間充質干細胞治療急性肺損傷的研究進展

王旭昉 黃鳳杰

摘 要： 急性肺損傷（ALI）是臨床上一種呼吸衰竭疾病，多由于肺內外嚴重疾病導致，主要表現特征為肺水腫、出血、肺泡間質增厚、肺泡上皮細胞和微血管內皮細胞損傷，嗜中性白血球堆積，大量的蛋白涌入肺部，從而導致急性肺損傷。間充質干細胞（MSC）作為一種具有自我更新和多向分化潛能等多功能的前體細胞，為急性肺損傷的治療提供了一種新的方法，在藥物治療的同時，間充質干細胞的治療逐漸成為熱點。文章在文獻報道的基礎上，主要綜述了MSC的主要特性及其在ALI的模型中作用機制，重點闡述了間充質干細胞的抗炎、免疫調節、分化、旁分泌等作用機制，最后對間充質干細胞作為治療藥物加以展望。

關鍵詞： 急性肺損傷；間充質干細胞；細胞治療；旁分泌

1.急性肺損傷的發病機制

急性肺損傷最早于1960年提出，是一種臨床上急性呼吸衰竭為特征的綜合癥，其表現特征有嚴重低血氧、肺滲透性增加、肺水腫、炎癥浸潤和肺泡微血管膜損傷，其中以炎癥損傷為最明顯特征[1]。盡管急性肺損傷的機制已經明確，但是在過去幾十年中許多新的治療方法被用于急性肺損傷，沒有一種藥物能夠被證實是有效的，全球每年的死亡率仍高達30%-40%[2]。急性肺損傷的發展是由于大量的炎癥細胞遷移到肺部，在這些炎癥細胞的刺激下導致許多炎癥介質的釋放，這些炎癥介質干擾了肺內皮細胞和肺上皮細胞的完整性，最終導致肺水腫。多數有毒物質，如細菌脂多糖（LPS）也可能改變肺內皮細胞的功能，使其從正常的抗炎狀態轉化為炎癥介質大量累積和高滲透性的狀態，內皮細胞的滲透性增加后會使組織水腫惡化[3]。肺組織內部毛細血管網豐富，作為接受全身血液的器官，在炎癥情況下，肺部經常性地成為最先遭受炎癥損傷的靶器官，因此急性肺損傷的修復關鍵在于修復內皮細胞通透性從而減輕炎癥和蛋白浸潤。

2.間充質干細胞的特性

間充質干細胞（Mesenchymastemcell，MSCs）是一種具有自我更新及多向分化潛能的未分化細胞，來源于中胚層，在臨床上廣泛應用于多種疾病。MSCs存在于骨髓，肌肉，脂肪，羊水，骨骼肌，滑膜，真皮等多種組織中，便于分離獲取。作為干細胞家族的重要成員，能夠在體外分化為軟骨、脂肪、成骨、肌肉、肝、腎、心肌、腦細胞等組織細胞，這些性質表明其能夠應用于組織再生。MSCs由于其低免疫原性，同種異體的MSCs能夠逃避宿主免疫系統的清除，不會引起機體的免疫反應，這也是MSCs能夠為肺損傷提供有效治療的重要原因之一，增殖能力強和遺傳穩定性也是其成為臨床細胞治療的一個強有力的候選手段。

3.MSCs治療肺損傷的機制

目前，骨髓間充質干細胞作為治療急性肺損傷的一種潛在的方法，不僅能夠通過旁分泌抑制肺部炎癥、降低肺損傷，還能夠在損傷部位釋放可溶性生長因子等，從而增強其治療效果。隨著研究的深入，干細胞越來越多地被用作一種基因載體，通過修飾干細胞使其歸巢到損傷位點，高表達特定蛋白保護內皮細胞介導的炎癥，參與內皮修復。與之前的細胞治療相比，移植基因修飾的干細胞能夠克服基因表達短效、宿主免疫反應、誘發機體炎癥、非特異性細胞靶向等缺點。在損傷情況下，干細胞能夠歸巢到損傷部位分化為相關細胞對組織進行直接修復。在多種臨床模型中，干細胞均能夠保護內皮功能紊亂，這也包括脂多糖誘導的內皮細胞損傷模型中。靜脈移植干細胞能抑制系統性的炎癥、內皮細胞凋亡和壞死，降低內皮細胞的通透性，減少炎癥介質累積，增加內皮單層通透性[4]。總體來說，干細胞對于急性肺損傷的修復機制包括旁分泌和細胞募集兩種途徑。Qin等的研究表明在大鼠LPS誘導的急性肺損傷模型中，通過腹腔注射干細胞后，病理損傷及炎癥明顯減輕，而在肺部并未檢測到預先標記的干細胞，說明干細胞是通過旁分泌作用發揮治療作用。大量文獻證實，尾靜脈注射干細胞后實際募集到肺組織的細胞數量極低并不能發揮細胞的治療作用，這也說明了旁分泌是干細胞發揮治療的主要途徑。在脂多糖誘導的小鼠急性肺損傷模型中，干細胞參與下調炎癥反應，支氣管肺泡灌洗液中促炎因子TNF-α，ICAM-1，VCAM-1，TNF-α和IL-6等水平降低，而抗炎因子IL-10水平顯著增加。在肺損傷模型中，移植的干細胞能夠募集到受損的肺組織中，分化為肺泡Ⅰ、II上皮細胞、內皮細胞、纖維細胞，從而使受損的組織再生，也能夠檢測到其通過旁分泌方式釋放大量可溶性的抗炎因子和生長因子，這些因子的生物活性包括免疫調節和營養調節作用，并能夠通過保護未損傷的細胞或激活宿主自身干細胞形成新組織來調節修復進程[5]。

結束語

綜上所述，MSC在急性肺損傷中的治療作用已經被廣泛證實，但也存在一定的缺陷，MSC需要來源于新鮮的全骨髓，并且要求體外大量擴增，對傳代的次數也有嚴格的限制。盡管已有相關臨床試驗證實了MSC的安全性和有效性，但是如何提高干細胞的歸巢率，增強干細胞的治療效果有待于研究和證實。因此，未來在急性肺損傷領域，隨著治療機制的深入闡明和技術的改進，間充質干細胞移植能夠彌補當前急性肺損傷治療的不足，成為臨床治療的一種有效手段。

參考文獻

[1]Wang， H. et al. Mesenchymal stem cells microvesicles stabilize endothelial barrier function partly mediated by hepatocyte growth factor （HGF）. Stem cell research & therapy 8， 211， doi：10.1186/s13287-017-0662-7 （2017）.

[2]Wilson， J. G. et al. Mesenchymal stem （stromal） cells for treatment of ARDS： a phase 1 clinical trial. The Lancet Respiratory Medicine 3， 24-32， doi：10.1016/s2213-2600（14）70291-7 （2015）.

[3]Vitiello， L. et al. Microvascular inflammation in atherosclerosis. Ijc Metabolic & Endocrine 3， 1-7 （2014）.

[4]Qi， D. et al. Vaspin protects against LPS-induced ARDS by inhibiting inflammation， apoptosis and reactive oxygen species generation in pulmonary endothelial cells via the Akt/GSK-3β pathway. International Journal of Molecular Medicine 40， 1803-1817 （2017）.

[5]Katsha， A. M. et al. Paracrine factors of multipotent stromal cells ameliorate lung injury in an elastase-induced emphysema model. Molecular Therapy the Journal of the American Society of Gene Therapy 19， 196 （2011）.

作者簡介：王旭昉（1993-），男，河南平頂山人，中國藥科大學生命科學與技術學院，微生物與生化藥學碩士在讀，研究方向：微生物與生化藥學。

通訊作者：黃鳳杰*（1977-），女，湖北武漢人，微生物與生化藥學博士，中國藥科大學生命科學與技術學院副教授，主要從事微生物與分子生物學研究。郵箱：1285483891@qq.com