間充質干細胞調控免疫細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的研究進展

呂敏捷 張長文 朱常軍 解立旭 馮旰珠

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)的常見病因，包括細菌性或病毒性肺炎、膿毒癥、嚴重創(chuàng)傷和胃內容物誤吸等，臨床表現(xiàn)為呼吸窘迫和難治性低氧血癥。ARDS目前缺乏有效的治療措施，預后差、病死率高[1-3]。間充質干細胞(mesenchymal stem cell, MSC)通過多種機制調控ARDS的炎癥反應，參與肺血管內皮細胞損傷的修復，從而減輕肺損傷[4]。MSC的免疫調節(jié)作用主要是通過細胞外囊泡(extracellular vesicle, EV)介導的[5]，MSC-EV具有免疫原性低、存儲簡單等優(yōu)點，可替代MSC細胞治療，減輕肺損傷，促進組織修復。本文將對MSC的免疫調節(jié)作用及其在ARDS中的應用進展作一綜述，為尋求ARDS的有效治療手段提供新的思路和方向。

MSC及其EV

MSC是來源于中胚層的具有多向分化潛能的干細胞，可以從骨髓、臍帶、脂肪、肌肉及羊水等多種組織中分離制備。近年來，MSC在治療心血管疾病、腎損傷重建、免疫系統(tǒng)重建等方面取得了顯著的進展[6]。多項研究證實，MSC在炎癥、肺動脈高壓和輻射等誘導肺損傷的動物模型中，能夠減輕肺損傷。

EV是由各種類型的細胞釋放的球形膜結構的異質性群體，在生理和病理條件下釋放，其功能包括在細胞間轉移細胞成分，而實現(xiàn)細胞間通訊[7]。根據大小和生物發(fā)生機制，EV通常分為三種亞型:外泌體(50～150nm)、微囊泡(100～1000nm)和凋亡小體(500～5000nm)。MSC-EV可從靜止的MSC中釋放出來，在細胞激活或細胞應激時可顯著增加[8]。MSC-EV有著與MSC相似的抗炎和再生作用，因此具有類似的治療效果，并且具有免疫原性低、存儲簡單等優(yōu)點[9]。MSC-EV參與ARDS、肺纖維化、肺癌等多種肺部疾病的病理生理過程，可作為MSC的代替療法，治療多種疾病[10]。

MSC的免疫調節(jié)作用

一、MSC與固有免疫

1 巨噬細胞

巨噬細胞對組織免疫穩(wěn)態(tài)的維持至關重要，能夠極化為炎癥(M1)表型和免疫抑制(M2)表型。在腫瘤和炎癥性疾病中，M1/M2表型失衡是一個重要的致病因素。在ARDS急性滲出期，肺泡巨噬細胞M1極化，持續(xù)的M1極化，可釋放TNF-α、白細胞介素(interleukin, IL)-1、一氧化氮和活性氧誘導嚴重的炎癥反應。M2極化，則有助于ARDS后期纖維增生的病理性纖維增生反應和肺纖維化[11]。因此，維持 M1/M2 型巨噬細胞在肺內相對平衡，可為治療 ARDS 提供新的方向。多項研究表明，MSC能夠通過調控線粒體的轉移、糖酵解等多種途徑來調控巨噬細胞極化[12-13]，從而緩解ARDS肺損傷。近年來，大量的研究聚焦于MSC-EV調控巨噬細胞向M2型極化[14-16]。攜帶miRNA的MSC-EV已經成為治療ARDS的研究熱點。 SuYuan等[17]的研究表明，MSC-EV攜帶的miRNA-17抑制脂多糖誘導的巨噬細胞炎癥反應和凋亡，進而通過BRD4調控EZH2/TRAIL軸來阻止膿毒癥的發(fā)展。此外，研究發(fā)現(xiàn)MSC-EV通過將miR-27a-3p轉移到肺泡巨噬細胞來減輕急性肺損傷。miR-27a-3p作用于NFKB1，是M2巨噬細胞極化的關鍵調控因子[18]。由于MSC-EV表現(xiàn)出的巨大潛力，許多研究者開始關注影響MSC-EV治療效果的因素。Yao M.等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，在iL-1β介導的促炎刺激下，MSC-EV中的miR-21通過靶向PDCD4促進了M2巨噬細胞的極化，并緩解了盲腸結扎穿刺(cecal ligation and puncture, CLP)導致的膿毒癥。HuangRuoqiong等[20]比較了來自年輕和衰老MSC的EV對脂多糖(LPS)誘導的小鼠肺損傷的不同影響。他們發(fā)現(xiàn)，與年輕的MSC-EV相比，衰老的MSC-EV不能改變巨噬細胞的表型和減少巨噬細胞的募集，同時也不具有對于肺損傷的保護作用。本課題組也發(fā)現(xiàn)MSC-EV能夠被小鼠巨噬細胞攝取，進而調控小鼠巨噬細胞的極化。

2 樹突狀細胞

樹突狀細胞(dendritic cells, DC)在免疫系統(tǒng)中起著重要的作用，是固有免疫和適應性免疫之間的橋梁。DC在肺部遷移并分化成熟，MSC調節(jié)肺部過度炎癥的關鍵環(huán)節(jié)是誘導產生耐受性樹突狀細胞(tolergenic dendritic cells, DCreg)，MSC誘導成熟或未成熟DC、單核細胞/造血干細胞分化為DCreg。此外，MSC還可通過Notch通路、Ras相關的C3肉毒毒素底物信號通路等其他途徑誘導DCreg的生成[21-23]。值得一提的是，DC的募集和成熟能夠導致早期急性肺損傷。MSC通過旁分泌肝細胞生長因子(paracrine hepatocyte growth factor, HGF)誘導DC分化為DCreg，參與免疫應答，進而緩解急性肺損傷[24]。MSC-EV調控DC的機制也與DCreg相關。目前有體外研究[25]證實了MSC-EV將未成熟和成熟的DC誘導成共刺激標志物低表達的DCreg。它們能夠抑制淋巴細胞活性，增加抗炎相關因子IL-10和TGF-β的分泌，減少炎癥因子IL-6的分泌。這些炎癥因子與ARDS致病機制密切相關。

3 自然殺傷細胞

早有研究表明，MSC與自然殺傷細胞(natural killer cell，NK)相互抑制[26]。胎兒肝臟來源的MSC-EV抑制NK細胞功能是通過TGF-β實現(xiàn)的[27]。此外，MSC通過抑制NK細胞來治療膿毒癥已經在小鼠模型中得到了證實。這一生物學過程可能涉及IL-10、細胞因子信號轉導抑制劑3、Janus激酶/信號轉換器和轉錄途徑激活劑中的其他成分[28]。

二、MSC與適應性免疫

1 T淋巴細胞

CD4+T細胞介導的肺部炎癥可能與ARDS的發(fā)病有關[29]。早期ARDS患者外周血中Th17和Treg細胞增多，Th17 / Treg比例越高，疾病的預后越差。Th17/Treg失衡傾向于Th17移位是緩解早期ARDS患者肺損傷的潛在治療靶點和新的風險指標[30]。IL-2誘導T細胞激酶(T-cell kinase，TK)通過控制多種轉錄因子在Th17細胞發(fā)育中起關鍵作用。ITK信號在膿毒癥誘導的急性肺損傷中通過上調Th17細胞和氧化應激發(fā)揮重要作用[31]。針對Th17/Treg失衡這一靶點治療急性肺損傷的藥物已有報道，如Maresin1、魚腥草多糖以及茴香主要成分反式茴香醚等[32-34]。MSC及其EV能夠抑制T細胞的增殖，調控其分化，影響不同T細胞亞群釋放的細胞因子[35]。Chen J.等[36]的研究表明，過表達TGFβ1的MSC調控Th17/Treg平衡來調節(jié)肺部炎癥，減輕ARDS小鼠肺損傷。MSC-EV在調控Th17/Treg平衡方面，表現(xiàn)出巨大的潛力。近年來多項研究表明MSC-EV能夠調控幼稚的CD4+T細胞分化為Th17和Treg細胞。例如，MSC-EV能夠通過裝載miRNA-10a，同時促進Th17和Treg免疫應答[37]，此外，MSC在TGF-β和IFN-γ刺激下分泌的EV促進外周血單個核細胞向Treg細胞分化[38]。表皮生長因子(Epidermal growth factor，EGF)誘導MSC-EV表達miR-21，通過增強Treg中Foxp3的表達[39]，從而提高MSC-EV的治療效果。這些都為預處理MSC提高臨床療效提供了方向和理論依據。

2 B淋巴細胞

MSC能夠通過細胞間接觸、釋放可溶性因子和EV等途徑，誘導B細胞和調節(jié)B細胞的產生[40]。羊膜MSC能夠通過阻礙肺B淋巴細胞的募集、保留和成熟來減輕肺纖維化[41-42]。此外，研究表明，MSC-EV具有抑制B淋巴細胞增殖的作用[43]。MSC-EV能夠抑制巨噬細胞激活和B細胞的免疫反應[44]，后者可能是通過阻斷T濾泡輔助細胞和生發(fā)中心B細胞的相互作用以及降低B細胞活化因子與B細胞的比例來實現(xiàn)的。關于MSC-EV調控B淋巴細胞的報道較少，具體的機制可能仍需進一步研究。

MSC治療ARDS

MSC的療效與其來源、分化程度、劑量、給藥時間、給藥途徑、頻率等因素密切相關，不同個體的差異、不同致病因素導致的ARDS的差異同樣會對MSC的療效產生影響。研究表明，基因修飾、預處理、與其他藥物聯(lián)合使用，能夠提高MSC對ARDS的治療潛力。ZhengGuoping等[45]的研究表明，同種異體的MSC治療ARDS，未發(fā)現(xiàn)明確的副反應，但其對ARDS的治療效果較弱。利拉魯肽能夠通過減少MSC的凋亡減輕肺損傷，有望在未來用于輔助MSC治療[46]。MSC輸注可改善新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)并發(fā)ARDS患者的肺功能和總體預后[47]。嚴重COVID-19 ARDS的患者經單次靜脈注射MSC-EV后，缺氧、免疫重建和細胞因子風暴都發(fā)生了一定程度的下調，并且沒有出現(xiàn)治療導致的不良反應[48]。研究者證實了MSC對COVID-19 ARDS患者具有確切的療效[49-51]。

總結及展望

綜上所述，MSC通過調控巨噬細胞極化及T淋巴細胞生成等途徑發(fā)揮免疫調節(jié)作用，從而減輕ARDS患者的炎癥反應，并促進肺組織修復，具有良好的臨床應用前景。然而，MSC調控組織微環(huán)境中的巨噬細胞、T淋巴細胞及其他免疫細胞的具體機制及這些免疫細胞之間的相互作用尚需進一步研究。通過基因修飾、預處理MSC、調控MSC-EV療效相關的影響因素(如給藥時間、途徑、劑量等)，以優(yōu)化MSC及MSC-EV的治療效果，是進一步研究的重點。