不同来源间充质干细胞治疗急性肺损伤的作用及机制研究

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　　摘要：间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）因其具有多向分化潜能、低免疫原性、可旁分泌多种生物活性因子、免疫调控和自我复制等生物学特性，在急性肺损伤（Acute Lung Injury，ALI）的治疗中具有重要意义。目前，已从多种组织中成功分离出 MSCs，主要包括骨髓、脐带血、人羊膜、脂肪、人胎盘和经血等。在ALI过程中，MSCs具有内在的归巢能力，可以迁移到损伤组织而发挥修复作用，另外还可通过其抗炎作用、旁分泌作用和免疫调控作用对ALI产生治疗效果。
　　关键词：间充质干细胞;来源;急性肺损伤
　　中图分类号：R725.6       文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2019）02-0122-03
　　急性肺损伤（Acute Lung Injury，ALI）是存在于终末气道、肺泡与肺间质的炎症，为临床常见的危重病症。病理表现为：中性粒细胞涌入肺组织，肺上皮细胞和内皮细胞屏障受损，肺毛细血管弥漫性损伤、通透性增强，肺内促炎与抗炎因子失衡[1]。发展至严重阶段为急性呼吸窘迫综合征，表现为炎症引起的肺水肿、严重低氧血症和进行性呼吸衰竭等[2]。
　　目前，臨床上对ALI的治疗多为支持治疗，如呼吸支持，体液管理等，但并无有效的针对性治疗方法。利用保护性机械通气与低潮气量联合是目前ALI的主要治疗策略，该方法虽然一定程度上能改善呼吸困难，但会增加感染几率及炎症反应。研究表明，即使在早期使用了肺保护通气，ALI的死亡率仍超过40%。
　　间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）来源于中胚层，取材广泛，具有自我复制和多向分化潜能，为组织修复提供了丰富的细胞来源。其中，MSCs在特定条件下分化为有功能的肺泡细胞，抑制肺损伤的进一步发展，促进损伤肺组织的修复，对ALI的治疗具有重要意义。本文就不同来源的MSCs：骨髓间充质干细胞（BMSCs）、脐带间充质干细胞（UCMSCs）、人羊膜间充质干细胞（hAMSCs）、脂肪间充质干细胞（ADMSCs）、人胎盘间充质干细胞（hPMSCs）、经血来源的间充质干细胞（MenSCs）在ALI治疗中的作用，以及MSCs治疗ALI的作用机制作一综述。
　　1 不同来源的MSCs对ALI的治疗作用
　　1.1 BMSCs对ALI的治疗作用
　　从骨髓中分离的MSCs具有易提取、易体外培养、多向分化潜能、免疫调节、造血支持等特性，且因主要组织相容性复合体（MHC）MHC II蛋白、MHC I蛋白表达低，故其免疫原性低，移植后机体不会发生排斥反应[3]。与其他来源MSCs相比，BMSCs分泌的营养因子更高[4]。研究表明，BMSCs能直接修复受损组织，并具有抗炎抗氧化的能力，能促进细菌清除，改善肺水肿及降低肺内皮的渗透性[5]，这对促进ALI恢复具有重要临床意义。目前，BMSCs的应用最为广泛及成熟，但随着深入研究，发现BMSCs需要依靠有创的骨髓穿刺获得，同时BMSCs的数量、细胞增殖和分化能力也会随着供者年龄的增加而降低，这很大程度的限制了BMSCs在实际临床治疗中的推进。
　　1.2 UCMSCs对ALI的治疗作用
　　近年来研究发现，UCMSCs是目前除胚胎干细胞之外分化潜能最高的MSCs之一，其安全性己经得到证实[6]，且获取时无需有创操作，细胞生命力旺盛，增殖能力强，具有免疫调节能力，在创伤修复、免疫治疗等研究领域有广阔的应用前景。其可通过减轻炎症损害而改善肺通气功能，为ALI的治疗带来提供了新的思路。然而，UCMSCs由于分离方法困难，操作复杂，尤其是获取机会较少，需要在婴儿出生时即进行准备等，也限制了其在临床上的应用。
　　1.3 hAMSCs对ALI的治疗作用
　　hAMSCs来源于胎盘羊膜组织的间质层，细胞增殖能力强。人类羊膜组织是位于胎膜最内层胎儿绒毛膜表面的一层无淋巴管及血管的光滑半透明薄膜[7]，可在孕妇生产时获取，利用不会对产妇和新生儿产生不利影响。人类羊膜组织为分娩后的废弃物，可通过无创性操作获得大量的标本，符合伦理学要求。hAMSCs避免了胚胎干细胞应用的伦理学争议，为ALI等多种疾病的治疗带来了新希望。hAMSCs具有低免疫原性，而且具有比BMSCs更低的免疫原性[8]，为其通过移植治疗ALI奠定了基础。
　　1.4 ADMSCs对ALI的治疗作用
　　ADMSCs可从抽脂术产生的医疗废弃脂肪组织中分离得到，也是MSCs的重要来源之一。在实验室能以侵入性较小的方法获得300倍BMSCs数量的ADMSCs。因其具有取材容易、来源广泛、不涉及伦理问题等优点而深受研究者喜爱[9]。ADMSCs可应用于皮肤组织、肝脏组织、软骨和骨组织等的再生，为很多疾病提供了治疗方案，在修复、替换、维持或增强组织和器官的研究领域，显示出强大的医学再生功能[10]。
　　1.5 hPMSCs对ALI的治疗作用
　　胎盘中存在MSCs，较其他来源的MSCs相比，其抗炎能力更强，在肺部炎性疾病的治疗方面具有明显优势[11]，而肺部强烈炎症反应破坏肺泡-毛细血管屏障导致肺水肿是引起ALI顽固性低氧血症的主要原因。
　　1.6 MenSCs对ALI的治疗作用
　　MenSCs是一种从女性经血中分离获得的新型间充质干细胞，具有取材简便、易得，安全无毒副作用等优势。较其他来源的MSCs来说，MenSCs没有伦理及创伤方面的困扰，且能不断地规律地从相同的供体定期收集并确保获得遗传背景相同的MSCs。MenSCs作为一种新兴的细胞正受到广泛的关注[12]，Alcayaga-Miranda等[13]指出，MenSCs在肝损伤、肺纤维化等多种疾病中对损伤部位均表现出明显的趋向性特点，联合对症治疗措施可提高治疗效果，改善患者预后和提高其生存质量。 　　2 MSCs治疗ALI的作用机制
　　2.1 MSCs 的归巢和定植
　　在ALI过程中，损伤部位的炎症反应促进干细胞归巢，一方面炎症反应使血管变窄、血流速度发生变化，促进MSCs向损伤部位迁移[14] ;另一方面，損伤组织和炎性细胞释放的炎症因子和趋化因子可诱导 MSCs增殖，促进内外源性MSCs主动向损伤部位迁移[15]。郑凯等[16]通过移植BMSCs，观察其对急性放射性肺损伤大鼠的治疗效果，发现BMSCs可以迁移至放射性损伤的肺组织，从而促进放射性肺损伤组织的修复。
　　2.2 MSCs的抗炎作用
　　孙合圣等[17]发现外源性MSCs可向受损肺脏迁移，发挥抗炎作用，并且其作用强度与MSCs的剂量相关。高新星等[18]利用雾化吸入脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）制备ALI模型，LPS可刺激炎性细胞产生TNF-α，损伤肺血管内细胞和肺泡Ⅱ型上皮细胞（alveolar type II epithelial cells，AECⅡ）。此外，IL-1β主要由中性粒细胞及单核巨噬细胞产生，不仅能对机体产生毒性，还可增强组织细胞对TNF-α的敏感性。通过移植BMSCs可在一定程度上降低IL-1β和TNF-α水平，抑制ALI肺组织的炎症反应而减轻 LPS对AECⅡ的损伤并促进肺组织损伤的修复。
　　2.3 MSCs 的旁分泌作用
　　MSCs的旁分泌作用对抗肺纤维化具有重要作用。Cargnoni等[19]仅通过输注培养hAMSCs的上清液来治疗博来霉素诱导的肺纤维化，不需移植hAMSCs却同样具有治疗作用，表明干细胞旁分泌免疫调节作用可减轻肺损伤。同时，有研究通过条件培养基治疗实验证实UCMSCs治疗ALI的主要机制是旁分泌功能，其旁分泌因子前列腺素E2发挥了重要作用。
　　有研究发现[20]，输入外源性BMSCs能在 ALI 肺损伤部位旁分泌角质细胞生长因子（keratinocyte growth factor，KGF）和肝细胞生长因子，稳定毛细血管内皮和肺泡上皮的膜稳定性，抗细胞凋亡和保护肺组织，促进肺损伤的修复。KGF是负责维持内皮屏障稳态的关键介质，研究表明BMSCs分泌的KGF能改善内毒素诱导的离体人肺急性呼吸窘迫综合征模型的肺泡液体清除率。以上结果表明，BMSCs移植后，通过其旁分泌作用，增强肺泡对液体的清除能力，清除肺泡内集聚的液体，有效改善肺水肿，降低肺损伤，因此对促进ALI恢复具有重要的临床意义。
　　2.4 MSCs 的免疫调控作用
　　研究已证实，MSCs不仅可逃逸免疫监视，还能在体内、外发挥强大的免疫调节作用，能抑制B细胞、T细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞等免疫细胞。刘婷等[1]将PMSCs与ALI患者的外周血淋巴细胞共培养，发现PMSCs能抑制ALI患者淋巴细胞的增殖与炎性因子IFN-γ的表达，并促进抗炎因子IL-10的表达。进一步流氏细胞术检测发现，PMSCs的存在明显下调了CD4+T淋巴细胞和CD8+T淋巴细胞的比例，说明PMSCs可在一定范围内抑制ALI患者淋巴细胞的免疫反应，为其在临床治疗ALI等炎性疾病提供了实验依据。
　　3 展望
　　MSCs具有多向分化、迁移归巢、抗炎及免疫调控等特性，给ALI的治疗带来了新的希望。然而，目前关于MSCs修复ALI的研究多数集中在基础性实验阶段，随着研究的不断深入，相信这些问题很快会得到解决。总之，MSCs移植在治疗ALI方面有广阔的临床应用前景。
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