內皮祖細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的研究進展

030001 太原，山西醫科大學1030001 太原，山西醫科大學第一臨床醫學院重癥醫學科2

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·綜述·

內皮祖細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的研究進展

王敏1劉虹2程威1

030001 太原，山西醫科大學1030001 太原，山西醫科大學第一臨床醫學院重癥醫學科2

【關鍵詞】急性呼吸窘迫綜合征;內皮祖細胞；細胞移植

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)起病急，病情兇險，預后差，其病死率約在30%～40%，是現代急危重癥醫學中的一大難題[1-2]。ARDS是由非心源性的各種肺內外致病因素導致的以急性呼吸窘迫、頑固性低氧血癥為主要臨床特征的急性進行性低氧性呼吸功能不全或呼吸衰竭[3]。ARDS病理特征是肺泡上皮細胞及肺血管內皮細胞受損，肺微血管通透性增加，毛細血管滲漏，肺泡腔出現富含蛋白質的滲出液，導致肺水腫和肺透明膜形成[4]。基于ARDS的病理生理改變，各種臨床治療策略的研究從未停止，近年來國內外研究表明內皮祖細胞(endothelial progenitor cells, EPCs)是理想的外源性修復種子細胞，其可以修復受損的肺泡上皮及肺血管內皮細胞，調控肺局部炎癥反應、提高肺組織的抗氧化能力、改善肺動脈的舒縮功能，然而EPCs的動員、遷移、歸巢、分化等生物學特性受多種細胞因子及信號通路的調控[5]。現就其近幾年的研究與進展作一綜述。

一、內皮祖細胞的生物學特性

內皮祖細胞作為血管內皮細胞的前體細胞，存在于骨髓、臍血、胚胎組織和外周血中(四者之比約為15︰10︰2︰1)，其參與了胚胎時期的血管生發及出生后的血管新生，并且在機體、器官受損傷后負責血管的再生與修復[6]。近年來隨著EPCs移植在心腦血管疾病及缺血性疾病等中被廣泛研究和應用，取得了確切的療效與成功，開始逐漸引入到肺部疾病的研究與治療中[7-8]。Suratt等[9]研究發現在接受了男性造血干細胞移植的女性患者肺組織中可檢測到含有Y染色體的內皮細胞，為外源性EPCs參與肺組織血管內皮的修復提供了強有力的證據。目前研究證實EPCs通過動員、遷移、歸巢、分化等步驟在受損的肺血管處參與內皮細胞的修復，調控炎癥反應，增強抗氧化能力，調節細胞凋亡。

1. EPCs的動員：指EPCs受某些病理生理刺激從骨髓釋放入外周血的過程。正常情況下，外周血中EPCs的數量很少，當組織在缺血、缺氧、燒傷、炎癥、應激等內源性刺激及藥物等外源性刺激介導下，釋放血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、血小板源性生長因子(platelet derived growth factor, PDGF)、基質細胞衍生因子-1(stromalceil derived factor-1, SDF-1)、粒細胞集落刺激因子(granulocyte -colony stimulating factor, G-CSF)等各種細胞因子，趨化EPCs從骨髓進入外周血循環中[10]，這個過程受多種配體、受體及酶的調節。研究發現VEGF可通過AKT/eNOs/NO通路激活骨髓基質中基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)，活化的MMP-9可促進骨髓間質細胞膜結合配體轉變為可溶性配體，其與EPCs上相應的受體結合使骨髓中EPCs發生移位，使EPCs由靜止狀態轉變為增殖狀態，并將它們動員至外周血循環中[11]。Burnham等[12]研究表明ALI/ARDS患者與健康志愿者相比，外周血中EPCs的數量顯著增加，可見骨髓中EPCs在炎癥情況下可動員入血；且循環中EPCs的數量增加與ALI患者存活率的改善具有相關性，可作為評價ALI患者預后的一項指標[12-13]。

2. EPCs的遷移：指EPCs在相關因子的趨化作用下通過外周血循環向受損的血管內皮處移動的過程。研究表明影響EPCs遷移的趨化因子有VEGF、SDF-1/CXCL-12、淋巴細胞功能相關抗原1等，它們趨化誘導EPCs遷移到缺血組織及受損血管部位，參與組織修復與血管重生。當肺組織發生病變時，SDF-1表達上升，在骨髓和受損組織之間形成由低到高的濃度梯度，而SDF-1作為CXC趨化因子受體4(chemotaxis cytokine receptor-4, CXCR-4)的唯一配體，能特異性地對造血干/祖細胞表面的CXCR-4產生趨化作用，二者相互結合，使EPCs逆著SDF-1濃度梯度，到達受損組織部位[14]。在動物試驗中，給予不同劑量的CXCL-12，EPCs的遷移、黏附能力具有明顯的劑量依賴性，而預先給予CXCR-4阻斷劑AMD3100則無此現象，表明SDF-1/CXCL-12對EPCs的趨化作用通過CXCR-4途徑[8]。而Li等[15]研究發現VEGF可通過作用于EPCs表面的兩種受體VEGFR1、VEGFR2，誘導EPCs的遷移。此外，Zuo等[16]研究發現MicroRNA-26a/EphA2基因軸的特異表達可通過p38 MAPK/VEGF通路損害EPCs的功能。

3. EPCs的歸巢：指EPCs黏附并嵌合在損傷血管內皮的過程。外周血中的EPCs隨著血液循環到達缺血或損傷部位，通過滾動、減速、嵌入，并最終黏附在受損的血管內皮處[17]。此過程需要：①血管內皮的完整性受損，導致基質成分—纖維連接蛋白、層黏連蛋白和膠原的暴露；②某些因子誘導選擇素、整合素及免疫球蛋白超家族等的表達。EPCs表面的CD34與相應的選擇素結合使循環中的EPCs滾動、減速，進而在單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein -1, MCP-1)的誘導下EPCs表達整合素，這些整合素與暴露的相應基質成分緊密結合，實現EPCs在損傷血管內皮的歸巢。研究表明肺部炎癥反應所分泌的炎癥因子TNF-α、IL-1、IFN可以促進激活的內皮細胞表達免疫球蛋白超家族—細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)、血小板內皮細胞黏附分子-1(platelet endothelial cell adhesion molecule-1, PECAM-1)等，且ICAM-1是整合素的配體，PECAM-1可以上調整合素的表達。此外，研究發現PPARα通過HIF-1α/SDF-1通路可以抑制EPCs的歸巢[18]。K?hler等[19]將源于骨髓EPCs體外擴增，通過靜脈移植給ALI大鼠模型(該鼠模型左肺嚴重受損)，結果發現外源性EPCs歸巢到損傷的左肺組織，而正常的右肺組織及其他器官則未發現外源性EPCs，說明EPCs可以歸巢到損傷部位并參與修復，毛梅等[20]利用Y 染色體探針示蹤技術證實了上述觀點。

4. EPCs的分化：指定植在損傷血管內皮處的EPCs增殖分化為成熟內皮細胞的過程。Chen等[4]利用密度梯度離心法分離并收集外周血中的EPCs，體外培養1周后，將綠色熒光標記的EPCs經靜脈移植入油酸誘導的ALI家兔模型，48 h后在受損的肺組織中監測到綠色熒光標記的的肺泡上皮及肺血管內皮細胞。表明歸巢的EPCs增殖分化為肺泡上皮細胞及肺血管內皮細胞。此外，歸巢的EPCs還可分泌多種促血管生成物質[21-23]，如VEGF、G-CSF、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor, FGF)、胰島素樣生長因子-1(insulin like growth factor-1, IGF-1)、肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor, HGF)等，促進相鄰內皮細胞的增殖分化。Yu等[24]研究證實HGF能增強EPCs的增殖和管形成能力，此過程可能受低氧誘導分子-1α(hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)的調節。另有國內外學者發現黏附分子在EPCs的分化中也發揮重要的作用。

二、EPCs對ARDS的可能作用機制

1. EPCs修復受損肺泡毛細血管膜： ARDS早期的病理生理改變表現在肺泡毛細血管膜的損傷，氣血屏障結構破壞，使其通透性增加，肺水腫及肺透明膜形成。而骨髓EPCs遷移歸巢至肺受損的組織參與肺泡毛細血管膜的修復，Mei等[25]在LPS誘導的ALI小鼠模型研究中證實了此點。此外，研究發現EPCs還具有替代紊亂的肺微血管內皮，防止其重構，降低肺動脈壓的能力。Lam等[26]在LPS誘導的ALI兔模型研究中，發現移植的EPCs可分化形成內皮細胞，修復肺泡毛細血管屏障，減輕肺水腫，并且能增強肺動脈對乙酰膽堿的舒張反應。EPCs修復損傷的血管可能通過以下兩種方式：①EPCs通過嵌合并分化為成熟的血管內皮細胞來直接修復損傷的血管，②EPCs通過自分泌和旁分泌[21-23]機制分泌促血管生成物質和細胞因子，促進血管新生。

2. EPCs調控肺局部炎癥反應及細胞凋亡： ARDS的根本原因是SIRS與CARS失衡的肺部體現。研究發現EPCs移植治療中可下調致炎介質、上調抗炎介質的表達。Xu等[27]在內毒素誘導的ARDS小鼠模型研究中發現EPCs能降低TNF-α、IL-1β等炎癥介質的濃度達到減輕肺損傷的作用。Mao等[28]在LPS誘導的動物模型研究中發現EPCs移植治療組比肺損傷組TNF-α表達下調，IL-10表達顯著增加，IL-10是抗炎介質，可以通過抑制巨噬細胞和多形核白細胞(polymorphonuclear, PMN)產生細胞因子來發揮抗炎作用。Chen等[4]研究證實在油酸誘導的ALI家兔模型中EPCs移植治療可減少肺泡內PMN浸潤的數量。此外，TNF與TNF受體結合可啟動肺泡上皮細胞及內皮細胞凋亡，而EPCs可以降低肺組織中TNF的含量。Mei等[25]在LPS誘導的ALI小鼠模型中檢測到Caspase3、Caspase7的活性在肺組織勻漿中明顯增高，EPCs移植治療后可明顯降低Caspase3、Caspase7的活性。

3. EPCs的抗氧化能力： ARDS中氧自由基的產生與滅活失衡，導致肺組織抗氧化能力下降，肺組織損傷。EPCs移植治療可增強受損肺組織的抗氧化能力，滅活氧自由基。Lam等[26]在LPS誘導的ALI動物模型研究發現移植的EPCs比成熟的內皮細胞表達更高的錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase, MnSOD)，而MnSOD是生物體內的氧自由基清除劑，可催化過氧化物和過氧化氫反應生成水，減輕肺組織的損傷。Sambuceti等[29]研究發現，高糖誘導的糖尿病大鼠血管功能受損時，給予血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1, HO-1)誘導劑后，可促進EPCs動員、增殖、分化成內皮細胞，修復受損的血管內皮，且HO-1基因是重要的內源性抗氧化保護因子之一，可增加EPCs的抗氧化能力。Chen等[4]研究發現外周血分離得到的EPCs進行體外培養，在氧化劑-氯化高鐵血紅素刺激下，EPCs表達HO-1及MnSOD水平明顯升高，而HO-1與MnSOD均是強效抗氧化劑。同時發現EPCs移植治療可使iNOs表達水平降低，進而NO生成減少，而過量的NO證實在炎癥反應中可與超氧陰離子發生氧自由基反應。此外，Peng等[30]研究表明，氮氧化物介導的氧化應激可以導致EPCs的功能障礙，而抑制氮氧化物可以提高EPCs功能。在ARDS中EPCs的抗氧化能力維持內皮細胞的功能穩定，從而改善、減輕肺損傷。

隨著再生醫學的發展，EPCs移植具有取材方便、免疫反應輕微、可控性好等優點，使其成為近年來研究的熱點，并且在心腦血管疾病、肢體缺血、血管損傷、抗腫瘤血管生成等方面的應用與療效被肯定后，逐漸引入到ARDS的研究中。動物實驗研究已證實EPCs能修復損傷的肺血管內皮細胞并促進血管的新生，EPCs移植治療有助于提高ARDS動物模型的生存率，因此以細胞為基礎、肺微血管內皮為靶點的EPCs移植治療策略在ARDS治療中具有重要的潛在應用價值。目前EPCs在ARDS疾病過程中的數量及功能形態變化尚不清楚，有待進一步研究觀察，以便更好的把握EPCs移植的最佳用量及最佳時間點，并且EPCs移植治療人類ARDS的安全性及有效性有待進一步證實。

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(本文編輯：黃紅稷)

王敏，劉虹，程威. 內皮祖細胞治療急性呼吸窘迫綜合征的研究進展[J/CD]. 中華肺部疾病雜志： 電子版， 2015， 9(1)： 89-91.

(收稿日期：2015-07-14)

中圖法分類號：R563

文獻標識碼：A

通訊作者：劉虹，Email: lh9098@aliyun.com

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2016.01.025