骨髓間充質干細胞治療膿毒癥相關性器官損傷的研究進展

尹云玉 修光輝 凌斌 孫潔

作者單位：650021 云南昆明，昆明醫科大學第四附屬醫院重癥醫學科

膿毒癥一直是醫療界的難題，盡管目前有良好的監護措施和診斷方法，但近數十年來，膿毒癥的發病率仍居高不下，病死率高達25%～30%，發展為膿毒性休克的患者的病死率高達40%～50%[1]。膿毒癥病因較多，感染、創傷、休克等均可誘發。膿毒癥爆發后，機體呈現出炎性因子大量釋放、免疫功能紊亂、凝血功能異常的狀態，甚至誘發臟器的損傷，包括腦、肺、心、肝、腎等重要臟器的損傷。若不及時合理采取治療措施，可發展為多器官功能障礙綜合征，增加治療難度。

BMSCs來源于骨髓，是一種區別于造血干細胞的多能干細胞。BMSCs不僅具有干細胞自我復制和多向分化的能力，更具有低免疫原性的特性，因此移植BMSCs用于治療疾病得到醫學研究者的關注。既往大量研究顯示，BMSCs能有效修復創傷、毒物、缺血性疾病、免疫性疾病等引起的器官損傷，改善器官功能。有研究發現，BMSCs能高效表達腫瘤壞死因子α-1受體（sTNFR1），阻斷炎性因子TNF-α的作用，降低血清促炎因子IL-1、IL-6的水平，減輕膿毒癥相關性凝血功能障礙。另外，BMSCs還能遷移歸巢至受損組織或臟器，參與其修復，降低膿毒癥死亡率[2，3]。有學者發現，BMSCs可減輕不同類型的膿毒癥動物模型的器官損傷，其治療效果應尤其體現在對受損的肺、腎、肝[4]。本研究就近年來BMSCs治療膿毒癥相關性器官損傷的相關報道作一綜述。

1 肺損傷

肺部血流豐富，毒素、細菌容易到達肺部，因此，肺是膿毒癥患者較常見的受損臟器之一。同理，靜脈移植的BMSCs也容易歸巢至肺部，發揮其治療作用，修復受損肺組織。膿毒癥相關性肺損傷動物的肺部往往出現肺大泡、肺間隔增厚、炎性細胞浸潤、肺間質充血水腫、肺泡腔內透明膜形成等病理改變。及時給予BMSCs移植治療，可明顯降低肺大泡發生率，減輕肺間質充血水腫，減少炎性細胞浸潤數量，增加肺部氣體交換率[5]。BMSCs對肺損傷的治療機制為：①上調受損肺部Claudin-4的表達水平，預防肺水腫[6]；②表達表面活性蛋白質-C（SP-C），保護肺泡上皮和內皮細胞屏障，提高肺泡結構的穩固性[6,7]；③減少膠原纖維形成，減輕肺纖維化[8]；④歸巢至肺損傷炎癥反應明顯的肺組織和氣管組織區域 ，并分化為肺泡I型上皮細胞、肺泡Ⅱ型上皮細胞和肺血管內皮細胞，參與受損組織修復[9]；⑤減弱肺泡巨噬細胞活性，抑制巨噬細胞向I型巨噬細胞極化，使其促炎細胞因子巨噬細胞炎性蛋白-2表達減少，進而減少中性粒細胞浸潤[7,10]；⑥增強體內超氧化物歧化酶（SOD）的活性，抑制丙二醛（MDA）和髓過氧化物酶（MPO）生成，從而達到抗氧化、清除氧自由基的效應,保護肺組織[11]。膿毒癥相關性肺損傷發病機制復雜，不僅涉及多種炎性介質和效應細胞，也作用于復雜的信號通路網。BMSCs的治療作用與抑制NF-κ B信號通路和Wnt信號通路也有一定聯系[12,13]。

2 肝損傷

肝是體內參與代謝、合成、解毒等過程的重要臟器，易受病原體、藥物、毒物、自身免疫性疾病累及，輕者表現為肝損傷，重者可出現肝功能衰竭。膿毒癥患者往往發生繼發肝損傷，嚴重影響機體代謝、合成、解毒功能，甚至威脅患者生命。膿毒癥相關的肝損傷往往表現為過度的炎性反應，肝功能的受損及肝細胞的凋亡，且呈現出不同程度的肝功能障礙。臨床上治療多以抗炎、保肝等對癥治療為主，但療效有限。膿毒癥小鼠肝臟病理切片顯示，庫普弗細胞顯著增生，肝竇充血，肝細胞空泡樣變性，肝匯管區大量炎性細胞浸潤[14]。

目前，國內外有大量關于BMSCs治療膿毒癥相關性肝損傷的實驗研究，得到了對臨床應用具有參考價值的研究成果。對膿毒癥小鼠血液檢測發現，肝功能指標AST、ALT顯著升高，而BMSCs治療后兩項指標水平較常規治療組降低，白蛋白水平增加，提示BMSCs具有保肝功能，且優于常規治療法。BMSCs移植治療可明顯提高膿毒癥小鼠生存率，差異有統計學意義[14]。肝損傷動物給予BMSCs靜脈移植后，血清活化的caspase-3水平降低，肝細胞凋亡減少，而生存素（survivin）基因、細胞外調節蛋白激酶（ERK）基因表達水平增加[15,16]。這兩者的表達產物分別抑制細胞凋亡、調節細胞有絲分裂，此效應有利于肝損傷后細胞修復。此外，BMSCs可降低體內炎性介質HMGB1水平、增加血紅素加氧酶1（HO-1）的水平、減少多形核中性粒細胞（Polymorphonuclear neutrophil，PMN）的滲入等作用，發揮了重要的抗炎和抗凋亡功能，并促使肝細胞再生，延緩病情進展[13,17]。You等[18]發現，BMSCs分泌的前列腺素E2（PGE2），抑制庫普弗細胞活性，對過度的炎性反應起到抑制效應。已有大量研究表明，BMSCs分泌的細胞外囊泡具有重要的生理功能，其中富含Y-RNA-1，可參與肝損傷的修復，保護肝細胞[19]。受損后的肝臟可發生纖維化，影響其功能恢復，BMSCs分泌的BMP7，抵消轉化生長因子β1（TGF-β1）的作用，抑制肝纖維化[20]。

3 心肌損傷

膿毒癥發生后，嚴重的促炎和抗炎因子的失衡，可引起心肌功能受損，甚至出現心力衰竭。心臟彩超發現，膿毒癥大鼠左室舒張末壓顯著升高，心臟排血異常。血液檢測顯示，CK-MB及cTnI顯著升高。電鏡結果提示，膿毒癥造模成功后，線粒體腫脹、破碎、形成空泡。心肌纖維則排列紊亂，肌絲斷裂、肌節破壞，最終出現心肌功能抑制[21]。膿毒癥患者往往具有高水平的TNF-α及IL-1,這兩者抑制心肌收縮，激活JNK和NF-κ B相關的炎性反應，產生氧自由基，損傷心肌[22]。過度的炎癥反應、脂質過氧化等也是膿毒癥大鼠心臟功能受損的重要原因。間充質干細胞可以通過抑制過度炎癥反應、減輕脂質過氧化損傷等改善膿毒癥大鼠的心臟功能[23]。BMSCs治療膿毒癥相關性心肌損傷的動物，可作用于調控與心肌收縮、血管平滑肌收縮及舒張相關的基因表達，治療心肌損傷，增強心臟射血能力[24]。保證以冠狀動脈為主的血管的血供，是維持心臟功能及心肌存活的關鍵，豐富的血供也有利于受損后臟器營養和藥物的供給。BMSCs可以通過增加受損后心肌血管增生，促進損傷后心肌修復[25]。 膿毒癥相關性心肌損傷伴有機體免疫反應異常，BMSCs通過激活mTORC2-Akt信號通路，阻斷mTORC1-p70S6K信號通路，調節免疫反應，減輕膿毒癥相關性心肌損傷[26]。

4 腎損傷

腎臟是人體重要的排泄器官。在各種致病因子的作用下，腎小球和腎小管發生結構和（或）功能的損傷。膿毒癥相關性腎損傷往往出現腎小球毛細血管擴張、充血，腎小管上皮細胞水腫、空泡樣變性或者顆粒樣變性，近端腎小管刷狀緣脫落，腎小管損傷評分升高。用LPS誘發小鼠膿毒癥相關性腎損傷，予以BMSCs治療后，小鼠生存率增加，腎功能得以改善[27]。研究表明，BMSCs能在不同程度上降低腎損傷大鼠的BUN和Scr水平，降低急性腎小管壞死評分，保護急性腎損傷相關的小管旁毛細血管改變，如內皮細胞的異常、白細胞漏出、低內皮細胞密度等[21，28]。近年來發現，BMSCs分泌的胞外囊泡（MVs）可改變器官局部和系統的微環境。在急性腎損傷動物模型體內，囊泡內部分因子可誘導小管細胞增殖，促使腎小管再生，促進急性腎損傷修復。在IRI期（缺血再灌注損傷期），單獨注射純化的MVs能預防急性腎損傷和慢性腎損傷，可預防急性腎損傷發展為慢性腎損傷[29]。郎宏等[30]發現，BMSCs可阻斷TGF-β1/Smad3信號通路，降低PAI-1蛋白的表達，減少細胞外基質的累積，平衡纖溶系統，抑制損傷腎纖維化，最終改善腎功能，提高膿毒癥患者的生存率。

5 腸損傷

腸道具有發達的血管網，膿毒癥患者往往出現腸道功能異常，如腸道炎癥，增加治療難度。膿毒癥相關性腸損傷往往伴有腸道通透性增加，可導致體內酸堿平衡紊亂，腸道菌群異位，最終誘發全身性的炎性反應，牽連其它臟器，加重病情。而BMSCs治療可明顯降低這種通透性。病理切片顯示，膿毒癥相關性腸損傷小腸絨毛減少或斷裂，腺體減少，柱狀上皮壞死，炎性細胞滲出增多，出現功能障礙。BMSCs移植治療則可增加絨毛長度，減輕炎癥，保護腸道屏障功能[27]。有學者發現BMSCs可通過TGF-β受體信號通路，作用于巨噬細胞，緩解腸道炎癥[31]。BMSCs也可增加小腸水孔蛋白1（AQP1）的表達，保護小腸毛細血管內皮屏障[32～34]。

6 展望

干細胞治療疾病是目前較熱門的研究方向，具有較大的應用潛能，為膿毒癥治療帶來了希望。BMSCs治療膿毒癥的研究取得了一些進展，其修復受損臟器的作用也得到肯定。但BMSCs在體內是否充分發揮其治療效應還不得而知，有無更有效的方式促使其歸巢并發揮治療作用還需要進一步探討。目前的研究多局限于動物實驗和細胞實驗，離臨床應用的道路還很漫長，相信隨著對干細胞研究的深入，膿毒癥患者將受益于BMSCs移植。