間充質干細胞與子癇前期發病及治療相關研究進展

樊亞楠 王永紅

子癇前期(pre-eclampsia,PE)是指妊娠20周后出現新發高血壓和蛋白尿或其他終末器官損害的一種特殊疾病,是圍產期產婦死亡的主要原因之一[1]。PE的確切發病機制尚未闡明,但可能與子宮螺旋動脈重鑄不足、炎癥免疫反應過度激活和血管內皮細胞受損等有關[2]。在治療方面,有研究表明,選擇性分娩可以降低34周以上重度PE患者發生PE相關并發癥的風險,但對于34周以下的PE患者仍然沒有較好的治療方法[3]。間充質干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一種多能成體干細胞[4],能夠自我更新并在體外分化成不同種類的組織,具有低免疫原性、趨化性、自我更新性以及多向分化性等特性[5]。MSCs可以作為PE治療的潛在新療法[6]。近期研究發現,MSCs可以通過線粒體途徑、炎癥相關信號通路的激活、微小RNA(MicroRNA,miRNA)的調控、外泌體以及藥物配合干預等生物化學調控調節細胞的功能,改變細胞的行為,從而達到治療PE的目的。具體的研究進展包括以下幾個方面。

一、MSCs與炎癥相關信號通路的激活

細胞信號通路的調控在MSCs的治療中起著關鍵作用[7]。有研究發現,相比于正常孕婦,PE患者的血清與胎盤組織中核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)表達較高,增加了促炎細胞因子的產生,加重炎癥免疫反應[8]。Su等[9]研究表明,MSCs可以通過抑制NF-κB途徑誘導中性粒細胞凋亡,減輕炎癥免疫反應,延緩PE的病理生理進程。Al-Otaibi等[10]研究發現,MSCs可以通過降低受傷組織中的NF-κB水平來緩解炎癥,同時MSCs還可促進傷口組織的血管生成。Nazarinia等[11]研究表明,Wnt/β-catenin信號通路可以抑制腫瘤壞死因子(Necrosis Factor α,TNF-α)的表達并增加白細胞介素-10(interleukin-10,IL-10)的表達,MSCs可以通過增加 Wnt/β-catenin信號通路的表達減輕炎癥免疫反應和缺血再灌注損傷。Kong等[12]研究發現,mTOR通路在TNF-α誘導的炎癥級聯反應中很重要,MSCs可以通過抑制AKT-mTOR-S6K1通路減輕炎癥的表現。以上研究提示,MSCs可以通過調控各種炎癥通路緩解炎癥免疫反應,減輕缺血再灌注損傷,延緩PE患者的病理生理進程。

二、MSCs與miRNA的調控

有研究發現,miR-19a/19b過表達可以提高MSCs的體內外存活能力并抑制心肌炎性細胞的浸潤和促炎性細胞因子的表達,提示miR19a/19b可以提高MSCs的治療潛力[13]。Qu等[14]研究發現,miRNA-126-3p過表達的MSCs增強了內皮細胞在體內的增殖和遷移,促進內皮細胞的的修復,同時也增強了MSCs的分化能力。Pers等[15]研究發現,miR-155的過表達可以增強MSCs的免疫抑制功能,同時調節炎癥基因的表達,并將免疫反應轉向抗炎反應。Li等[16]研究發現,抑制MSCs中的miR-29a表達可通過JAK2/STAT3途徑促進卵泡抑素樣蛋白1(Follistatin-like 1 ,FSTL1)分泌從而抑制細胞凋亡。Gu等[17]研究表明,通過上調微小RNA-30a(microRNA-30a,miR-30a)減弱AVEN基因的表達促進了MSCs的生長和增殖,增加了滋養細胞的遷移和臍靜脈內皮細胞的形成,減少PE的發生。以上研究提示,miRNA可以作為調節MSCs功能與作用的靶點,改善滋養細胞的侵襲能力,促進滋養細胞和內皮細胞增殖并減輕炎癥免疫反應,為PE的臨床治療提供了新的角度。

三、MSCs與線粒體途徑

近年研究發現,PE胎盤的線粒體水平和控制線粒體結構與功能的分子途徑異常可能導致胎盤炎癥、氧化應激和細胞凋亡[18]。MSCs中的線粒體由于能量需求較少而顯示出低活性狀態,其可以通過高氧化能量需求從MSCs轉移到線粒體功能失調的細胞,調節它們的細胞代謝,幫助再生和修復損傷[19]。Seok等[20][21]研究發現,MSCs可以減少滋養層細胞死亡并加速其增殖并且可以使滋養層中的線粒體活性氧表達增加,誘導其耗氧和ATP代謝,減少線粒體損傷。進一步研究發現,MSCs通過調節推定激酶1(putative kinase1,PINK1)和parkin RBR E3泛素蛋白連接酶(parkin RBR E3 ubiquitin protein ligase,PARKIN)之間的表達平衡調節滋養層細胞中的線粒體損傷,改變線粒體動力,增加滋養層的侵襲活性,促進胎盤的正常發育,減少PE的發生。Wang等[22]研究表明,MSCs可通過調節Mfn2的表達改變線粒體結構,改善滋養層細胞功能。上調X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)的表達和下調半胱天冬氨酸蛋白酶-9(cysteine containing aspartate-9,Caspase-9)的表達均可以減少線粒體凋亡途徑的激活并改善線粒體超微結構,抑制胎盤滋養細胞凋亡,與減少PE的發生有著密切聯系[23]。Deng等[24]研究發現,XIAP過表達與MSCs相互作用可以改善病理性損傷。Li等[25]研究表明,MSCs的外泌體可以抑制Caspase-9的表達水平,減少細胞凋亡。以上研究說明,通過線粒體途徑和改變線粒體結構與功能可以增加滋養細胞的侵襲,修復ROS積累導致的氧化損傷,促進胎盤正常發育,為治療PE提供新型潛在治療策略。

四、MSCs與外泌體

近年研究發現,MSCs會分泌形成外泌體,即間充質干細胞來源的外泌體(Mesenchymal stem cell extracellular vesicles,MSC-EVs),MSC-EVs含有蛋白質、DNA和微小RNA(MicroRNA,miRNA),它們可以被遞送到受體細胞并改變細胞的行為[26]。Li等[27]研究表明,MSC-EVs可以通過上調三結構域包含蛋白72(tripartite motif containing 72,TRIM72)的表達,促進P53泛素化和蛋白酶體降解,降低滋養層細胞的凋亡率,減少胎盤動脈重鑄不足。巨噬細胞有兩種可以互相轉化的表型,根據其表面特征和分泌的細胞因子分為M1型和M2型,M2型表現為抗炎作用,可以提升母體對胎兒的耐受性并參與組織重塑和細胞增殖[28-29]。Cao等[30]研究表明,MSC-EVs促進了巨噬細胞增殖,增加了M2表型標志物 CD163、CD200R 和IL-10的表達。提示MSC-EVs可以調節巨噬細胞的M1/M2表型之間的平衡,緩解炎癥免疫反應。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factors,VEGF)家族受體包括VEGFR-1和VEGFR-2,其發揮的作用失調會促進PE的發展[31]。Gangadaran等[32]研究表明,MSC-EVs可以促進血管內皮細胞中VEGFR1和VEGFR2表達,增強與內皮細胞的相互作用,促進新生血管生成,恢復血液灌流,減少血管內皮損傷。以上研究表明,MSC-EVs可以通過減輕螺旋動脈不完全重塑和炎癥免疫反應,直接或間接修復血管內皮損傷,發揮對PE的治療作用。

五、MSCs與藥物配合干預

盡管MSCs可以通過各種分子機制發揮治療作用,但在動物疾病模型中,MSCs的生存和遷移能力會受到周圍環境的影響,從而會影響其治療作用[33]。Al-Otaibi等[10]研究發現,褪黑激素(Melatonin,MEL)可以通過防止氧化,抑制細胞衰老,維持和控制細胞干性,改善MSCs體外傳代后的功能。 在MSCs與MEL聯合治療中,促炎細胞因子水平顯著降低,NF-κB水平顯著降低,VEGF和TGF-β表達顯著增加,表明MEL增強了MSCs的抗炎作用并促進了血管生成,加速受傷組織的愈合。Prakoeswa等[34]研究發現,白藜蘆醇可以促進MSCs的HGF,PDGF和TGF-β1分泌,刺激MSCs分泌增殖和生長因子,增加MSCs的治療效果。Lee等[35]研究發現,乙硫煙酰胺可以促進MSCs的增殖和遷移并刺激MSCs中包括神經營養因子和生長因子在內的旁分泌因子的分泌,增加了MSCs在移植后的存活時間。以上研究表明,MSCs的增殖和遷移能力,旁分泌能力以及修復能力可能因為藥物的誘導所增強,這在一定程度上提高了MSCs的存活率和基于MSCs治療的有效性,同時也為以后MSCs臨床治療PE提供了更加有效的策略。

綜上所述,MSCs作為一種新型細胞治療方法,可以通過改善滋養細胞缺血缺氧、螺旋動脈不完全重塑,減輕氧化應激和全身的炎癥免疫反應,直接或間接修復血管內皮損傷,在PE發生和發展的各個環節產生積極作用,目前的研究為MSCs成為PE潛在的臨床治療手段提供理論依據。