骨髓間充質干細胞輸注對膿毒癥大鼠促炎因子和心功能的影響

程仁洪，鄭健新，張 偉 （福州總醫院急診科，福建 福州 350025）

骨髓間充質干細胞輸注對膿毒癥大鼠促炎因子和心功能的影響

程仁洪，鄭健新，張 偉 （福州總醫院急診科，福建 福州 350025）

目的：探討骨髓間充質干細胞（BMSCs）輸注對膿毒癥大鼠促炎因子和心功能的影響．方法：將BMSCs進行分離培養之后，選取24只成功建立膿毒癥模型（盲腸結扎穿孔術，CLP法）的Wistar大鼠，依照隨機數字法分成膿毒癥組、間充質干細胞組以及上清液（間充質干細胞上層培養液）組各8只，另選8只接受假手術干預的Wistar大鼠作為假手術組，各組均經大鼠尾靜脈注射給藥干預1周，干預后以雙抗體免疫夾心法檢測血清腫瘤壞死因子?α（TNF?α）、肌鈣蛋白、白介素?6（IL?6）、心肌勻漿中超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）含量，同時在治療后利用超聲心動圖評價各組小鼠的心功能．結果：間質干細胞組TNF?α（1253．701±326．960）pg／mL、肌鈣蛋白（79．720±11．352）pg／mL、IL?6（747．596±33．184）pg／mL、LVDS（2．925±0．271）mm與上清液組TNF?α（1337．888±201．937）pg／mL、肌鈣蛋白（83．923±14．491）pg／mL、IL?10（749．253 ±37．118）pg／mL、LVDS（3．013±0．236）mm顯著低于膿毒癥組（P＜0．05）．間質干細胞組SOD（108．199±20．081）U／mg、LVEF（77．125±1．808）%與上清液組SOD（109．691±18．609）U／mg、LVEF（77．750±1．669）%顯著高于膿毒癥組（P＜0．05），且與假手術組水平接近（P＞0．05）．結論：骨髓間充質干細胞輸注能夠改善膿毒癥大鼠心功能，其作用機制可能與其能夠調節炎癥因子表達有關．

骨髓間充質干細胞；膿毒癥；促炎因子；心功能

0 引言

膿毒癥是嚴重燒傷、感染等急危重癥者最常見的并發癥，被認為是重癥監護患者最主要的死亡原因［1－4］．目前關于膿毒癥研究不斷增多，臨床已經證實感染、炎癥反應、組織損傷、免疫功能等均能夠影響膿毒癥的轉歸，有效治療膿毒癥極為重要．骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）被證實具有心肌細胞轉化能力，而且具有免疫調節能力．目前實驗發現［6－9］BMSCs能夠抑制膿毒癥模型動物體內促炎細胞因子表達水平，在阻止炎癥細胞組織浸潤和氧化損傷的基礎上，增強機體細菌清除效果，對于膿毒癥有一定治療效果．本實驗通過觀察BMSCs輸注對膿毒癥大鼠促炎因子、心功能的影響，初步分析了BMSCs輸注治療膿毒癥的潛在價值．

1 材料和方法

1．1 實驗動物 雄性清潔級別的Wistar大鼠，全部購自斯萊克實驗動物公司．

1．2 儀器和試劑 潔凈工作臺（蘇州安泰空氣公司）、倒置顯微鏡（日本奧林巴斯）、二氧化碳培養箱（賽默飛世爾科技公司）、BMSCs完全培養基（澳賽爾斯生物技術公司）、TNF?α、IL?6等試劑（美國Sigma公司）、EDTA消化液（索萊寶科技有限公司）、胎牛血清（四季青生物有限公司）．

1．3 實驗方法

1．3．1 膿毒癥模型建立方法 大鼠編號并稱量體重之后，按照20 mg／kg的劑量腹腔注射脂多糖毒素．假手術組注入物是等量生理鹽水．

1．3．2 動物分組及干預方法 利用CLP法建立膿毒癥模型，選取成功建立模型的24只Wistar大鼠，依照數字法分成膿毒癥組、間充質干細胞組、上清液組各8只，另選8只接受假手術干預的Wistar大鼠作為假手術組，假手術組、膿毒癥大鼠干預方法為在尾靜脈注射生理鹽水0．5 mL，間充質干細胞組注射物為骨髓間充質干細胞重懸溶液，密度為2×106個，上清液組注射物為骨髓間充質干細胞體外培養時的上層清液，注射量均為0．5 mL，術后干預1周．

1．4 觀察指標

1．4．1 血清TNF?α、肌鈣蛋白、IL?6檢測 檢測炎癥因子（TNF?a、IL?6）、肌鈣蛋白Ⅰ，檢測步驟參照說明書，按步驟逐一進行，每個樣本設2個復孔進行．

1．4．2 心肌勻漿SOD和MDA檢測 ①制備勻漿介質：1 L超純水，依次加入甘露醇 40．0774 g，蔗糖23．9603 g，HEPES 0．59575 g，EDTA 0．58448 g，攪拌，滴加數滴NaOH助溶，溶解后調pH至7．4；②10%心肌勻漿制備：稱取100 mg心肌組織，剪碎后放入玻璃勻漿器中，按1∶9的比例加入9倍體積的勻漿介質，在冰浴條件下研磨30次．4℃，5000 g離心10 min，取上清．③心肌勻漿SOD檢測：10%心肌勻漿稀釋成0．5%心肌勻漿，考馬斯亮藍法（南京建成）測蛋白濃度，用總超氧化物歧化酶測試盒檢測SOD（南京建成）．④心肌勻漿MDA檢測：10%心肌勻漿稀釋成0．5%心肌勻漿，考馬斯亮藍法（南京建成）測蛋白濃度，用丙二醛測試盒檢測MDA（南京建成）．

1．4．3 心功能 阿洛卡F75型超聲儀檢測心動圖，檢測指標有左心室收縮末徑（left ventricular systolic diameter，LVDs）和左室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）．每只大鼠均連續測量3個心動周期的原始數據，并將平均值作為結果，該操作由經驗豐富的超聲科醫生協助完成．

1．5 統計學處理 采用SPSS20．0統計學軟件對數據進行分析，計量資料表達用±s，多組間分析用單因素方差分析，組間兩兩比較用LSD檢驗，P＜0．05表示差異具有統計學意義．

2 結果

2．1 組間血清學檢測結果分析 血清炎癥因子檢測結果顯示，膿毒癥組血清TNF?α、肌鈣蛋白、IL?6顯著高于其他組，間質干細胞組、上清液組血清TNF?α、肌鈣蛋白、IL?6雖然高于假手術組，但是組間比較，差異無統計學意義（P＞0．05，表1～3）．

表1 各組血清炎癥因子表達水平（n＝8，pg／mL）

表2 各組血清炎癥因子單因素方差分析結果

表3 各組血清炎癥因子LSD多重比較

2．2 組間心肌SOD和MDA檢測結果分析 假手術組心肌SOD顯著高于其他組，而MDA顯著低于其他組，膿毒癥組心肌SOD顯著低于間質干細胞組、上清液組，而各組間心肌MDA水平無顯著性差異，表4～6．

表4 組間心肌SOD和MDA檢測結果 （n＝8）

表5 組間心肌SOD和MDA單因素方差分析

表6 心肌SOD和MDA檢測結果多重比較

2．3 組間心功能檢測結果分析 膿毒癥組LVEF顯著低于其他組，而LVDS顯著高于其他組，假手術組心肌、間質干細胞組、上清液組LVEF、LVDS水平無顯著性差異，見表7～9．

表7 組間心功能檢測結果（n＝8）

表8 心功能單因素方差分析

表9 心功能組間多重比較（n＝8）

3 討論

膿毒癥（sepsis）是感染、燒／創傷、休克等急危重患者的嚴重并發癥，死亡率高達20%以上，如果出現休克，死亡率明顯增加．心臟是膿毒癥時最常見受累的器官．心功能障礙是膿毒癥最嚴重的并發癥，是導致膿毒癥早期死亡的主要原因，且病死率隨著年齡的增加而增加．因此，采取有效措施保護心功能、減輕心功能障礙是提高膿毒癥救治成功率的重要措施［10－12］．

在膿毒癥病情發展進程中，炎癥反應貫穿始終．感染引起炎癥因子大量釋放，損傷內皮細胞，導致組織灌注壓降低、白細胞／血小板黏附增加、纖維素沉積、紅細胞剛性增加等一系列改變．組織灌注不足導致的缺氧又與炎癥互為因果、相互促進，最終導致器官功能障礙、患者死亡．同時，膿毒癥患者免疫系統失衡，也是導致其預后不佳的主要原因之一．因此，膿毒癥治療中抗炎治療與免疫調理越來越受到關注．

本實驗中通過構造膿毒癥大鼠模型，發現實驗動物肌鈣蛋白和心臟收縮舒張功能都發生異常，提示膿毒癥大鼠出現膿毒癥心肌病，為后續實驗打下基礎．隨后在不同干預方式下，研究各組大鼠的炎癥因子表達水平，結果發現，間充質干細胞組、上清液組的促炎癥因子TNF?α、IL?6表達水平顯著低于膿毒癥組，其表達量與假手術大鼠極為接近，說明間充質干細胞、間充質干細胞分泌物都能抑制過度炎癥反應的作用．

超聲心動圖分析膿毒癥大鼠心功能情況，發現在膿毒癥條件下，大鼠的心功能出現肌鈣蛋白升高、左室LVEF降低，表明膿毒癥的確能造成實驗動物心功能損傷．實驗也發現間充質干細胞組、上清液組的超聲心動圖評價結果明顯優于膿毒癥組，說明間充質干細胞、間充質干細胞分泌物均能夠改善心功能．這可能與間充質干細胞自身特點有關．間充質干細胞具有多向分化能力［13－16］，能夠向心肌細胞轉化，對損傷組織具有修復能力，并且能夠通過自分泌途徑、旁分泌途徑產生抑制炎癥反應和調控免疫功能的作用，因此，間充質干細胞和充質干細胞分泌物均有明顯的治療作用．但是本實驗中充質干細胞組、上清液組MAD水平未見明顯改善，這可能與干預時間短、組織損傷和線粒體損傷修復所需時間長有關，間充質干細胞組對于心肌線粒體功能的影響仍需長期大樣本實驗進行研討．

線粒體是心肌獲取能量的主要場所，線粒體結構和功能受損在心肌損傷的發生發展中有重要影響．SOD作為抗氧化金屬酶能夠反應機體清除氧自由基的能力，MAD作為脂質過氧化產物，能夠反映組織氧化損傷程度和線粒體損傷程度，在一定程度上反應心肌損傷情況．本實驗中分析各組大鼠SOD、MAD水平發現，膿毒癥能顯著降低機體抗氧化能力，同時造成組織細胞脂質過氧化損傷．而間充質干細胞及其上清液能夠提高SOD水平，從而有效保護機體抗氧化能力，發揮保護臟器功能的作用．間充質干細胞組、上清液組的超聲心動圖評價結果明顯優于膿毒癥組，也和間充質干細胞及其上清液能抑制過度的炎癥反應，減輕機體脂質過氧化損傷的機制有關．

綜上所述，膿毒癥大鼠通過過度的炎癥反應、脂質過氧化損傷等機制損傷心臟功能．間充質干細胞及其細胞培養上清可以通過抑制過度炎癥反應，減輕脂質過氧化損傷等功能實現改善膿毒癥大鼠的心臟功能．

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Effects of bone marrow mesenchymal stem cells infusion on proinflammatory cytokines and cardiac function for septic rats

CHENG Ren?Hong，ZHENG Jian?Xin，ZHANG Wei Emergency Department of Fuzhou General Hospital， Fuzhou 350025，China

AIM：To investigate the effect of bone marrow mesenchymal stem cells（BMSCs）infusion on proinflammatory cytokines and cardiac function for sepsis rats．METHODS：The BMSCs were isolated and cultured，and 24 Wistar rats were se?lected and established sepsis model successfully（cecal ligation and puncture，CLP）．According to the random number method，they were randomly divided into sepsis group，mesenchymal stem cells group and supernatant group（mesenchymal stem cells cul?tured upper supernatant），8 rats in each group．Another 8 Wistar rats with sham surgical intervention were selected as sham opera?tion group．Each group was given subcutaneous injection interven?tion for one week．After the intervention，the serum tumor necrosis factor?α（TNF?α），troponin，interleukin?6（IL?6）were detected by double antibody sandwich method．The superoxide dismutase（SOD）in myocardial homogenate and malondialdehyde（MDA）content were detected at the same time．After the treatment，cardi?ac function of each group was evaluated by echocardiography．RESULTS：In mesenchymal stem cells group，TNF?α（1253．701 ±326．960）pg／mL，troponin（79．720±11．352）pg／mL，IL?6（747．596±33．184）pg／mL，LVDS（2．925±0．271）mm and in su?pernatant group，TNF?α（1337．888±201．937）pg／mL，troponin（83．923±14．491）pg／mL，IL?6（749．253±37．118）pg／mL，LVDS（3．013±0．236）mm were significantly lower than those of sepsis group（P＜0．05）．In mesenchymal stem cells group，SOD（108．199±20．081）U／mg，LVEF（77．125±1．808）%and in supernatant group，SOD（109．691±18．609）U／mg，LVEF（77．750±1．669）% were significantly higher than those of sepsis group（P＜0．05），and which were close to the level of sham operation group（P＞0．05）．CONCLUSION：Bone marrow mesenchymal stem cells infusion can improve cardiac function of septic rats with sepsis and its mechanism may be related to its regulating of inflammatory factors expression．

bone marrow mesenchymal stem cells infusion；sep?sis；proinflammatory cytokines；cardiac function

2095?6894（2017）06?20?06

R459．7

A

2017－05－05；接受日期：2017－05－20

福建省自然科學基金（2013J1037）

程仁洪．碩士，主治醫師．研究方向：急診醫學．E?mail：zh?easy＠163．com

張 偉．博士，副主任醫師．研究方向：急診醫學．E?mail：zh?easy＠163．com