骨髓間充質干細胞對難治性肺疾病治療的研究進展

尉進茜 伊慧珍

一些呼吸系統難治性疾病，如急性呼吸窘迫綜合征、支氣管肺發育不良、肺纖維化、肺癌、肺氣腫等，這些疾病的病死率很高，而且存活者常因肺功能減退而嚴重影響生活質量，目前尚無根本性治療方法。近年研究顯示植入動物體內的骨髓間充質干細胞(MSCs)能夠在受損肺組織內分化為肺泡Ⅰ型細胞(AECI)、肺泡Ⅱ型細胞(AECII)、內皮細胞和纖維母細胞，并不同程度的減輕肺的炎性反應。為根本性治療這些肺疾病帶來了希望，因此運用干細胞移植療法可能成為今后治療難治性肺疾病的發展趨勢。

1 骨髓間充質干細胞特性

MSCs屬于成體干細胞的一種，是中胚層發育的早期細胞，不僅可以分化為造血基質細胞，還可以分化為許多造血以外的組織，如成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、心肌細胞、內皮細胞、肝和膽道上皮細胞、肺上皮細胞等。它具有自我復制能力和多項分化潛能，屬非終末分化細胞;終生保持未分化或低分化特征;缺乏分化標記，分化情況受所處微環境的影響。

目前MSCs在醫學領域中的應用主要有兩方面：①自體及異體MSCs移植：根據MSCs的多向分化潛能及低免疫原性，通過對自體或異體MSCs的采集、體外培養、純化及擴增，再通過靜脈、動脈輸送經血液循環到達病變部位或者直接在局部進行多靶點注射到達病變部位，從而達到改善患者癥狀或體征的一種治療手段。目前在多個系統均取得了重大進展。2003年，北京大學第一醫院眼科與北京大學醫學部干細胞中心完成首例以MSCs羊膜片移植治療嚴重眼表面化學燒傷。②基因治療：通過大量的實驗證實附壁生長的MSCs經過介導，易導入外源性基因，并可以在體內高效、長期的表達，Lee等[1]報道轉入人IL-3基因的MSCs仍具有旺盛的增殖能力，可以持續分泌人IL-36個月。對于骨缺損的患者，Lieberman等[2]通過腺病病毒BMP-2基因轉入MSCs，1周內可見到BMP-2的有效表達，在此基礎上應用轉染后的細胞與脫鈣骨基質復合后植入免疫缺陷鼠體內，發現有豐富的異性骨質形成，且新生骨血管化良好。但目前多數僅限于動物研究，在臨床中的應用尚很少。

2 MSCs在治療難治性肺疾病的研究

目前難治性肺疾病包括急性和慢性兩種，急性肺疾病由嚴重感染、創傷、休克、酸中毒及有害氣體吸入等各種病因引起的急性肺損傷，以肺泡-毛細血管膜的彌漫性損傷為特征，是臨床上常見的危重病癥。慢性肺疾病為各種原因引起肺功能的下降，通氣換氣不能滿足自體需求，需要長時間依賴氧氣的一類性疾病。其主要病理變化為肺的纖維化，大量間質細胞增生，肺泡腔直徑擴大，肺泡數量減少，大面積肺泡融合。嚴重影響通氣換氣功能。

干細胞移植治療肺損傷的模型目前主要有放射損傷、博萊霉素損傷、內毒素(如脂多糖，LPS)損傷、肺缺血-再灌注損傷和高氧肺損傷模型五種。雖然在不同的肺損傷模型中，MSCs檢測方法存在差異，但是實驗結果卻有很大的一致性。絕大部分研究者認為植入的細胞能夠歸巢到損傷部位并分化為肺細胞，不同程度的緩解肺損傷;趙峰等[3]研究認為，MSCs可減少肺損傷大鼠肺組織羥脯氨酸含量，減輕大鼠肺損傷及纖維化程度。2004年Yamada等[4]報道，炎性刺激能誘使骨髓中的骨髓源性祖細胞快速釋放并向炎癥部位聚集，骨髓源性祖細胞在受損部位分化為內皮細胞和上皮細胞，抑制肺組織的破裂和肺氣腫的發生。Rojas等[5]研究博萊霉素誘導的小鼠肺損傷模型發現，損傷肺分泌的可溶因子能引起MSCs數量增加并向損傷肺組織遷移，其聚集在損傷肺組織替代損傷的肺細胞，通過抑制炎癥因子和激發生長因子的雙向調控拮抗肺損傷和肺纖維化，實現對肺的保護作用。何志旭等[14]報道MSCs移植后可通過形成新生血管建立側枝循環，出現了肺小動脈重構被逆轉，肺血氣交換改善，肺超微結構及右心肥大改善的良性循環。有效減輕野百合堿誘導的肺動脈高壓和肺組織病變程度。

3 目前存在的問題

MSCs在肺損傷修復過程中的誘導分化機制，分化后的細胞類型都尚在探索中。雖然在實驗動物、甚至在人類身上觀察到了一些骨髓干細胞可塑性現象，但對于是否為雜合源性的細胞群體，并含有各種組織的祖細胞仍存有疑問。如果是不同胚層細胞的混合體，那么在移植過程中有可能出現畸胎瘤的復合物。因為誘導因子不十分清楚，體外誘導結果各實驗室結果不盡相同。如何限定MSCs體內外誘導條件使其向所需細胞、組織定向分化;移植的時機及是否具有致瘤性，干細胞生存的微環境中調控其增殖與分化的關鍵作用因子以及影響?向損傷和缺血區域趨化的因子有哪些等等。均是需要解決的問題。體外培養的MSCs的異質性使之具備分泌多種生物活性物質的能力。利用細胞因譜分析發現，MSCs細胞群至少分泌幾十種細胞因子，與肝臟細胞增殖、抗纖維化、血管新生、神經元軸突延長、特異性免疫抑制等諸多功能有關[6-7]。在肺損傷復雜多變的內環境中，不同細胞因子的作用可能會導致MSCs向不同的方向分化。Hashimoto等[8]發現肺纖維化發生過程中MSCs是成纖維細胞的重要來源，參與約80%的Ⅰ型膠原分泌，是肺纖維化的重要促成因素，但MSCs來源的成纖維細胞很少向肌纖維母細胞的轉化，對α-平滑肌肌動蛋白的釋放也無作用，提示肺纖維化可能是內、外源性成纖維細胞協同作用的結果。Trotman等[9]將對Y色體進行染色的雄性小鼠MSCs移植入利用射線導致骨髓抑制的雌性小鼠體內，發現射線損傷的肺實質內有雄性小鼠的MSCs出現，有一部分在肺間質出現，提示外源性干細胞既可能促進肺損傷的正常修復，也可能參與特發性肺纖維化的發生。這些均說明MSCs在肺損傷修復中存在兩面性。

4 討論

MSCs具有體外分離培養擴增操作的簡便性、所分泌生物活性物質的廣泛性、低免疫原性及其多向分化性能，因此它很有可能成為今后細胞替代在治療、組織器官移植和基因治療的主角，成為繼造血干細胞后第二種用于臨床的成體干細胞。然而，因為其定向分化機制不清楚、誘導分化的條件和方法及分選技術尚不成熟，是否存在基因突變，植入機體后是否有癌變的可能，植入的時機、植入的劑量等都是需要解決的問題。MSCs移植來治療肺部疾病，目前仍處于試驗階段，從動物實驗到臨床的運用，需有充分的理論基礎支撐，及嚴密合理的設計方案，以確保治療的有效性及安全性。相信隨著對干細胞研究的不斷深入，人類可以通過有效監控MSCs在體內的生物學行為，達到特異性和預期性的治療目的。我們期待MSCs早日從實驗室研究進入臨床，使頑固性肺疾病患者得到有效根本的治療。

[1]Lee K，Majumdar MK，Buyaner D，et al.Human mesenchymal stem cells maintain transgene expression during expansion and differentiation Mol Ther，2001，3(6)：857-866.

[2]Lieberman JR，Le LO，Wu L，et al.Regional gene therapy with a BMP-2-producing murine stromal cell line educes heterotopic and orthotopic bone formation in rodents.J Orthop Res，1998，16(3)：330-339.

[3]趙峰，李圣青，遆新宇，等.骨髓間充質干細胞對肺損傷大鼠轉化生長因子β及單核細胞趨化蛋白1的影響.中國組織工程研究與臨床康復，2008，12(29)：5627-5630.

[4]Yamada M，Kubo H，Kobayashi S，et al.Bone marrow-derived progenitor cells are important for lung repair after lipopolysaccharideinduced lung injury.Immunol，2004，172(2)：1266.

[5]Salingcarnboriboon R，Yoshitake H，Tsuji K，et al.Establishment of tendon-derived cell lines exhibiting pluripotent mesenchymal stem cell-like property.Exp Cell Res，2003，87：289-300.

[6]Kilroy GE，Foster SJ，Wu X，et al.Cytokine profile of human adipose-derived stem cells：expression of angiogenic，hematopoietic，and pro-inflammatory factors.Cell Physiol，2007，212：702-709.

[7]Schinkothe T，Bloch W，Schmidt A.In vitro secreting profile of human mesenchymal stem cells.Stem Cells Dev，2008，17：199-206.

[8]Hashimoto N，Jin H，Liu T，et al.Bone marrow-derived progenitor cells in pulmonary fibrosis.J Clin Invest，2004，113(2)：243-252.

[9]Thomson JA，Itskovitz-Eldor J，Shapiro SS，et al.Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts.Science，1998，282(5391)：1145-1147.