間充質(zhì)干細(xì)胞分化治療肺部疾病相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)展

張鵬飛,徐廣全

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 胸外科,黑龍江 哈爾濱　150086)

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間充質(zhì)干細(xì)胞分化治療肺部疾病相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)展

張鵬飛,徐廣全

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 胸外科,黑龍江 哈爾濱150086)

[摘要]間充質(zhì)干細(xì)胞具有多向分化潛能,可分化成多個胚層的細(xì)胞,能夠被Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞誘導(dǎo)分化成為上皮細(xì)胞,特異性地參與肺組織再生,為肺部疾病治療提供新途徑。作者對誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞分化成為肺泡上皮細(xì)胞、進(jìn)而參與治療肺部疾病的體內(nèi)體外相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展作一綜述。

[關(guān)鍵詞]間充質(zhì)干細(xì)胞; 分化; 肺泡上皮細(xì)胞; 肺部疾病; 文獻(xiàn)綜述

急性肺損傷(ALI)、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)及特發(fā)性肺纖維化(IPF)等能夠引起患者呼吸困難、缺氧及一些嚴(yán)重的繼發(fā)性疾病。近年來,由于吸煙及空氣質(zhì)量下降等因素[1- 2]導(dǎo)致上述疾病的發(fā)病率明顯增加,給人類健康帶來了極大危害。盡管在對肺部疾病患者進(jìn)行有針對的呼吸支持和藥物治療等方面取得了巨大的進(jìn)展,但病死率仍高達(dá)40%[3- 4]。

近期研究表明,具有多向分化潛能的間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell,MSC)能夠被肺組織中遍布的、在肺損傷修復(fù)中起到祖細(xì)胞作用的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞誘導(dǎo)分化成為上皮細(xì)胞,特異性參與肺組織的再生[5- 7]。表明MSC可用于治療多種肺部疾病,為肺部疾病的治療開辟了一條新的途徑。而在MSC分化治療肺部疾病的研究過程中,尋找誘導(dǎo)其分化成為肺細(xì)胞的方法、探索其分化的相關(guān)機(jī)制是近年來的熱點(diǎn)。目前,大部分體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究和不同誘導(dǎo)方式的體外實(shí)驗(yàn)都證實(shí),MSC可能分化成為肺上皮細(xì)胞。作者對誘導(dǎo)MSC分化成為肺泡上皮細(xì)胞、進(jìn)而參與治療肺部疾病的體內(nèi)體外相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展作一綜述。

1MSC誘導(dǎo)分化治療肺部疾病的體內(nèi)研究

Zhao 等[8]構(gòu)建大鼠肺氣腫模型后,實(shí)驗(yàn)組將MSC注入大鼠尾靜脈,與對照組相比發(fā)現(xiàn),兩組平均肺泡數(shù)目和肺泡面積有明顯差異,表明移植MSC后明顯改善了肺部炎癥和病理狀態(tài)。并且用Brdu標(biāo)記的MSC有部分CK陽性,還說明了MSC表達(dá)了一部分肺細(xì)胞的表型。Mattsson等[9]在接受了雄性大鼠骨髓細(xì)胞移植的雌性個體肺內(nèi)發(fā)現(xiàn)了雄性供體的肺Ⅱ型上皮細(xì)胞,也在體內(nèi)證實(shí)了MSC分化為肺細(xì)胞的可能。但是,Zhang等[5]發(fā)現(xiàn),MSC在 HIF- 1α和SDF- 1的調(diào)節(jié)下造成肺部纖維化而非分化成肺上皮細(xì)胞,可見MSC分化的誘導(dǎo)可能受多種因素調(diào)節(jié)。

2MSC誘導(dǎo)分化對肺部疾病治療的體外研究

目前運(yùn)用比較廣泛的體外誘導(dǎo)方法大約有以下幾類：共培養(yǎng)模型、使用小氣道生長培養(yǎng)基、使用條件培養(yǎng)基等[10]。

Popov等[11]在2007年發(fā)現(xiàn),將MSC和a- 549細(xì)胞共培養(yǎng)可能誘導(dǎo)MSC分化。Li 等[12]也發(fā)現(xiàn),羊水MSC經(jīng)過KOSR和激活素a等刺激后可分化成為Ⅱ型肺上皮細(xì)胞。Wu等[13]將MSCs轉(zhuǎn)染了EGF,并加入了鈣離子之后,體外實(shí)驗(yàn)中可以觀察到MSC向上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化,并且有多種標(biāo)志物表達(dá)(角蛋白、K19、β1- integrin, E- cadherin、 p- FAK、 Ser- 910)。Perng 等[6]在氣液界面培養(yǎng)系統(tǒng)中,通過加入特殊的主氣道上皮細(xì)胞的培養(yǎng)基,骨髓MSC發(fā)生了與主氣道上皮細(xì)胞相似的形態(tài)學(xué)變化,證明了這種方法能夠誘導(dǎo)MSC分化成為類上皮細(xì)胞。Ma等[14]在體外利用MSC和mrc- 5細(xì)胞共培養(yǎng),在加入改良的上皮細(xì)胞培養(yǎng)液 15 d 時(shí),MSC形態(tài)與肺上皮細(xì)胞相似,并且發(fā)現(xiàn)5%左右的細(xì)胞可以表達(dá)肺Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞特異性的蛋白SP- C,可以分化成為Ⅱ型肺細(xì)胞,表明MSC中肺特異性的亞型可能決定了是否分化。

3MSC誘導(dǎo)分化對肺部疾病治療的相關(guān)機(jī)制

越來越多的研究表明,Wnt/β- catenin信號通路在MSC的生長和分化中起到重要作用,包括成骨分化、軟骨形成、脂肪形成和肌生成。Wnt/β- catenin信號通路還被證實(shí)參與了上皮干細(xì)胞的自我更新和分化,還有可能減輕肺損傷[7,15]。BM- MSCs表達(dá)一定量的內(nèi)源性wnt蛋白,并調(diào)節(jié)MSC的Wnt/β- catenin 信號通路以維持增殖。經(jīng)典的wnt信號通路能夠促進(jìn)MSC向肺Ⅱ型上皮細(xì)胞分化[16],Wnt/β- catenin 信號通路可以通過自分泌或旁分泌起作用。MSC與經(jīng)熱處理的a- 549細(xì)胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn),MSC表達(dá)了多種肺上皮細(xì)胞的標(biāo)志物，而且加入氯化鋰后會促進(jìn)其表達(dá),證明了MSC的分化可能是受到了旁分泌影響。Popov等[11]認(rèn)為,β- catenin信號通路可能與氯化鋰相互協(xié)同促進(jìn)了上皮細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)。用小氣道培養(yǎng)基進(jìn)行哺乳類epithelial- 12細(xì)胞與MSC共培養(yǎng),在加入wnt5a激活了非典型的wnt信號通路之后,MSC的SP- C、SP- B、SP- D(肺Ⅱ型上皮細(xì)胞的表面標(biāo)志物)表達(dá)增加,而加入JNK及PKC抑制信號通路之后,wnt5a的促進(jìn)作用被逆轉(zhuǎn),證明非經(jīng)典的wnt信號通路參與了促進(jìn)MSC的分化。另外,MSC分化率也取決于他們在炎性組織中的聚集和生存能力。Liu等[16]發(fā)現(xiàn),wnt5a促進(jìn)了MSC橫向和縱向的移動能力,同時(shí)減少了H2O2介導(dǎo)的Bcl- 2/Bax比例,從而抑制凋亡。綜上所述,Wnt/β- catenin信號通路可能參與了MSC向肺細(xì)胞分化。但是,也有文獻(xiàn)報(bào)道,激活Wnt/β- catenin信號通路會抑制MSC向肺細(xì)胞分化[17],此外,Wang等[7]通過抑制Wnt/β- catenin信號通路的小分子XAV939,證明抑制Wnt/β- catenin信號通路可能促進(jìn)MSC分化成為肺上皮細(xì)胞,這個過程可能修復(fù)由博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化,結(jié)果提示抑制Wnt/β- catenin可以改善肺纖維化。出現(xiàn)這種相反的研究結(jié)果很可能與誘導(dǎo)方法及特異性MSC亞群有關(guān)。

4其他

近期研究表明,肺固有間充質(zhì)干細(xì)胞(lung resident mesenchymal stem cells,LR- MSCs)可以分化成為Ⅱ型肺上皮細(xì)胞[18]。LR- MSCs與正常起源于骨髓的干細(xì)胞相比,在細(xì)胞因子和基因表達(dá)譜上不同,所以是兩種不同的細(xì)胞。Shi 等[17]通過磁珠分選法分離了scal+和CD45+、CD31+細(xì)胞,即肺固有間充質(zhì)干細(xì)胞,與正常MSC相比,LR- MSCs可能在治療肺組織損傷上更加有效。將LR- MSCs與Ⅱ型肺上皮細(xì)胞共培養(yǎng)14 d后,超過75%的細(xì)胞形態(tài)發(fā)生了明顯變化,在電鏡下可以觀察到板層小體。共培養(yǎng)至第3天和第7天時(shí),β- catenin增加,GSK- 3β減少。然而第14天時(shí),上述兩個標(biāo)志性基因表達(dá)卻相反,而且兩種物質(zhì)的磷酸化水平和蛋白相比結(jié)果同樣相反。這說明β- catenin及GSK- 3β的表達(dá)量并不是一成不變,這一結(jié)果可能是Wnt/β- catenin通路與MSC分化研究中得出的矛盾結(jié)論的原因之一。

5展望

MSC由于易于獲取、低免疫原性等優(yōu)點(diǎn)成為近年來治療肺部疾病的研究熱點(diǎn)[19]。多種因素會影響MSC向肺組織分化,如受損的肺組織、TGF-β1、KOSR和激活素a、Wnt/β- catenin信號通路、EGF及鈣離子等。體內(nèi)外研究表明,MSC的誘導(dǎo)分化參與了相關(guān)的信號通路,并且各個亞群會出現(xiàn)不同的分化特性。基于這一點(diǎn),在肺部疾病的治療中應(yīng)用特異的MSC亞群，聯(lián)合相應(yīng)的通路激活或抑制藥物進(jìn)行分化修復(fù)治療,可能會成為肺部疾病治療的新途徑。

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doi:10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.02.032

[中圖分類號]R- 331

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1671- 6264(2016)02- 0266- 03

[通信作者]徐廣全E- mail:13904503643@163.com

[作者簡介]張鵬飛(1991-),男,山西應(yīng)縣人,在讀碩士研究生。E- mail:zhangahe2@126.com

[基金項(xiàng)目]黑龍江省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(C201204)

[收稿日期]2015- 12- 07[修回日期] 2016- 01- 07

[引文格式] 張鵬飛,徐廣全.間充質(zhì)干細(xì)胞分化治療肺部疾病相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)展[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2016,35(2)：266- 268.

·綜述·