶性因子(包括 IDO、NO、HO-1)誘導(dǎo)T細胞凋亡或細胞周期停滯。IDO 可將色氨酸降解為犬尿氨酸和有毒代謝物(喹啉酸和 3-羥基鄰氨基苯甲酸)，從而抑制 T 細胞的增殖或誘導(dǎo)其凋亡[52-53]。而NO抑制 T 細胞中轉(zhuǎn)錄激活因子的磷酸化，從而抑制細胞增殖[54-55]。血紅素加氧酶1(heme oxygenase 1，HO-1)的上調(diào)也有助于 MSC 誘導(dǎo)的 T 細胞抑制。細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK) 的磷酸化參與了細胞增殖，HO-1/CO 通過抑制 MAPK/ERK 激酶通路抑制 T 細胞增殖[56-58]。

改善Th1/Th2平衡：Th1/Th2 失衡引起的 Th2 優(yōu)勢是嗜酸性哮喘發(fā)病機制中的主要免疫學(xué)機制[59]。Th1分泌的細胞因子(IL-2和IFN-γ)可抑制Th2分化、巨噬細胞和中性粒細胞的募集和激活。然而，Th2分泌的細胞因子(如IL-4、IL-5 和 IL-13)可引起炎癥細胞的增加和募集[60]。上調(diào)Th1細胞表型被認為能夠保護機體免受過敏炎癥反應(yīng)的侵害。

研究發(fā)現(xiàn)MSC通過影響特異性CD4T淋巴細胞的分化來促進Th1細胞表型的表達，抑制Th2細胞介導(dǎo)的變應(yīng)性氣道炎癥，使氣道炎癥反應(yīng)明顯減輕[61-63]。在Th2主導(dǎo)的炎性環(huán)境中，IL-4和/或IL-13激活MSC中的信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白6(signal transducer and activator of transcription 6，STAT6)，會導(dǎo)致TGF-β的產(chǎn)生增加，從而抑制肺部正在進行的 Th2細胞驅(qū)動的炎癥。Shin等[64]發(fā)現(xiàn)，對屋塵螨/柴油廢氣顆粒物誘導(dǎo)的哮喘小鼠應(yīng)用hUC-MSC，直接下調(diào)了哮喘小鼠 Th2 細胞和2型先天淋巴細胞的IL-5和IL-13的產(chǎn)生以改善哮喘。綜上，MSC主要通過抑制Th2細胞表型及其促炎因子改善Th1/Th2平衡。

改善Th17/Tregs平衡：Th17 和調(diào)節(jié)性 T 細胞 (Treg) 之間的不平衡是介導(dǎo)中性粒細胞向肺部募集并參與氣道炎癥的重要機制[65]。Th17 細胞通過分泌炎癥因子誘導(dǎo)哮喘，其主要分泌的IL-17可加重哮喘小鼠模型的氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性，IL-17分泌增加會抑制IL-10的產(chǎn)生。同時，IL-8的大量分泌誘導(dǎo)中性粒細胞遷移至氣道并釋放炎癥介質(zhì)，從而加重氣道炎癥[66-68]。Treg細胞可以通過細胞毒性T淋巴細胞抗原-4及其配體B7相互作用或促進IL-10和TGF-β的產(chǎn)生來誘導(dǎo)DC的IDO表達[33，69]。Treg細胞還表達高水平的CD25(IL-2Ra)，并且被認為與免疫效應(yīng)細胞競爭IL-2，從而改善炎癥環(huán)境[70]。因此，下調(diào)Th17/Treg被認為能夠促進機體免疫耐受，從而抑制炎癥的持續(xù)發(fā)展。

據(jù)研究，Th17/Treg失衡可能由叉頭狀/翅膀狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子P3(Foxp3)/維甲酸相關(guān)孤兒核受體γt(retinoic acid receptor-related orphan nuclear receptorγt，RORγt)改變所介導(dǎo)。hPMSC可能通過表面的CC54與Th17細胞上的CDR6相互黏附，并通過PGE2誘導(dǎo)FOXP3位點啟動子激活，促使IL-10產(chǎn)生和組蛋白H3K4me3三甲基化，隨后抑制RAR相關(guān)孤兒受體C(RORC)。因此，Th17細胞失去其免疫激活特性并獲得抑制(調(diào)節(jié))功能，以增加Treg細胞量來改善哮喘中的炎癥[67，71]。與IL-10形成鮮明對比的是，IL-35代表了屬于IL-12家族的相對較新的細胞因子[72]。IL-35的免疫調(diào)節(jié)特性也與Treg的選擇性擴增和Th17免疫應(yīng)答的降低有關(guān)。此外，MSC衍生的IL-35促進B細胞轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生IL-10的調(diào)節(jié)性B細胞(Breg)[72-73]。由此可見，MSC的抗炎因子對調(diào)節(jié)性免疫細胞存在促進作用，這進一步表明MSC對哮喘的治療價值。

MSC外泌體miR-1470可以上調(diào)細胞周期蛋白激酶抑制基因p27kip1表達，使哮喘小鼠Foxp3+Treg免疫抑制活性提高[74]。MSC還能通過程序性細胞死亡配體1(PD-L1，也稱為B7-H1)和程序性細胞死亡配體2(PD-L2，也稱為B7-DC)更高的表達誘導(dǎo)Treg細胞的發(fā)生從而抑制T細胞反應(yīng)[75-76]。PD-L1/PD-1相互作用還被證明可以下調(diào)Th17細胞活性并減少幼稚的CD4+T細胞分化到Th1和Th17細胞。抑制Th17細胞的作用似乎由IL-25/STAT3/PD-L1軸調(diào)節(jié)[77]。研究發(fā)現(xiàn)PD-1受體及PD-L1相互作用對促進誘導(dǎo)Treg細胞以及抑制Th17細胞至關(guān)重要。因此，MSC可成為降低過敏性哮喘氣道高反應(yīng)性和氣道炎癥有利治療靶點。

MSC調(diào)節(jié)巨噬細胞極化或活化巨噬細胞可極化為M1 或 M2 表型，并參與炎癥的發(fā)生和消退，這與哮喘的發(fā)展密切相關(guān)。M1型巨噬細胞分泌的促炎因子可加重氣道高反應(yīng)性，同時促進中性粒細胞趨化募集和釋放炎性因子，放大炎性效應(yīng)，損害肺組織。研究顯示，M1 巨噬細胞標(biāo)志物在類固醇抵抗性哮喘患者的肺泡灌洗液中大量存在，表明M1型巨噬細胞在重度哮喘的發(fā)生中起關(guān)鍵作用。與 M1 巨噬細胞不同，M2 巨噬細胞通常發(fā)揮抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。M2型巨噬細胞分泌的細胞因子 IL-4、IL-10、TGFβ可有效減輕氣道炎癥、促進肺損傷修復(fù)、改善氣道重塑[78-80]。研究還發(fā)現(xiàn)M2巨噬細胞能分泌趨化因子配體18(CCL18)和IL-10，并誘導(dǎo)Treg細胞分化，從而減輕哮喘[81]。M2巨噬細胞也可以通過分泌NO、IDO和上調(diào)表面分子PD-L2的表達來誘導(dǎo)Treg細胞分化[41]。Li等[82]證實，M2型巨噬細胞衍生的外泌體攜帶miR-370通過下調(diào)MAPK/STAT1信號通路來緩解哮喘進展。這些發(fā)現(xiàn)表明，誘導(dǎo)M2巨噬細胞可能是治療哮喘可行策略。

研究表明，MSC可以抑制M1炎癥因子的表達，增加M2抗炎因子的表達，并可通過旁分泌TGF-β所介導(dǎo)的Akt/FoxO1信號途徑將巨噬細胞從炎性M1表型極化為抗炎M2表型[83-84]。此外，MSC外泌體也有這種作用，可能與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子1(tumor necrosis factor receptor-associated factor，TRAF1)介導(dǎo)的NF-κB信號通路被抑制有關(guān)，同時TRAF1表達的抑制也能激活A(yù)KT信號途徑[79-80，85]。其他研究發(fā)現(xiàn)，MSC外泌體(miR-21、miR-98)可增加巨噬細胞中IL-10的分泌并誘導(dǎo)JAK1磷酸化和STAT3激活，而外泌體(miR-146a)可通過抑制IRF5從而減少細胞內(nèi)一氧化氮合酶產(chǎn)生，這些方式促進了M2型巨噬細胞表型[80]?？梢园l(fā)現(xiàn)，MSC也能通過外泌體及其旁分泌作用誘導(dǎo)M2抗炎表型。

還有研究表明，MSC釋放含有微量RNA的外泌體能抑制Toll樣受體信號傳導(dǎo)使巨噬細胞對攝入的線粒體脫敏，從而抑制巨噬細胞活化[86]。由于巨噬細胞參與哮喘炎癥的發(fā)生，因此對其活性的抑制能達到有效的治療作用。

MSC與B淋巴細胞MSC對抗體產(chǎn)生以及 B 淋巴細胞的增殖發(fā)揮抑制作用。MSC 衍生的 CCL2 通過使?jié){細胞中的 STAT3 失活和誘導(dǎo)配對盒基因5(paired box domain gene5，Pax5)表達抑制抗體產(chǎn)生[87]。研究發(fā)現(xiàn)，MSC 通過抑制 ERK1/2 磷酸化誘導(dǎo) B 細胞中 p38 MAPK 的激活，這有助于 G0/G1 期的細胞周期停滯。此外，IFN-γ刺激下的MSC 能夠通過PD-1/PD-L1相互作用，抑制B細胞的增殖[88-90]。有其他研究表明，MSC通過細胞間接觸、COX-2/PGE2途徑、IDO途徑促進分泌IL-10的調(diào)節(jié)性B淋巴細胞(Breg)生成，改善炎癥相關(guān)性疾病[91-92]。目前最新觀點認為，MSC在未受炎癥刺激下能促進Breg細胞，而在炎癥因子如IFN-γ刺激下會抑制B細胞增殖[90，92]。因此，了解MSC與B淋巴細胞相互作用的復(fù)雜機制有利于制定哮喘的新方案。

MSC促進上皮細胞的抗氧化與損傷修復(fù)在一項研究中，人支氣管上皮細胞系BEAS-2B在模擬氯化鈷(CoCl2)損傷的缺氧條件下被誘導(dǎo)凋亡。在與iPSC共培養(yǎng)后受損的BEAS-2B細胞中miR-21高表達，顯著降低了BEAS-2B細胞的凋亡[93]。Yao等[94]發(fā)現(xiàn) iPSC移植后與上皮細胞之間形成的隧道納米管 (tunnel nanotube，TNT)，它增強了線粒體從 iPSC向上皮細胞的轉(zhuǎn)移，促進了上皮損傷的修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)支氣管哮喘時，線粒體 Rho-GTP 酶1(Miro1)在 MSC 中會過度表達并通過促進線粒體轉(zhuǎn)移進一步增強上皮修復(fù)以改善哮喘[95-96]。MSC外泌體攜帶的miRNA可使細胞表達高水平的過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶從而減少活性氧產(chǎn)生。同時MSC外泌體也能夠改善線粒體功能從而逆轉(zhuǎn)上皮細胞氧化應(yīng)激狀態(tài)[97-98]。MSC促進上皮細胞的抗氧化與損傷修復(fù)功能在臨床治療中能有效限制哮喘的發(fā)展。

MSC改善氣道重塑的作用方式氣道重塑也是哮喘的主要特征，主要表現(xiàn)為上皮下細胞膠原沉積、氣道黏液腺增生、平滑肌數(shù)量增加、杯狀細胞增生等[99-100]。MSC通過限制杯狀細胞增生、上皮下平滑肌增生和抑制膠原沉積來減弱氣道重塑[62，101-103]

抑制嗜酸性粒細胞數(shù)量和細胞外膠原沉積：目前認為慢性嗜酸粒細胞性炎癥與氣道重塑的發(fā)生密切相關(guān)[104]。嗜酸性粒細胞可以增強氣道平滑肌細胞中TGF-β1基因表達，并通過增加哮喘中細胞外基質(zhì)蛋白的產(chǎn)生來促進平滑肌細胞的增殖[105]。來自哮喘患者血液的嗜酸性粒細胞衍生的外泌體可通過減少 JAK/STAT、PI3/AKT 信號傳導(dǎo)損害上皮修復(fù)功能。此外，嗜酸性粒細胞衍生的外泌體增加支氣管平滑肌中VEGF-A和CCR3的表達誘導(dǎo)ERK1/2磷酸化，從而導(dǎo)致支氣管平滑肌異常增殖及支氣管重塑[106]。因此了解嗜酸性粒細胞相關(guān)的作用機制有助于發(fā)現(xiàn)改善氣道重塑的潛在靶點。

Dai等[107]發(fā)現(xiàn)脂肪MSC治療后小鼠的支氣管肺泡灌洗液(broncho-alveolar lavage fluid，BALF) 中嗜酸性粒細胞數(shù)量顯著下降。Marias-Pardo等[62]發(fā)現(xiàn)在哮喘模型中施用 MSC 時可以降低 α-平滑肌肌動蛋白 (α-smooth muscle actin，α-SMA) 水平和細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM) 沉積來減少組織重塑。Goldstein等[108]進一步證明，人類 BM-MSC能抑制哮喘小鼠ECM沉積來減少氣道重塑，特別是通過抑制膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ和透明質(zhì)酸的產(chǎn)生。這些實驗進一步證實了MSC應(yīng)用于哮喘的潛在價值。

作用于TGF-β/Smad信號通路和Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路：TGF-β是一種促纖維化細胞因子，TGF-β/Smad信號通路的激活在氣道重塑的發(fā)展過程中發(fā)揮了核心作用，是哮喘的潛在治療靶點[109]。TGFβ1能下調(diào)支氣管上皮細胞E-鈣黏蛋白表達水平，并誘導(dǎo)成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉(zhuǎn)變，促進α-SMA的表達，從而誘導(dǎo)支氣管上皮細胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變(epithelial mesenchymal transition，EMT)[2，-110]。肌成纖維細胞通常與癌細胞增殖密切相關(guān)，靶向成纖維細胞已被認為是癌癥治療中一種有前途的策略。

MSC分泌的錫鈣素-1(stanniocalcin-1，STC1)、HGF通過減少成纖維細胞分泌膠原，抑制內(nèi)皮細胞和巨噬細胞所介導(dǎo)的TGF-β/Smad信號通路從而發(fā)揮抗纖維化作用[111-114]。Halim等[115]在一項研究中發(fā)現(xiàn)MSC表達血管生成素-1導(dǎo)致促炎基因(IL-4和TGF-β)的降低。值得注意的是，MSC對外源性TGF-β表現(xiàn)為拮抗作用，而對其內(nèi)源性的產(chǎn)生所介導(dǎo)是抗炎作用。

Wnt/β-連環(huán)蛋白通路是由配體蛋白Wnt和膜蛋白受體結(jié)合觸發(fā)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，它參與調(diào)節(jié)慢性哮喘氣道重塑的發(fā)展[116]。Song等[117]發(fā)現(xiàn)MSC衍生的外泌體可通過抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路，減少哮喘大鼠肺部氣道上皮的氣道重塑和EMT。研究還發(fā)現(xiàn)脂肪MSC衍生的外泌體miR-301a-3p可以顯著抑制STAT3介導(dǎo)的ASMC(氣道平滑肌細胞)的增殖和遷移，并減少炎癥因子的分泌[118]。這些發(fā)現(xiàn)表明MSC改善哮喘重塑的信號通路存在多樣性，為限制哮喘復(fù)發(fā)的治療思路提供方向。

產(chǎn)生IL-1ra抑制氣道重塑：屋塵螨與肺上皮細胞上Toll 樣受體4(toll-like receptors4，TLR4)結(jié)合可以誘導(dǎo)IL-1α的快速釋放，IL-1α在自分泌回路中擴增自身并促進另一種高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein 1，HMGB1)的釋放，以及上調(diào)IL-25和IL-33的下游生產(chǎn)，兩者都是促Th2誘導(dǎo)的細胞因子。HMGB1是一種在各種細胞類型中表達的基本損傷相關(guān)模式分子。HMGB1通過與氣道上皮結(jié)構(gòu)域受體的作用，誘導(dǎo)MAPK和NF-κB的激活。從而增加細胞自噬活性，并促進膠原蛋白沉積和氣道纖維化。MSC通過產(chǎn)生IL1Ra來減弱屋塵螨誘導(dǎo)的氣道上皮激活。該抗炎介質(zhì)破壞了IL-1α自分泌環(huán)和下游細胞因子(即HMGB1和IL-25)的擴增[119-120]?？梢?，促炎介質(zhì)IL-1α是MSC改善氣道重塑的作用靶點。

MSC抑制黏液分泌的作用途徑過敏性氣道黏液分泌增加是杯狀細胞增生和化生的結(jié)果[5]。Li等[121]在給哮喘大鼠的肺移植人胎盤MSC后觀察到 Notch-1、Notch-2 和 jagged-1表達減少，Notch-3、Notch-4 和 delta 樣配體4表達增加。這些變化可能與杯狀細胞增生和黏液產(chǎn)生的減少有關(guān)，表明 MSC 通過調(diào)節(jié) Notch 信號通路抑制哮喘癥狀。另一項研究中發(fā)現(xiàn)脂肪MSC也可以使炎癥氣道杯狀細胞數(shù)量減少[107]。不同來源的MSC抑制杯狀細胞的作用機制似乎存在聯(lián)系，這需要額外的研究。

展 望

隨著未來幾年對MSC機制的深入了解，將有助于在臨床試驗中增強MSC對哮喘的治療效果，降低重癥難治性哮喘的發(fā)病率和死亡率。與胚胎干細胞相比，MSC來源更加豐富，是一種很好的干細胞治療細胞。目前已有許多關(guān)于 MSC 治療哮喘的動物模型的研究，哮喘的治療作用已經(jīng)在動物模型上得到驗證，參與了哮喘的免疫失衡、氣道炎癥、氣道結(jié)構(gòu)改變等特征性發(fā)病機制，雖然鮮有將MSC用于治療哮喘患者的臨床試驗，但 MSC 治療的安全性與有效性已在其他免疫相關(guān)性疾病的治療中得到證實，因此可以預(yù)期，MSC 在哮喘的治療中有著廣闊的應(yīng)用前景。