發布時間：2020-02-21所屬分類：醫學職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要背景：間充質干細胞療法作為一種新興的治療方案，在治療肺損傷方面具有很大的前景優勢。目的：綜述間充質干細胞治療肺損傷的作用和保護機制，以期為臨床治療肺損傷提供理論依據。方法：檢索萬方、CNKI、PubMed、WebofScience等數據庫2001年5月至2019年5
摘要背景：間充質干細胞療法作為一種新興的治療方案，在治療肺損傷方面具有很大的前景優勢。目的：綜述間充質干細胞治療肺損傷的作用和保護機制，以期為臨床治療肺損傷提供理論依據。方法：檢索萬方、CNKI、PubMed、WebofScience等數據庫2001年5月至2019年5月期間關于間充質干細胞應用于肺損傷的文獻，檢索詞分別為“間充質干細胞，肺損傷，肺”和“mesenchymalstemcells，lunginjury，pulmonaryinjury”。排除陳舊以及重復的觀點，將檢索到的文獻進行整理，共納入53篇文獻來進行分析。結果與結論：①梳理了間充質干細胞的定義、生物學特性及治療肺損傷的機制，發現其可通過自身作用以及產生多種細胞因子和外泌體來治療肺損傷;②總結了間充質干細胞治療肺損傷的相關信號通路，例如PI3K/AKT信號通路、Wnt信號通路、NF-κB信號通路;③總結發現間充質干細胞與其他藥物聯合應用可以增強治療肺損傷的效果，例如與促紅細胞生成素、皮質類固醇聯合應用等;④上述研究為臨床上應用間充質干細胞治療肺損傷提供了理論依據。
關鍵詞：間充質干細胞;肺損傷;信號通路;保護作用;作用機制;干細胞;細胞因子;外泌體
0引言Introduction
肺損傷是肺疾病的一種常見情況，急性肺損傷嚴重者可發展為急性呼吸窘迫綜合征(acuterespiratorydistresssyndrome，ARDS)，其發病率為26.3/10萬人，致死率高，預后差[1];慢性肺損傷進一步加重可進展為肺纖維化。臨床傳統治療肺損傷的方案仍不能達到滿意的效果，干細胞療法是一種新的治療該疾病的方案，正發揮著極大的治療潛質，目前關于間充質干細胞治療肺損傷的機制有了更深的研究。文章就間充質干細胞治療肺損傷的作用機制作一綜述。
1資料和方法Dataandmethods
1.1資料來源由第一作者檢索萬方、中國期刊全文數據庫(CNKI)、PubMed、WebofScience等數據庫中相關發表的文章。中文檢索詞為“間充質干細胞，肺損傷，肺”，檢索公式為“(間充質干細胞AND肺損傷)OR(間充質干細胞AND肺)”;英文檢索詞為“mesenchymalstemcells,lunginjury,pulmonaryinjury”，檢索公式為“(mesenchymalstemcellsANDlunginjury)OR(mesenchymalstemcellsANDpulmonaryinjury)”。檢索的時間范圍是2001年5月至2019年5月。檢索到中文文獻189篇，英文文獻773篇。
1.2入選標準將文獻進行篩選，去除重復文獻，選擇與研究目的和研究內容緊密聯系的文獻。
1.3質量評估由2人進行信息情報檢索，選取53篇相關文獻進行歸納整理。文獻篩選流程見圖1。
2結果Results
2.1間充質干細胞
2.1.1間充質干細胞的生物學特性間充質干細胞屬于多能干細胞，具有多向分化潛能、造血支持和促進干細胞植入、免疫調控以及自我復制、旁分泌等特點，來源于多種組織類型。在臨床試驗中，間充質干細胞主要來源于成人骨髓，其次是脂肪組織，還可來源于臍帶組織和胎盤組織的產褥丟棄物[2-4]。國際細胞療法協會的間充質和組織干細胞委員會定義了關于人類間充質干細胞的基本標準：首先，在標準條件下培養時，細胞必須是貼壁生長;其次，間充質干細胞表面表達CD105、CD73和CD90，不表達CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79a或CD19及HLA-DR;同時，間充質干細胞在體外可分化為成骨細胞、脂肪細胞和成軟骨細胞[5]。
2.1.2間充質干細胞治療肺損傷的優勢在細胞治療的背景下，間充質干細胞與其他候選細胞類型(如胚胎干細胞或誘導多能干細胞)相比具有易獲得、被自如使用、無需復雜體外操作以及通常具有低致瘤性風險等幾個優點[5]。而且，間充質干細胞經靜脈注射后首先歸巢于肺中[6-7]，這利于更好地發揮治療肺損傷的作用。
2.2間充質干細胞治療肺損傷的機制目前，就間充質干細胞治療肺損傷的研究機制很多，如PI3K/AKT信號通路、Wnt信號通路、NF-κB信號通路、產生的細胞因子、外泌體以及潛在分化趨勢機制等，見圖2，它們在治療肺損傷方面有很大優勢。
2.2.1信號通路
(1)磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信號通路：PI3K是胞內脂質激酶家族成員，可以使磷脂酰肌醇和磷酸肌醇的3'-羥基基團磷酸化，具有調節細胞代謝、存活和極性以及調控囊泡運輸的功能[8-9]。PI3Ks是胰島素和生長因子反應的關鍵成分，它調節新陳代謝和細胞生長[8-11]，活化第二信使，參與細胞分化、增殖、凋亡以及遷徙等[13-14]。CHU等[10]報道通過激活PI3K/AKT信號通路來改善黑炭造成的肺損傷。在缺血再灌注損傷誘導的小鼠模型和氧葡萄糖剝奪/復氧誘導的人肺微血管內皮細胞模型中，骨髓間充質干細胞誘導自噬激活與PI3K/AKT信號通路有關，骨髓間充質干細胞移植可上調自噬誘導因子(包括PI3KⅢ類和LC3-Ⅱ)以及下調負調節因子(PI3KⅠ類)的表達，通過PI3K/AKT信號通路改善自噬水平，減輕肺損傷[11]。同時，還有學者報道自噬在調節間充質干細胞對氧化應激的反應中起著重要的作用[12]。在骨髓間充質干細胞減少炎性細胞因子對Ⅱ型肺泡細胞(alveolartypeIIepithelialcell，AT-Ⅱcell)損傷的機制研究中，可通過角質細胞生長因子(keratinocytegrowthfactor，KGF)依賴的PI3K/AKT/MTOR信號通路改善受損Ⅱ型肺泡細胞的炎癥反應來治療肺損傷[13]。LIN等[14]在誘導大鼠哮喘模型中發現間充質干細胞移植組的氣道炎癥程度和氣道重塑程度明顯受到抑制，且間充質干細胞移植后抑制了肺組織中磷酸化AKT(p-AKT)的表達，這表明間充質干細胞移植可通過PI3K/AKT信號通路在大鼠哮喘模型中抑制肺部炎癥和氣道重塑。在香煙煙霧誘導的肺損傷研究中，使用間充質干細胞條件培養基處理后可通過PI3K/AKT途徑抑制細胞凋亡和促進肺成纖維細胞增殖來實現肺損傷修復[15]。以上研究說明了PI3K/AKT信號通路在肺損傷中起重要作用，間充質干細胞可以通過激活該途徑進而發揮保護肺損傷的作用。
(2)Wnt信號通路：Wnt信號通路在肺泡細胞的發育生長以及損傷修復中起到了重要的作用，在Wnt/β-連環蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路中，Wnt表達增加會抑制β-連環蛋白的產生[6，16-18]。ZHANG等[6]在光氣誘導的鼠肺損傷模型中，轉化生長因子β1和Wnt5a的表達與Wnt3a/β-連環蛋白信號通路的抑制相關，外源性間充質干細胞歸巢于受損的肺組織，通過阻斷轉化生長因子β1和wnt5介導的Wnt3/β-連環蛋白信號傳導的抑制而降低上皮細胞通透性，這表明Wnt/β-連環蛋白信號傳導途徑在肺修復中起重要作用。在大鼠骨髓間充質干細胞與脂多糖誘導巨噬細胞凋亡的體外細胞共培養實驗研究中發現，骨髓間充質干細胞減少了巨噬細胞以適當比例共培養時的細胞凋亡，骨髓間充質干細胞通過抑制Wnt/β-連環蛋白途徑部分減弱巨噬細胞凋亡，降低了caspase-3和促凋亡蛋白Bax的表達，增加抗凋亡蛋白Bcl-2的表達，延長了巨噬細胞的體外壽命，共培養系統中骨髓間充質干細胞可逆轉巨噬細胞中Wnt/β-連環蛋白信號通路的激活[16]。在小鼠間充質干細胞與小鼠肺上皮-12細胞的小氣道生長培養基共培養實驗中，間充質干細胞分化為Ⅱ型肺泡上皮細胞與Wnt信號通路有關，間充質干細胞的增殖性、氧化應激誘導下細胞凋亡的降低以及誘導其向受損的肺組織遷移均與Wnt信號通路相關，同時Wnt信號通路也參與間充質干細胞分化為Ⅱ型肺泡上皮細胞[17]。在SD大鼠急性肺損傷模型中，Wnt信號通路在骨髓間充質干細胞分化為Ⅰ型肺泡上皮細胞中起重要作用，Wnt-1和Wnt-3α信號通路在骨髓間充質干細胞分化為Ⅰ型肺泡上皮細胞過程中被激活[18]。小鼠骨髓間充質干細胞也可通過過表達β-連環蛋白而激活經典Wnt/β-連環蛋白信號通路，進一步提高小鼠骨髓間充質干細胞對上皮損傷的保護，從而對急性呼吸窘迫綜合征小鼠有治療作用，該途徑增加了小鼠骨髓間充質干細胞在肺中的駐留，促進了小鼠骨髓間充質干細胞向Ⅱ型肺泡上皮細胞的分化，改善了肺上皮通透性，減輕急性肺部炎癥，抑制肺纖維化[19]。研究還發現Wnt/β-連環蛋白信號傳導途徑在肺纖維化的病理過程中起重要作用，通過特異性抑制劑來抑制該傳導通路可抑制肺纖維化的發展[20]。間充質干細胞培養過程中加入白細胞介素1β可以刺激間充質干細胞的血管重塑能力，這是由miR-433的過表達導致β-連環蛋白表達增多，從而活化Wnt信號通路實現的[21]。
(3)NF-κB信號通路：NF-κB由一系列轉錄因子組成，這些因子在炎癥、免疫、細胞增殖、分化和存活中起關鍵作用，NF-кB家族包含的轉錄因子控制大量靶基因的表達以適應環境的變化，有助于協調炎癥和免疫應答[22]。間充質干細胞可通過分泌TSG-6，抑制NF-кB信號通路，減少炎癥反應，促進抗炎細胞因子的表達，將巨噬細胞轉化為抗炎表型[23]。在脂多糖誘導的急性肺損傷模型中，間充質干細胞可減少炎癥損傷，通過調節Toll樣受體2和Toll樣受體4介導的NF-кB信號通路從而對急性肺損傷產生保護作用[24]。間充質干細胞還下調了促炎因子腫瘤壞死因子α、白細胞介素6和白細胞介素1β的表達，上調了抗炎因子白細胞介素10的表達[2，4，24]。另外，Toll樣受體4和蛋白酶激活受體1在間充質干細胞的存活以及治療肺損傷中發揮重要作用[25]。SU等[26]報道間充質干細胞條件培養基通過誘導中性粒細胞凋亡從而減弱脂多糖誘導的急性肺損傷也與NF-κB途徑的抑制有關。間充質干細胞還可通過可溶性腫瘤壞死因子α受體1來抑制NF-кBp65的信號傳導，從而抑制心臟和肺部的炎癥反應[27]。
2.2.2旁分泌
(1)分泌細胞因子：間充質干細胞可產生多種細胞因子[28-29]，其可分泌具有細胞保護和修復特性的生長因子、角質細胞生長因子、血管內皮生長因子和肝細胞生長因子等。
角質細胞生長因子又稱成纖維細胞生長因子7，是成纖維細胞生長因子家族中的成員之一，它介導多種組織中表皮或上皮細胞增殖和分化。角質細胞生長因子可以與成纖維細胞生長因子受體結合，激活PI3K途徑，從而對細胞功能發生調控作用[30-31]，其可通過PI3K/AKT/MTOR信號通路來改善受損Ⅱ型肺泡上皮細胞的炎癥以改善肺損傷[13]。角質細胞生長因子也可通過多種機制發揮作用，包括恢復肺內皮和上皮的通透性，并改善肺泡上皮細胞清除肺泡水腫的能力[28]。有研究表明，間充質干細胞可依賴角質細胞生長因子的旁分泌機制促進肺損傷后的修復[32]。角質細胞生長因子是通過刺激上皮細胞增殖進行促進肺上皮修復的關鍵介質，間充質干細胞可減弱肺纖維化，經角質細胞生長因子預處理的間充質干細胞可預防肺纖維化，這種作用部分歸因于間充質干細胞向纖維化肺的動員增強;此外，角質細胞生長因子也可激活與干細胞分化相關的SHH信號傳導途徑，從而間充質干細胞表達角質細胞生長因子的特異性受體，這表明角質細胞生長因子可能對間充質干細胞有促分泌作用[33]。
在使用間充質干細胞條件培養基以及加入肝細胞生長因子和血管內皮生長因子受體抑制劑的實驗中，間充質干細胞條件培養基顯著降低了脂多糖誘導肺損傷的內皮細胞旁通透性和跨細胞通透性，也能降低內皮細胞凋亡和誘導內皮細胞增殖，同時發現間充質干細胞分泌的肝細胞生長因子具有保護肺損傷后的內皮屏障功能，間充質干細胞分泌的血管內皮生長因子可以與肝細胞生長因子協同作用以穩定內皮細胞屏障功能[34]。在接受間充質干細胞注射的高氧誘導的肺損傷模型中，肺組織血管內皮生長因子的表達明顯提高，并且損傷肺內Ⅱ型肺泡上皮細胞的功能得到了改善，潛在說明間充質干細胞的輸注增加了血管內皮生長因子的產生[35]。
將間充質干細胞加入到含肺祖細胞的3D培養基中發現其增加了肺泡的分化和器官形成，間充質干細胞條件培養基不僅可以促進肺泡器官的形成[36]，而且可促使中性粒細胞凋亡以減輕肺損傷[26]，這表明間充質干細胞條件培養基中的一些因子發揮作用。骨髓間充質干細胞移植增加了大鼠吸入煙霧致吸入性肺損傷的微血管數量，增加了肺濕干質量比，通過骨髓間充質干細胞的旁分泌機制減輕肺損傷[37]。
(2)微囊泡和胞外囊泡：許多臨床前研究表明祖細胞和干細胞群體(包括間充質干細胞)在肺纖維化動物模型損傷早期炎癥階段有治療效果，旁分泌在抗炎中起著關鍵作用[29，38]。PARK等[39]進行的體外肺實驗表明，間充質干細胞釋放的微囊泡增加了肺泡液體清除率和降低了肺蛋白的通透性，經過聚肌胞苷酸預處理后顯著減低細菌定植數量。通過Toll樣受體3激動劑預處理后的間充質干細胞來源微囊泡在離體肺內的抗大腸桿菌能力明顯增強，其與增強巨噬細胞吞噬細菌活性有關，間充質干細胞來源微囊泡明顯增加肺泡液體清除率，減少蛋白質通透性以及降低損傷肺泡的細菌數量，這表明離體人肺泡巨噬細胞在體外與間充質干細胞來源微囊泡聯合治療增加了抗菌能力。將微囊泡的量增加1倍，其療效并未明顯增加，說明微囊泡有治療上限[39-40]。MORRISON等[41]報道人骨髓間充質干細胞抑制急性呼吸窘迫綜合征患者支氣管肺泡灌洗液中巨噬細胞促炎性細胞因子的分泌，是間充質干細胞產生的胞外囊泡，通過使線粒體從間充質干細胞轉導到巨噬細胞內以及增強巨噬細胞中氧化磷酸化來實現的，這提高了巨噬細胞的吞噬能力和M2巨噬細胞標志物CD206的表達。此外，肺泡巨噬細胞凋亡在急性肺損傷及其嚴重型急性呼吸窘迫綜合征中起致病作用[16]。XU等[42]在光氣誘導的急性肺損傷模型研究中，發現間充質干細胞衍生的外泌體通過調節炎癥、抑制基質金屬蛋白酶9合成、提高表面活性物質相關蛋白C水平，對急性肺損傷發揮有益作用。
(3)外泌體：miR-21-5p是一種抗凋亡miRNA，是間充質干細胞來源外泌體中的主要成分之一，對氧化應激誘導的細胞凋亡有保護作用，經氣管內給予miR-21-5p可顯著減輕肺水腫、肺功能障礙、肺泡巨噬細胞極化及白細胞介素8、白細胞介素1β、白細胞介素6、白細胞介素17、腫瘤壞死因子α的分泌，說明間充質干細胞通過miR-21-5p抑制內源性和外源性凋亡途徑，改善了缺血再灌注肺損傷以及缺氧/復氧誘導的細胞凋亡[7]。間充質干細胞外泌體中另一重要成分miR-124-3p，能抑制嘌呤能受體P2X配體門控離子通道7(P2X7)的表達，改善創傷性急性肺損傷的氧化應激損傷以及炎性反應[43]。
2.2.3分化能力鼠源間充質干細胞可分化為鼠上皮細胞，鼠源間充質干細胞中過表達p130或E2F4可以進一步改善急性呼吸窘迫綜合征小鼠肺上皮細胞損傷，降低其高滲透性，促進鼠源間充質干細胞向Ⅱ型肺泡上皮細胞分化從而改善肺通透性和肺纖維化，減少肺水腫，進一步提高鼠源間充質干細胞治療小鼠急性呼吸窘迫綜合征的效果[44]。LI等[45]移植Lats1敲低的鼠源間充質干細胞后，抑制了脂多糖誘導的急性呼吸窘迫綜合征小鼠的Hippo信號通路，促進了鼠源間充質干細胞在肺組織的保留及其向Ⅱ型肺泡上皮細胞的分化。
2.2.4與其他藥物聯合間充質干細胞與其他藥物聯合應用可以增強保護肺損傷的作用。間充質干細胞與1-磷酸鞘氨醇類似物FTY720聯合治療脂多糖誘導的急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征的療效更好[46]。間充質干細胞和血管緊張素轉換酶Ⅱ共同給藥可明顯抑制急性肺損傷小鼠的細胞凋亡[47]。LUAN等[48]提出間充質干細胞與促紅細胞生成素聯合應用可減輕高氧誘導的肺損傷，減少肺纖維化，二者是通過抑制轉化生長因子β1信號通路來促進肺泡發育不良損傷肺的修復。小鼠間充質干細胞與促紅細胞生成素聯合治療支氣管肺發育不良的實驗中，血管密度和血管內皮生長因子水平、基質細胞衍生因子1及其受體CXC趨化因子受體4(CXCR4)的表達水平顯著增加。促紅細胞生成素顯著促進了間充質干細胞的增殖、遷移以及抗凋亡能力[49]。與臨床上單獨使用的皮質類固醇治療方法相比，聯合應用間充質成血管細胞衍生的間充質干細胞對實驗性慢性過敏性氣道疾病有更好的保護作用[50]。
2.2.5其他間充質干細胞培養過程中加入小分子脯氨酰羥化酶抑制劑AKB-4924可以提高間充質干細胞中的缺氧誘導因子1α水平，增強體外治療小鼠實驗性細菌性肺炎及急性肺損傷的能力[51]。缺氧條件下間充質干細胞實現了較高的缺氧誘導因子1α和Akt活化水平，通過促進缺氧誘導因子1α介導的間充質干細胞增殖和提高其抗氧化能力來增強間充質干細胞對輻射誘導的肺損傷的治療效果，其停留肺內時間延長、細胞活力和增殖潛力增加、活性氧水平降低且抗氧化能力增強[52]。經修飾的間充質干細胞還改善了急性呼吸窘迫綜合征動物的肺水腫，減少了炎癥反應，減輕了病理性損傷和肺組織中的纖維化[17，19，45]。
3總結與展望Conclusionsandprospects
間充質干細胞治療肺損傷的作用機制很多，尤其是在抗炎、修復受損細胞方面具有很大的前景。課題組前期研究發現間充質干細胞可以降低炎性因子和基質蛋白酶9水平，提高抗炎因子白細胞介素10水平，從而減少了體外循環后造成的肺損傷程度[2，4]，國內外研究也表明間充質干細胞在治療肺損傷的抗炎方面確實有效果[25-27]。現階段間充質干細胞對人類器官保護作用的研究仍然不足，其中Ⅰ期間充質干細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的臨床試驗表明，間充質干細胞靜脈輸注與嚴重不良事件均不相關[53]。以人離體肺大腸桿菌感染模型進行的實驗表明，間充質干細胞條件培養基確實增強了肺的抗菌能力[39]，雖然未能表明是條件培養基內的外泌體還是分泌的因子或者其他成分發揮的作用，但這已經是一個人器官離體實驗的巨大突破。在人肺微血管內皮細胞與間充質干細胞來源微囊泡的共培養模型中發現，間充質干細胞分泌的肝細胞生長因子和血管內皮生長因子可以穩定內皮細胞的屏障功能從而起到保護肺損傷的作用[34]。
總之，干細胞移植療法已經凸顯出較強的優勢，其在心肺疾病以及其他器官疾病治療方面已經彰顯出了很強的治療作用，不論是干細胞分泌的因子還是外泌體，還是與其他藥物聯合應用，都表現出了很好的治療作用，現今階段還未完全明確間充質干細胞對于肺損傷治療的機制及相關作用，而且臨床上以人為研究對象進行間充質干細胞治療肺疾病的研究尚不足，在以后的科研發展中仍需明確動物實驗基礎上是否對人肺損傷有保護效果，以供臨床使用。
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