內皮祖細胞和骨髓基質細胞在膿毒癥中的研究進展

常欣欣 徐喜媛 烏日娜 趙麗琪 趙曉靜 楊敬平

內皮祖細胞和骨髓基質細胞在膿毒癥中的研究進展

常欣欣1徐喜媛2烏日娜2趙麗琪1趙曉靜1楊敬平2

膿毒癥是臨床危重癥的常見表現，患者死亡率高且缺乏有效的治療手段，嚴重威脅著人類的健康[1]。隨著干細胞移植技術的發展,運用內皮祖細胞(Endothelial Progenitor Cells，EPCs)和骨髓基質細胞(Bone Marrow Stromal Cells，BMSCs)等干細胞移植治療膿毒癥是目前的研究熱點[1-2]。本文通過綜述 EPCs 及BMSCs的功能及其作用，探討EPCs和BMSCs在膿毒癥中的作用。

一、微循環內皮功能障礙及免疫功能異常在膿毒癥發病中的作用

膿毒癥的發病機制尚不明，可能涉及到免疫功能異常、炎癥反應失衡、凝血功能障礙、微循環內皮功能障礙、組織損傷、基因多態性等多個方面，其中，微循環內皮功能障礙，異常激活的免疫系統和炎癥反應在膿毒癥的發病中起重要作用[3]。

1. 微循環內皮功能障礙在膿毒癥發病中的作用

研究表明，微循環內皮細胞的活化、損傷與功能障礙是膿毒癥病理生理學過程的關鍵環節[1-2]。首先是脂多糖(LPS)激活炎癥細胞反應，并激活內皮細胞，使內皮細胞分離、裸露、微血管損傷，導致內皮細胞無法調控微循環，從而降低了毛細血管灌注，產生微循環功能性分流及組織缺氧；同時內皮細胞通透性增加，導致血管內液體轉移到血管外間隙。其次是炎癥介質的大量釋放使內皮細胞的屏障功能喪失、循環物質移位、組織水腫，加重已有的循環功能障礙，減少了重要臟器的氧氣交換和血供，從而加重了膿毒癥的臟器損傷。可見，修復血管內皮損傷能夠改善膿毒癥患者的預后[3-4]。

2.異常激活的免疫系統和炎癥反應在膿毒癥發病中的作用

免疫系統的異常激活是導致膿毒癥多器官功能衰竭綜合征的另一重要原因。表現為固有免疫系統的激活和適應性免疫的抑制，主要機制可能是：毛細血管通透性增加導致組織水腫，從而產生異常激活的炎癥反應，造成組織器官的損害和功能障礙[5]。免疫系統的異常激活表現為：LPS與CD14或Toll樣受體(TLRs)結合后，TLRs 或其他跨膜受體將信號傳入胞核，激活NF-κB信號通路，釋放出大量IL-6、IL-1β、IL-8、IL-10、IL-7、IL-15、干擾素(IFN)γ、腫瘤壞死因子(TNF)α、單核細胞趨化蛋白(MCP)- 1、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、程序性死亡受體1(PD-1)，引發炎癥因子風暴，并引起血管內皮細胞損傷，血管內皮細胞損傷又可激活炎癥反應，進一步擴大損傷作用，引發失控的炎性反應，發生免疫漂移，使宿主處于免疫抑制狀態，感染加重，最終導致多臟器功能障礙。因此,抑制異常激活的免疫系統和炎癥反應是治療膿毒癥的關鍵[5-6]。

二、EPCs的功能及其在膿毒癥中的作用

1.EPCs的功能

EPCs是一種特殊類型的造血干細胞，能夠表達 CD133+、CD34+和血管內皮生長因子受體2(VEGFR-2)，是近年來發現的在血管新生和修復中起重要作用的一類前體細胞，能夠定向增殖分化為成熟血管內皮細胞的前體細胞，可從外周血中的單核細胞、骨髓和臍帶血中分離出來[1-2]。EPCs在一定因素刺激下(如缺血、缺氧、炎癥等)，會從骨髓動員至外周血中，完成血管生成的關鍵一步，有助于血管的修復和生成[1-3]。EPCs在參與血管新生的過程中包括多個步驟，如動員、遷移、黏附、分化等。當組織缺血時，EPCs和細胞因子一起動員至缺血區域，繼而分化成為成熟的血管內皮細胞，參與新生血管的形成[7]。可見，EPCs在維持血管內皮的修復機制中起重要作用。

2.EPCs在膿毒癥中的作用

Gowinska-Olszewska等[8]將EPCs注入到缺血的動物模型中，發現移植的EPCs會迅速遷移至缺血的內臟，通過遷移參與新血管形成，對損傷血管進行修復，從而降低臟器的損傷程度，對缺血性血管疾病的患者起到明顯的改善作用。有研究發現：在高血壓、冠心病、糖尿病、肺炎、膿毒癥等患者的外周血中可以檢測到大量的EPCs，其數量和活性均有差異性的改變，而且數量與疾病的預后呈正相關[9]。Rafat等[10]發現膿毒癥患者循環EPCs的數量明顯高于非膿毒癥患者和健康對照組。EPCs在維持血管內皮的修復機制的完整性中起重要作用，EPCs還通過抑制淋巴細胞增殖、抗原呈遞細胞的成熟與活化，而具有一定的免疫抑制和炎癥調節作用[11]。由此可見，EPCs可以在機體發生膿毒癥后向受損的組織遷移、歸巢，發揮修復作用，并通過新生毛細血管延緩膿毒癥的進展，從而改善預后。

三、BMSCs的功能及其在膿毒癥中的作用

1.BMSCs的功能

BMSCs是一類存在于骨髓中的多能干細胞,可分化為多種非造血系的組織，如骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、心肌細胞和骨骼肌細胞，亦可在多種細胞因子、細胞外基質以及某些藥物等所構成的微環境中定向分化為血管內皮細胞[12]。BMSCs 分泌的因子可以促進微血管內皮細胞增殖、遷移和血管新生，通過影響微血管內皮細胞，促進血管新生發揮治療作用。BMSCs 還可促進腦缺血大鼠的神經功能恢復，促進VEGF的表達，以減少神經細胞的凋亡[12]。BMSCs具有貼壁生長的特性,因而易于在體外分離和擴增，另外BMSCs可在體內外表達多種治療性的外源目的基因[13]。因此, BMSCs被認為是一種理想的治療性細胞，可能會增加EPCs的數量，可能為膿毒癥治療提供新的策略。

2.BMSCs在膿毒癥中的作用

大量的研究已經證實，BMSCs 對固有免疫系統和適應性免疫系統具有抑制作用,采用 BMSCs移植可以抑制異常激活的免疫反應，從而減輕免疫反應對組織器官的損害[13-15]。Miao CM等[14]也利用膿毒癥小鼠模型研究發現，注入MSCs可明顯提高小鼠的存活率，降低血漿中促炎因子的水平，同時增加抗炎因子的水平。Mohi El-Din M等[15]發現在膿毒癥大鼠的肺中應用BMSCs，可以減輕全身炎癥反應和肺損傷，將膿毒癥大鼠的肺細胞與BMSCs共同培養，發現BMSCs調節炎癥細胞因子(TNF-α和IL-10)，并分化為肺泡I型細胞，防止膿毒癥小鼠肺組織纖維化。這些實驗都表明 BMSCs 通過對免疫系統的抑制減輕了膿毒癥大鼠的器官損害。

四、干細胞聯合移植

BMSCs易于得到，體外培養可以迅速擴增，對供區損傷小，通過抑制促炎癥因子釋放，提高VEGF及VEGRF-2的表達水平，向血管內皮細胞分化，促進新血管再生，改善了膿毒癥小鼠的預后[16-17]。EPCs 能夠定向分化為成熟血管內皮細胞參與血管的新生，在膿毒癥的應用方面研究較多[1-2]。但是，單用BMSCs移植可導致新生骨區不能產生足量毛細血管，導致骨折不愈合。單用EPCs移植，因其在損傷局部數量有限，不足以用于大面積損傷的修復[16]。同時，將異體BMSCs 植入主要組織相容性復合物不符的小鼠體內，遭遇了排斥反應,表明EPCs和BMSCs仍有一定的免疫原性，有可能對機體造成損害[18]。EPCs移植可有潛在促進腫瘤血管形成，導致潛在的腫瘤發生的生物安全性問題[19]。所以，EPCs和BMSCs單獨移植并非理想的干細胞治療方法。目前，有學者研究了兩種干細胞聯合移植在疾病中的治療作用。研究表明：BMSCs 與EPCs 共培養時兩種細胞生長良好，混合培養時細胞的增殖能力明顯增高，說明兩者聯合不僅可以減少EPCs的用量，保證生物安全性，同時提高了移植的效率；EPCs和BMSCs聯合移植能夠促進腦缺血后的神經再生、血管再生、以及結構和功能重建；EPCs和BMSCs聯合移植能夠更明顯促進骨折的愈合[16-19]。EPCs和BMSCs 聯合移植在膿毒癥的作用研究尚未見有報道。

綜上所述，EPCs及BMSCs在膿毒癥治療中有一定的作用，單用均有不同的缺陷，限制了移植的應用及效果。研究表明，EPCs和BMSCs在某些疾病治療方面存在相互促進作用，但應用EPCs和BMSCs 聯合移植治療膿毒癥是否可以取得更佳的療效及最小的副作用，尚需要進一步深入探討。

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10.3969/j.issn.1009-6663.2017.12.044

內蒙古自然科學基金(No 2016ms0810)

1.010110 內蒙古 呼和浩特，內蒙古醫科大學 2.014010 內蒙古 包頭，內蒙古包鋼醫院呼吸與危重癥醫學科

徐喜媛，E-mail:xuxiyuan9@sina.com

2017-06-29]