優(yōu)化間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性呼吸窘迫綜合征的研究進(jìn)展

趙婷婷　劉虹

[摘要]間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）為急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）的治療提供了新手段，在動(dòng)物模型中表現(xiàn)出較強(qiáng)的組織修復(fù)能力，但仍需進(jìn)一步增強(qiáng)MSC的治療效果，使MSC療效最大化。目前有多種優(yōu)化策略用于增強(qiáng)MSC治療ARDS的效果，在前期的ARDS動(dòng)物模型中已顯示出誘人的應(yīng)用前景，應(yīng)在綜合考慮安全性、有效性和臨床可行性的基礎(chǔ)上，聯(lián)合應(yīng)用不同的優(yōu)化MSC治療策略，以改善ARDS患者的預(yù)后。

[關(guān)鍵詞]急性呼吸窘迫綜合征；間充質(zhì)干細(xì)胞；進(jìn)展

[中圖分類號(hào)] R563.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721（2017）08（a）-0011-03

[Abstract]Mesenchymal stem cell（MSC）provides a new approach for the treatment of acute respiratory distress syndrome （ARDS） and it shows that strong tissue repair ability in animal models，but there still need further improve the therapeutic efficacy of MSCs to maximize their curative effect.Several optimized strategies have been applied to enhance the therapeutic effect of MSCs for ARDS，displaying great promise in preclinical ARDS models.The safety，efficacy and clinical feasibility is considered comprehensively，then different optimal strategies are applied jointly to improve the prognosis of patients with ARDS.

[Key words]Acute respiratory distress syndrome；Mesenchymal stem cell；Progress

急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）主要表現(xiàn)為難治性低氧血癥，病理生理特征為肺泡毛細(xì)血管膜受損所致的非心源性肺水腫[1]。目前ARDS的治療仍停留在呼吸支持層面，尚無(wú)針對(duì)ARDS有效的，可被廣泛應(yīng)用于臨床的藥物[2]。細(xì)胞療法成為治療ARDS的希望所在。MSC具有易于分離、多向分化潛能，具有很強(qiáng)的增殖能力，能夠特異性歸巢至損傷組織部位，對(duì)多種免疫細(xì)胞具有負(fù)性調(diào)節(jié)作用，因而越來(lái)越受到研究者的青睞，MSC能夠顯著減輕ARDS動(dòng)物模型中的肺損傷程度，顯示出極具希望的應(yīng)用前景[3]。本文主要針對(duì)目前優(yōu)化MSC治療ARDS策略進(jìn)行綜述。

1 MSC治療ARDS的機(jī)制

既往研究認(rèn)為MSC改善ARDS肺損傷主要是通過(guò)其分化為肺泡上皮細(xì)胞和肺血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)損傷肺組織修復(fù)，但越來(lái)越多的證據(jù)顯示MSC主要通過(guò)旁分泌多種因子發(fā)揮肺保護(hù)作用。①抗炎作用：MSC能夠產(chǎn)生脂質(zhì)運(yùn)載蛋白-2，減少大腸埃希菌在肺泡液中的濃度，增加細(xì)菌清除能力[4]。此外，MSC通過(guò)分泌PGE2調(diào)控巨噬細(xì)胞，繼而產(chǎn)生IL-10，發(fā)揮抗炎作用[5]。②抗凋亡：肺損傷發(fā)生后，加速肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，MSC能夠通過(guò)分泌錳超氧化物歧化酶，發(fā)揮抗凋亡作用。③促進(jìn)肺水清除：MSC旁分泌因子KGF，改善損傷肺泡上皮細(xì)胞中的Na+-K+-APT酶活性，進(jìn)而促進(jìn)肺泡內(nèi)液體向毛細(xì)血管內(nèi)轉(zhuǎn)移，減輕肺水腫[6]。④修復(fù)肺血管內(nèi)皮屏障：MSC能夠分泌VEGF、Ang-1等血管內(nèi)皮修復(fù)因子，降低ARDS肺泡毛細(xì)血管通透性，維持肺血管內(nèi)皮屏障的完整性[7]。⑤抗纖維化作用：MSC可分泌角化細(xì)胞生長(zhǎng)因子（KGF），進(jìn)而發(fā)揮降解膠原沉積作用，能夠減輕肺泡和肺間質(zhì)的纖維化程度[8]。Aguilar等[9]使用博來(lái)霉素構(gòu)建肺纖維化小鼠模型，給予高表達(dá)KGF的MSC，進(jìn)一步減輕了肺纖維化程度。

2優(yōu)化MSC治療ARDS的策略

基于MSC在ARDS動(dòng)物模型中所表現(xiàn)出的修復(fù)組織損傷能力，研究者開(kāi)始將MSC應(yīng)用于臨床研究，目前共有兩項(xiàng)已完成的MSC治療ARDS患者的Ⅰ期臨床研究[10-11]。盡管臨床研究顯示MSC可安全應(yīng)用于ARDS患者，但并未明顯改善ARDS患者的預(yù)后，可能需進(jìn)一步增強(qiáng)MSC的治療效果，使MSC療效最大化。目前有以下幾種優(yōu)化策略用于增強(qiáng)MSC治療效果。

2.1基因修飾MSC優(yōu)化治療ARDS

基因修飾能夠促進(jìn)MSC靶向歸巢至損傷組織，進(jìn)而通過(guò)分泌旁分泌因子發(fā)揮有益作用，因而MSC的治療效果取決于其歸巢能力，但MSC移植后向損傷組織歸巢率低，限制了其治療效果[12]。趨化因子SDF-1及其受體CXCR4在MSC歸巢過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[13]。Yang等[14]將高表達(dá)CXCR4的MSC移植入肺損傷小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)CXCR4高表達(dá)能夠顯著增高M(jìn)SC在損傷肺組織中的定植率，進(jìn)一步降低了肺損傷程度。

基因修飾能夠促進(jìn)MSC旁分泌各種因子，進(jìn)一步增強(qiáng)其抗炎、抗凋亡、修復(fù)肺泡毛細(xì)血管膜屏障的能力。血管緊張素Ⅱ能夠啟動(dòng)炎癥反應(yīng)，加重ARDS，而血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2能夠?qū)⑵浣到鈁15]。He等[16]使用LPS構(gòu)建肺損傷小鼠模型，將高表達(dá)ACE2的MSC移植入小鼠體內(nèi)，與對(duì)照組MSC相比，MSC-ACE2顯著減少肺臟組織中的促炎因子水平。肺損傷發(fā)生后，可加速肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，繼而促進(jìn)ARDS的發(fā)生發(fā)展。MSCs高表達(dá)抗凋亡基因MnSOD，能夠顯著減少肺臟細(xì)胞凋亡[17]。肺泡毛細(xì)血管膜屏障破壞是ARDS最主要的病理生理特征。MSC分泌的KGF能夠促進(jìn)Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的增殖和肺泡表面活性物質(zhì)的合成，與單獨(dú)MSC相比，靜脈注射高表達(dá)KGF的MSCs，能夠進(jìn)一步降低肺泡灌洗液中的蛋白水平[6]。此外，Matsumoto等[18]的研究顯示，肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）修飾MSC能夠促進(jìn)血管生成。這一結(jié)果得到了Wang等[19]的證實(shí)，他們使用射線誘導(dǎo)的肺損傷小鼠模型發(fā)現(xiàn)，腺病毒介導(dǎo)MSC高表達(dá)HGF促進(jìn)了損傷肺組織的血管生成。endprint

2.2預(yù)處理MSC治療ARDS

另一種優(yōu)化策略是在體外預(yù)處理MSC，以增強(qiáng)其治療效果。TNF-α與MSC在體外共培養(yǎng)可促進(jìn)MSC表面CXCR4的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)MSC歸巢。Li等[20]使用0.1 ng/ml濃度的TNF-α預(yù)處理MSC，然后將其移植入肺損傷小鼠體內(nèi)，較未接受TNF-α處理的MSC相比，TNF-α預(yù)處理MSC能夠顯著減輕肺損傷嚴(yán)重程度。組織發(fā)生損傷后，局部微環(huán)境中的氧濃度不及1%，因此移植入體內(nèi)的MSC需要快速適應(yīng)這種低氧環(huán)境中生存。有研究者使用1%～3%氧濃度在體外培養(yǎng)MSC，發(fā)現(xiàn)低氧條件下培養(yǎng)MSC能夠增強(qiáng)其旁分泌因子和遷移能力[21]。Chailakhyan等[22]將在正常氧濃度和3%氧濃度下培養(yǎng)的MSC分別移植入肺損傷大鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示低氧培養(yǎng)MSC能夠進(jìn)一步增強(qiáng)其修復(fù)肺組織能力。

2.3選擇合適的MSC來(lái)源、時(shí)機(jī)及植入途徑治療ARDS

隨著傳代次數(shù)的增加，MSC會(huì)逐步喪失其初始形態(tài)以及多項(xiàng)分化能力，此外，長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的DNA、RNA及蛋白質(zhì)發(fā)生異常變化。MSC傳代次數(shù)>15次后，其增殖能力顯著下降，長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)會(huì)使MSC骨形成能力明顯降低，4代MSC向軟骨分化的能力最佳。目前認(rèn)為，傳代<5次的MSC，其細(xì)胞增殖能力、旁分泌、分化潛能和DNA穩(wěn)定性均為最佳狀態(tài)。Bustos等[23]的研究顯示，長(zhǎng)期傳代后嚴(yán)重?fù)p害MSC遷移能力和抗炎反應(yīng)。

ARDS肺損傷的程度不同、所處修復(fù)階段不同，給予MSC的合適時(shí)機(jī)也應(yīng)有所不同。在滲出期給予MSC，由于早期炎癥因子的大量釋放，中性粒細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞活化，以及低氧等不利的微環(huán)境，可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害MSC的旁分泌和分化能力。當(dāng)肺組織出現(xiàn)明顯纖維化時(shí)，MSC的生存和功能會(huì)受到抑制，給予MSC恐怕也很難逆轉(zhuǎn)ARDS。理論上應(yīng)該在肺組織修復(fù)損傷階段給予MSC，此時(shí)的局部微環(huán)境更有利于MSC發(fā)揮作用，效果可能最好。但由于ARDS病理變化的不均一，不同部位的肺組織可能處于不同的病理階段，此外當(dāng)移植途徑不同時(shí)，如何確定合適的移植時(shí)機(jī)，仍需進(jìn)一步研究。

目前采用了靜脈注射、腹腔注射以及氣道注射移植MSC，均能夠減輕肺損傷程度。從臨床角度來(lái)說(shuō)，腹腔注射和氣道注射均創(chuàng)傷性較大，可行性差，靜脈途徑簡(jiǎn)便易行、損傷小，但靜脈途徑需要大量MSC，生產(chǎn)儲(chǔ)存費(fèi)用昂貴。在MSC移植治療ARDS的兩項(xiàng)前期臨床研究中，均采用靜脈注射途徑給予MSC。MSC移植治療ARDS時(shí)，不僅需要考慮有效性，更需考慮安全性和臨床可行性，在此基礎(chǔ)上，綜合評(píng)估采用何種移植途徑。

3小結(jié)

盡管MSC能夠減輕ARDS動(dòng)物模型肺損傷程度，但在ARDS前期臨床研究中效果不明顯，因而近年來(lái)的研究采取各種策略以優(yōu)化MSC的治療效果，提高M(jìn)SC向靶組織歸巢率，增強(qiáng)MSC在損傷組織局部釋放旁分泌因子，繼而進(jìn)一步增強(qiáng)MSC治療ARDS的效果，在前期的ARDS動(dòng)物模型中顯示出誘人的應(yīng)用前景。由于關(guān)于優(yōu)化MSC治療ARDS的試驗(yàn)均為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，在臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用前，仍有不少問(wèn)題亟待解決，應(yīng)在綜合考慮安全性、有效性和臨床可行性的基礎(chǔ)上，聯(lián)合應(yīng)用不同的優(yōu)化MSC治療策略，以改善ARDS患者的預(yù)后。

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（收稿日期：2017-05-31 本文編輯：許俊琴）endprint