間充質(zhì)干細(xì)胞治療嚴(yán)重燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷研究進(jìn)展

林卉 龐榮清

中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九二〇醫(yī)院干細(xì)胞與免疫細(xì)胞生物醫(yī)藥技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室、云南省細(xì)胞治療技術(shù)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、昆明市干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室（昆明 650032）

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)，全世界每年有近30萬人死于燙傷[1]。燙傷是最具破壞性的損傷之一，不僅可以直接造成局部的皮膚組織壞死，而且可以引發(fā)全身炎癥反應(yīng)導(dǎo)致胃腸、肺、肝臟等眾多遠(yuǎn)端重要器官衰竭，致殘率和病死率居高不下[2]。肝臟是人體最大的代謝和解毒器官，同時(shí)又是特殊的免疫器官，肝臟功能一旦受損，必然引起代謝紊亂和免疫功能紊亂而加重下游器官的損傷。可見，肝臟處于上游特殊地位，是防治嚴(yán)重燙傷后遠(yuǎn)端重要器官衰竭的關(guān)鍵靶器官，研究探索嚴(yán)重燙傷后的肝臟損傷治療方法就顯得意義重大[3]。間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）近年來在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，加之肝臟結(jié)構(gòu)特殊，開展MSCs治療嚴(yán)重燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷可能效果更好、科學(xué)意義更大、潛在應(yīng)用價(jià)值更突出。本文將結(jié)合嚴(yán)重燙傷誘導(dǎo)肝臟損傷的病理生理變化關(guān)鍵環(huán)節(jié)、從MSCs抗氧化、代謝調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)和組織修復(fù)等方面綜述研究進(jìn)展。

1 燙傷與肝損傷

燙傷嚴(yán)重程度取決于傷口的大小、深度和位置等，嚴(yán)重燙傷后，皮膚組織基本結(jié)構(gòu)破壞，組織滲透性增加，大量液體滲出，循環(huán)血量明顯減少，直接影響胃腸、肺、肝等器官的灌流，導(dǎo)致全身性氧化應(yīng)激[4]和高代謝反應(yīng)形成[5]，一個(gè)突出的病理變化就是胃腸粘膜變性、壞死甚至脫落，微生物及其毒素趁機(jī)異位形成感染，形成“二次打擊”，激活機(jī)體神經(jīng)內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)[6]，釋放大量應(yīng)激激素和炎癥介質(zhì)，逐步發(fā)展為“細(xì)胞因子風(fēng)暴”或“瀑布效應(yīng)”[7-8]，極易引發(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征，甚至發(fā)展為多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）。值得注意的是，肝臟和腸道通過門靜脈循環(huán)相連，肝臟通過門靜脈從腸道獲得超過70%的血液，血液從腸道經(jīng)門靜脈到達(dá)肝臟的竇道進(jìn)行解毒[9]?？梢姡瑖?yán)重?zé)齻旧砭蜁?huì)因氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng)導(dǎo)致胃腸和肝臟損傷，而胃腸損傷后內(nèi)源性感染的結(jié)果首當(dāng)其沖的就是毒害肝臟，讓肝臟雪上加霜。而肝臟的一個(gè)重要生理功能就是解毒，肝臟雪上加霜的后果，必然進(jìn)一步毒害其它器官。可見，肝臟是機(jī)體炎癥介質(zhì)的倍增器，既是MODS的動(dòng)力部位，也是MODS的靶器官。那么，運(yùn)用MSCS來治療燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷有哪些策略呢？

2 間充質(zhì)干細(xì)胞與燙傷誘導(dǎo)的肝損傷

2.1 脂肪降解與代謝紊亂高代謝反應(yīng)是嚴(yán)重燙傷后的一個(gè)標(biāo)志性事件，過度的糖酵解、脂肪降解、蛋白質(zhì)分解陸續(xù)發(fā)生，游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）大量釋放增加，F(xiàn)FA被證明會(huì)誘發(fā)胰島素抵抗。研究表明炎癥因子TNF-α、IL-6等可以加速脂肪分解，結(jié)果就是增加FFA的釋放，加重肝臟和其他器官的脂肪浸潤(rùn)[10]。BARRET[11]已經(jīng)表明，伴有脂肪浸潤(rùn)的肝腫大與膿毒癥和死亡率的增加有關(guān)。燙傷后兒茶酚胺的持續(xù)分泌會(huì)引發(fā)白色脂肪組織褐變，除了腎上腺素外，極化的M2型巨噬細(xì)胞也可以分泌兒茶酚胺激活WAT褐變，IL-6是調(diào)節(jié)白色脂肪組織褐變的調(diào)節(jié)因子，因其可以在燒傷后誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型極化從而介導(dǎo)白色脂肪組織褐變[12-13]。研究表明，白色脂肪組織的褐變與燙傷后小鼠肝臟的脂肪累積有關(guān)，在IL-6基因敲除后小鼠肝臟脂肪滲透與肝臟甘油三酯含量均降低，表明IL-6的敲除可以保護(hù)小鼠免受燙傷引起白色脂肪組織褐變所致?lián)p傷[14]。解耦聯(lián)蛋白1是白色脂肪組織褐變的調(diào)節(jié)器，IL-6和解耦聯(lián)蛋白1基因缺失就完全保護(hù)了小鼠免于肝臟脂肪變性[14]。燒傷后給予小鼠IL-6受體阻斷劑就能降低白色脂肪組織中解耦連蛋白1的表達(dá)，緩解燒傷誘導(dǎo)的白色脂肪組織褐變及其相關(guān)的肝臟脂肪變性[15]，這提示MSCs可以從糾正代謝紊亂這個(gè)切入點(diǎn)用于嚴(yán)重燙傷治療。比如，ABDEL-GAWAD等[16]在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在燙傷治療中的療效研究中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，進(jìn)行骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療的燙傷大鼠體內(nèi)IL-6、TNF-α的表達(dá)顯著降低，表明MSCs移植通過抑制促炎癥因子的產(chǎn)生直接減弱炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)傷口愈合。提示MSCs有望通過降低IL-6水平緩解脂肪分解速度，減少FFA的釋放，減輕肝臟和其他器官的脂肪浸潤(rùn)。可見，肝臟作為脂肪的合成代謝中心，脂肪代謝紊亂又使肝臟成為直接受害者，至少通過IL-6、TNF-α因子，把脂肪代謝與炎癥反應(yīng)連接起來，二者間的因果關(guān)系和調(diào)控機(jī)制需要進(jìn)一步研究，MSCs的治療效果和機(jī)制也需要更多的實(shí)驗(yàn)來證明。

2.2 氧化應(yīng)激嚴(yán)重燙傷后肝臟內(nèi)有大量中性粒細(xì)胞聚集活化的吞噬細(xì)胞產(chǎn)生并釋放大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）引發(fā)肝細(xì)胞內(nèi)外的氧化應(yīng)激，氧化應(yīng)激是肝臟損傷發(fā)生和發(fā)展的一種致病機(jī)制。MSCs已被證明可以降低ROS及氧化應(yīng)激損傷生物標(biāo)志的水平。在四氯化碳誘導(dǎo)的小鼠肝損傷模型中，通過移植人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體可以使ROS顯著下降[17]。在大鼠肝臟缺血再灌注損傷模型中，通過尾靜脈注射脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體顯著降低了肝臟中丙二醇和ROS等氧化損傷指標(biāo)的水平[18]。這些研究表明，外泌體是MSCs抗氧化治療燙傷誘導(dǎo)的肝損傷的作用機(jī)制和理論依據(jù)。MSCs還可以通過分泌抗氧化分子如谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶等上調(diào)宿主抗氧化防御的能力來抑制氧化應(yīng)激。眾所周知，肝臟等臟器內(nèi)就可以產(chǎn)生大量的谷胱甘肽，而谷胱甘肽一個(gè)重要作用就是抗氧化而成為最經(jīng)典的保肝藥。而MSCs可以通過增加肝臟谷胱甘肽含量從而提高機(jī)體抗氧化能力[19]。研究表明，MSCs在與受損的肝細(xì)胞接觸后會(huì)分泌超氧化物歧化酶保護(hù)體內(nèi)組織免受氧化應(yīng)激的傷害[20]。此外，人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體使谷胱甘肽過氧化物酶1增加，而谷胱甘肽過氧化物酶1敲除延遲了人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體誘導(dǎo)的急性肝損傷恢復(fù)，因此YAN等[17]認(rèn)為谷胱甘肽過氧化物酶1是人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體介導(dǎo)的抗氧化活性和肝臟保護(hù)的重要因素。這些研究表明，MSCs分泌的抗氧化分子有助于抑制氧化應(yīng)激，有力證明了MSCs在治療氧化應(yīng)激導(dǎo)致肝損傷方面的作用，為MSCs治療燙傷誘導(dǎo)的肝損傷提供了依據(jù)。研究顯示[21]燙傷后氧化應(yīng)激反應(yīng)先于炎癥反應(yīng)發(fā)生，因此，如何針對(duì)抗氧化改進(jìn)提高M(jìn)SCs的療效，就能有效降低氧化應(yīng)激反應(yīng)、就能減少機(jī)體炎癥因子的釋放[22]，優(yōu)先考慮抗氧化作用對(duì)延緩或阻止?fàn)C傷引發(fā)的免疫紊亂的發(fā)生發(fā)展具有重要意義。

2.3 抗炎治療嚴(yán)重燙傷后可促發(fā)機(jī)體炎癥反應(yīng)的發(fā)生，而若機(jī)體炎癥反應(yīng)一旦失控，便會(huì)造成肝細(xì)胞的損傷，導(dǎo)致肝臟功能受損，MSCs調(diào)節(jié)全身性炎性反應(yīng)的研究報(bào)道已經(jīng)很多。肝臟除了有全身循環(huán)的巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞之外，還有自身獨(dú)有的駐留在肝血竇壁的巨噬細(xì)胞被稱為Kupffer細(xì)胞[23]，這個(gè)特殊的組織結(jié)構(gòu)是為應(yīng)對(duì)肝門靜脈來源的毒素而產(chǎn)生的，因此，可以肯定嚴(yán)重燙傷后肝臟一定有自己特色的免疫反應(yīng)。在酒精中毒后的燙傷中，Kupffer細(xì)胞中的P38-MAPK被激活產(chǎn)生IL-6從而造成肝臟的損傷[24]。有研究表明臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可以調(diào)節(jié)肝臟中p38MAPK蛋白的磷酸化水平，從而減輕炎癥反應(yīng)。這些作用可以繼續(xù)減少炎癥因子hMGB-1、IL-6和腫瘤壞死因子-α的產(chǎn)生，并增加抗炎因子IL-10[25]。此外，在一項(xiàng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療減輕酒精中毒燙傷后肝肺炎癥的研究中，與中毒和燙傷小鼠比較，間充質(zhì)干細(xì)胞治療小鼠的肝組織IL-6和CXCL1表達(dá)顯著減少，肝損傷生物標(biāo)志物天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶顯著降低，并減少肝細(xì)胞的凋亡[2]。以上研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞是恢復(fù)燙傷患者炎癥性肝臟損傷的新方法，其可能機(jī)制是通過抑制肝臟Kupffer細(xì)胞p38MAPK的激活減少炎癥因子的釋放而實(shí)現(xiàn)，但是目前暫未發(fā)現(xiàn)有這一方面的相關(guān)報(bào)道，有待進(jìn)行進(jìn)一步研究。研究表明，M1型Kupffer因子分泌促炎癥因子，相反，M2型Kupffer細(xì)胞釋放抗炎細(xì)胞因子在肝臟修復(fù)中起到重要作用[26]。MSCs可以通過巨噬細(xì)胞向M2表型分化，增強(qiáng)M2巨噬細(xì)胞向多個(gè)器官和組織（包括胰島，肝臟，脂肪和肌肉）的募集以及抑制Kupffer細(xì)胞向M1表型的分化從而減輕炎癥反應(yīng)，促進(jìn)組織修復(fù)[27-28]。上述研究表明MSCs可以通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的功能從而減輕燙傷誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，為MSCs治療燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷治療提供了依據(jù)。

此外，MSCs還可以通過與免疫細(xì)胞相互作用及旁分泌機(jī)制，調(diào)節(jié)燙傷引發(fā)的免疫紊亂，減輕組織炎癥損傷。MSCs對(duì)輔助性T（T helper cells，Th）細(xì)胞的增殖具有抑制作用[29]，從而導(dǎo)致Th1和Th17細(xì)胞分泌的IFN-γ和IL-17的產(chǎn)生減少，而Th細(xì)胞分泌的IL-4增加，表明T細(xì)胞從促炎表型極化為抗炎表型[30-31]。MSCs還可以通過下調(diào)促炎性酶、細(xì)胞因子和趨化因子來減輕炎癥反應(yīng)[32]。ZHANG等[33]MSCs移植在燒傷治療中的療效研究中發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，進(jìn)行MSCs皮下注射的燒傷大鼠的白細(xì)胞、急性反應(yīng)蛋白、TNF-α、IL-6等炎癥標(biāo)志物表達(dá)都表現(xiàn)出不同程度的降低，表明MSCs移植通過抑制燒傷大鼠燒后炎癥，降低了全身炎癥反應(yīng)水平。總體而言，MSCs可以通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞以及分泌生物活性分子來抑制炎癥反應(yīng)。

2.4 促進(jìn)組織再生促進(jìn)創(chuàng)面快速修復(fù)和防止感染是治療燒傷的基本目標(biāo)。拆東墻補(bǔ)西墻的自體皮膚移植是修復(fù)嚴(yán)重?zé)齻某Ｓ梅椒?，但往往沒有合適的皮膚可以移植，況且難保移植獲得成功。研究[34]發(fā)現(xiàn)MSCs在傷口閉合、抗炎作用、新生血管形成、再上皮化、重塑和疤痕等方面有著積極的影響，MSCs能通過多重機(jī)制促進(jìn)創(chuàng)面皮膚組織再生，從而促進(jìn)創(chuàng)面的快速修復(fù)，為燒傷導(dǎo)致的多種組織修復(fù)帶來新的希望。

燒傷不僅可以直接造成局部的皮膚組織壞死，而且可以導(dǎo)致遠(yuǎn)端重要器官的損傷。近年來，許多研究者的研究結(jié)果表明MSCs對(duì)于治療肝臟損傷具有較好的效果，有望給治療燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷帶來新的希望。陳浩[35]研究表明，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的靜脈移植對(duì)嚴(yán)重燙傷引起的肝損傷有明顯的修復(fù)作用，其修復(fù)機(jī)制可能與MSCs促進(jìn)肝細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞凋亡有關(guān)，但其具體修復(fù)機(jī)制尚不明確。而CAI等[36]發(fā)現(xiàn)，MSCs通過抑制促凋亡蛋白Bax及促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)從而減少肝細(xì)胞的凋亡，表明MSCs可以通過線粒體依賴途徑減少肝細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)肝臟的修復(fù)。

MSCs可以分化為肝細(xì)胞，有助于肝臟的損傷修復(fù)。研究表明，人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞[37]，羊水間充質(zhì)干細(xì)胞[38]或骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞[39]等都可以在特定的條件下分化為功能性肝細(xì)胞樣細(xì)胞。研究表明，將MSCs誘導(dǎo)分化的肝細(xì)胞樣細(xì)胞移植入動(dòng)物模型體內(nèi)可以促進(jìn)肝臟的修復(fù)[40]。除此之外，MSCs還可以通過旁分泌機(jī)制發(fā)揮抑制炎癥、抗凋亡、促進(jìn)受損組織的修復(fù)等作用。JIAO等[41]的研究表明，脂肪MSCs移植可以在微型豬肝缺血再灌注損傷模型中起到減少肝臟損傷、減輕炎癥、促進(jìn)血管生成和肝臟再生的作用。據(jù)報(bào)道，在四氯化碳誘導(dǎo)的急性肝損傷小鼠模型中，人胚胎干細(xì)胞來源的MSCs通過上調(diào)增殖細(xì)胞核抗原和Cyclin D1細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子的表達(dá)而促進(jìn)組織再生[42]。由此可見，MSCs有望為治療燒傷誘導(dǎo)的肝損傷提供了一個(gè)新的可能。

3 小結(jié)與展望

MSCs具有獨(dú)特的生物學(xué)特性，近年來在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，為嚴(yán)重燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷帶來了新的希望。雖然MSCs在嚴(yán)重燙傷與肝損傷模型中具有顯著的治療效果，但是關(guān)于MSCs對(duì)于燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷的治療效果以及相關(guān)作用機(jī)制方面的研究有待繼續(xù)開展。研究MSCs治療嚴(yán)重燙傷誘發(fā)的肝損傷的可行性以及作用機(jī)制對(duì)降低多種急危重癥死亡率具有重要科學(xué)意義和潛在應(yīng)用價(jià)值。相信隨著醫(yī)學(xué)工作者對(duì)MSCs生物學(xué)特性的不斷深入研究必將在不遠(yuǎn)的將來造福人類，應(yīng)用MSCs治療燙傷誘導(dǎo)的肝臟損傷給燙傷患者帶來新的希望。