论文部分内容阅读
摘 要： 急性肺损伤（ALI）是临床上一种呼吸衰竭疾病，多由于肺内外严重疾病导致，主要表现特征为肺水肿、出血、肺泡间质增厚、肺泡上皮细胞和微血管内皮细胞损伤，嗜中性白血球堆积，大量的蛋白涌入肺部，从而导致急性肺损伤。间充质干细胞（MSC）作为一种具有自我更新和多向分化潜能等多功能的前体细胞，为急性肺损伤的治疗提供了一种新的方法，在药物治疗的同时，间充质干细胞的治疗逐渐成为热点。文章在文献报道的基础上，主要综述了MSC的主要特性及其在ALI的模型中作用机制，重点阐述了间充质干细胞的抗炎、免疫调节、分化、旁分泌等作用机制，最后对间充质干细胞作为治疗药物加以展望。
关键词： 急性肺损伤；间充质干细胞；细胞治疗；旁分泌
1.急性肺损伤的发病机制
急性肺损伤最早于1960年提出，是一种临床上急性呼吸衰竭为特征的综合症，其表现特征有严重低血氧、肺渗透性增加、肺水肿、炎症浸润和肺泡微血管膜损伤，其中以炎症损伤为最明显特征[1]。尽管急性肺损伤的机制已经明确，但是在过去几十年中许多新的治疗方法被用于急性肺损伤，没有一种药物能够被证实是有效的，全球每年的死亡率仍高达30%-40%[2]。急性肺损伤的发展是由于大量的炎症细胞迁移到肺部，在这些炎症细胞的刺激下导致许多炎症介质的释放，这些炎症介质干扰了肺内皮细胞和肺上皮细胞的完整性，最终导致肺水肿。多数有毒物质，如细菌脂多糖（LPS）也可能改变肺内皮细胞的功能，使其从正常的抗炎状态转化为炎症介质大量累积和高渗透性的状态，内皮细胞的渗透性增加后会使组织水肿恶化[3]。肺组织内部毛细血管网丰富，作为接受全身血液的器官，在炎症情况下，肺部经常性地成为最先遭受炎症损伤的靶器官，因此急性肺损伤的修复关键在于修复内皮细胞通透性从而减轻炎症和蛋白浸润。
2.间充质干细胞的特性
间充质干细胞（Mesenchymastemcell，MSCs）是一种具有自我更新及多向分化潜能的未分化细胞，来源于中胚层，在临床上广泛应用于多种疾病。MSCs存在于骨髓，肌肉，脂肪，羊水，骨骼肌，滑膜，真皮等多种组织中，便于分离获取。作为干细胞家族的重要成员，能够在体外分化为软骨、脂肪、成骨、肌肉、肝、肾、心肌、脑细胞等组织细胞，这些性质表明其能够应用于组织再生。MSCs由于其低免疫原性，同种异体的MSCs能够逃避宿主免疫系统的清除，不会引起机体的免疫反应，这也是MSCs能够为肺损伤提供有效治疗的重要原因之一，增殖能力强和遗传稳定性也是其成为临床细胞治疗的一个强有力的候选手段。
3.MSCs治疗肺损伤的机制
目前，骨髓间充质干细胞作为治疗急性肺损伤的一种潜在的方法，不仅能够通过旁分泌抑制肺部炎症、降低肺损伤，还能够在损伤部位释放可溶性生长因子等，从而增强其治疗效果。随着研究的深入，干细胞越来越多地被用作一种基因载体，通过修饰干细胞使其归巢到损伤位点，高表达特定蛋白保护内皮细胞介导的炎症，参与内皮修复。与之前的细胞治疗相比，移植基因修饰的干细胞能够克服基因表达短效、宿主免疫反应、诱发机体炎症、非特异性细胞靶向等缺点。在损伤情况下，干细胞能够归巢到损伤部位分化为相关细胞对组织进行直接修复。在多种临床模型中，干细胞均能够保护内皮功能紊乱，这也包括脂多糖诱导的内皮细胞损伤模型中。静脉移植干细胞能抑制系统性的炎症、内皮细胞凋亡和坏死，降低内皮细胞的通透性，减少炎症介质累积，增加内皮单层通透性[4]。总体来说，干细胞对于急性肺损伤的修复机制包括旁分泌和细胞募集两种途径。Qin等的研究表明在大鼠LPS诱导的急性肺损伤模型中，通过腹腔注射干细胞后，病理损伤及炎症明显减轻，而在肺部并未检测到预先标记的干细胞，说明干细胞是通过旁分泌作用发挥治疗作用。大量文献证实，尾静脉注射干细胞后实际募集到肺组织的细胞数量极低并不能发挥细胞的治疗作用，这也说明了旁分泌是干细胞发挥治疗的主要途径。在脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤模型中，干细胞参与下调炎症反应，支气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水平显著增加。在肺损伤模型中，移植的干细胞能够募集到受损的肺组织中，分化为肺泡Ⅰ、II上皮细胞、内皮细胞、纤维细胞，从而使受损的组织再生，也能够检测到其通过旁分泌方式释放大量可溶性的抗炎因子和生长因子，这些因子的生物活性包括免疫调节和营养调节作用，并能够通过保护未损伤的细胞或激活宿主自身干细胞形成新组织来调节修复进程[5]。
结束语
综上所述，MSC在急性肺损伤中的治疗作用已经被广泛证实，但也存在一定的缺陷，MSC需要来源于新鲜的全骨髓，并且要求体外大量扩增，对传代的次数也有严格的限制。尽管已有相关临床试验证实了MSC的安全性和有效性，但是如何提高干细胞的归巢率，增强干细胞的治疗效果有待于研究和证实。因此，未来在急性肺损伤领域，随着治疗机制的深入阐明和技术的改进，间充质干细胞移植能够弥补当前急性肺损伤治疗的不足，成为临床治疗的一种有效手段。
参考文献
[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，河南平顶山人，中国药科大学生命科学与技术学院，微生物与生化药学硕士在读，研究方向：微生物与生化药学。
通讯作者：黄凤杰*（1977-），女，湖北武汉人，微生物与生化药学博士，中国药科大学生命科学与技术学院副教授，主要从事微生物与分子生物学研究。邮箱：1285483891@qq.com
关键词： 急性肺损伤；间充质干细胞；细胞治疗；旁分泌
1.急性肺损伤的发病机制
急性肺损伤最早于1960年提出，是一种临床上急性呼吸衰竭为特征的综合症，其表现特征有严重低血氧、肺渗透性增加、肺水肿、炎症浸润和肺泡微血管膜损伤，其中以炎症损伤为最明显特征[1]。尽管急性肺损伤的机制已经明确，但是在过去几十年中许多新的治疗方法被用于急性肺损伤，没有一种药物能够被证实是有效的，全球每年的死亡率仍高达30%-40%[2]。急性肺损伤的发展是由于大量的炎症细胞迁移到肺部，在这些炎症细胞的刺激下导致许多炎症介质的释放，这些炎症介质干扰了肺内皮细胞和肺上皮细胞的完整性，最终导致肺水肿。多数有毒物质，如细菌脂多糖（LPS）也可能改变肺内皮细胞的功能，使其从正常的抗炎状态转化为炎症介质大量累积和高渗透性的状态，内皮细胞的渗透性增加后会使组织水肿恶化[3]。肺组织内部毛细血管网丰富，作为接受全身血液的器官，在炎症情况下，肺部经常性地成为最先遭受炎症损伤的靶器官，因此急性肺损伤的修复关键在于修复内皮细胞通透性从而减轻炎症和蛋白浸润。
2.间充质干细胞的特性
间充质干细胞（Mesenchymastemcell，MSCs）是一种具有自我更新及多向分化潜能的未分化细胞，来源于中胚层，在临床上广泛应用于多种疾病。MSCs存在于骨髓，肌肉，脂肪，羊水，骨骼肌，滑膜，真皮等多种组织中，便于分离获取。作为干细胞家族的重要成员，能够在体外分化为软骨、脂肪、成骨、肌肉、肝、肾、心肌、脑细胞等组织细胞，这些性质表明其能够应用于组织再生。MSCs由于其低免疫原性，同种异体的MSCs能够逃避宿主免疫系统的清除，不会引起机体的免疫反应，这也是MSCs能够为肺损伤提供有效治疗的重要原因之一，增殖能力强和遗传稳定性也是其成为临床细胞治疗的一个强有力的候选手段。
3.MSCs治疗肺损伤的机制
目前，骨髓间充质干细胞作为治疗急性肺损伤的一种潜在的方法，不仅能够通过旁分泌抑制肺部炎症、降低肺损伤，还能够在损伤部位释放可溶性生长因子等，从而增强其治疗效果。随着研究的深入，干细胞越来越多地被用作一种基因载体，通过修饰干细胞使其归巢到损伤位点，高表达特定蛋白保护内皮细胞介导的炎症，参与内皮修复。与之前的细胞治疗相比，移植基因修饰的干细胞能够克服基因表达短效、宿主免疫反应、诱发机体炎症、非特异性细胞靶向等缺点。在损伤情况下，干细胞能够归巢到损伤部位分化为相关细胞对组织进行直接修复。在多种临床模型中，干细胞均能够保护内皮功能紊乱，这也包括脂多糖诱导的内皮细胞损伤模型中。静脉移植干细胞能抑制系统性的炎症、内皮细胞凋亡和坏死，降低内皮细胞的通透性，减少炎症介质累积，增加内皮单层通透性[4]。总体来说，干细胞对于急性肺损伤的修复机制包括旁分泌和细胞募集两种途径。Qin等的研究表明在大鼠LPS诱导的急性肺损伤模型中，通过腹腔注射干细胞后，病理损伤及炎症明显减轻，而在肺部并未检测到预先标记的干细胞，说明干细胞是通过旁分泌作用发挥治疗作用。大量文献证实，尾静脉注射干细胞后实际募集到肺组织的细胞数量极低并不能发挥细胞的治疗作用，这也说明了旁分泌是干细胞发挥治疗的主要途径。在脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤模型中，干细胞参与下调炎症反应，支气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水平显著增加。在肺损伤模型中，移植的干细胞能够募集到受损的肺组织中，分化为肺泡Ⅰ、II上皮细胞、内皮细胞、纤维细胞，从而使受损的组织再生，也能够检测到其通过旁分泌方式释放大量可溶性的抗炎因子和生长因子，这些因子的生物活性包括免疫调节和营养调节作用，并能够通过保护未损伤的细胞或激活宿主自身干细胞形成新组织来调节修复进程[5]。
结束语
综上所述，MSC在急性肺损伤中的治疗作用已经被广泛证实，但也存在一定的缺陷，MSC需要来源于新鲜的全骨髓，并且要求体外大量扩增，对传代的次数也有严格的限制。尽管已有相关临床试验证实了MSC的安全性和有效性，但是如何提高干细胞的归巢率，增强干细胞的治疗效果有待于研究和证实。因此，未来在急性肺损伤领域，随着治疗机制的深入阐明和技术的改进，间充质干细胞移植能够弥补当前急性肺损伤治疗的不足，成为临床治疗的一种有效手段。
参考文献
[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，河南平顶山人，中国药科大学生命科学与技术学院，微生物与生化药学硕士在读，研究方向：微生物与生化药学。
通讯作者：黄凤杰*（1977-），女，湖北武汉人，微生物与生化药学博士，中国药科大学生命科学与技术学院副教授，主要从事微生物与分子生物学研究。邮箱：1285483891@qq.com