內(nèi)皮祖細(xì)胞在急性肺損傷中應(yīng)用的研究進(jìn)展*

郭楨楠，馬雪，丁文剛

（哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 麻醉科，黑龍江 哈爾濱150001）

急性肺損傷（acute lung injury, ALI）是各種非心源性因素所致的肺毛細(xì)血管內(nèi)皮和肺泡上皮損傷，血管通透性升高的炎癥反應(yīng)綜合征[1]。內(nèi)皮損傷在ALI 起始的數(shù)分鐘至數(shù)小時內(nèi)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞間出現(xiàn)間隙，從而使得液體、中性粒細(xì)胞及細(xì)胞因子滲透到間質(zhì)，當(dāng)滲出的液體超過間質(zhì)淋巴管的引流量，就會出現(xiàn)肺泡水腫，而滲透到間質(zhì)的中性粒細(xì)胞釋放炎癥因子（TNF-α、IL-1β）則會繼續(xù)破壞微循環(huán)內(nèi)皮和肺泡上皮的完整性[2]。過去幾十年來，許多研究致力于探討其發(fā)病機(jī)制和治療方法，但進(jìn)展不大，有效性有限。目前主要的治療手段包括：小潮氣量肺保護(hù)通氣策略、呼氣末正壓通氣、限制液體等，但均缺乏特異性[3]。體外膜氧合器（extracorporeal membrane oxygenerator,ECMO），又稱體外膜肺，是一種高級的呼吸循環(huán)支持系統(tǒng)，由于其治療費(fèi)用昂貴且只限于特定的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，目前還沒有作為ALI 的主要治療手段[4]。內(nèi)皮祖細(xì)胞作為成熟內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞在維持內(nèi)皮完整、促進(jìn)新生血管生成、保護(hù)器官功能中發(fā)揮重要作用，在血管相關(guān)疾病領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。有研究報道小量內(nèi)皮祖細(xì)胞被移植在冠狀動脈微栓塞模型中發(fā)揮促血管生成、抗纖維化、抗壞死作用[5]。冠狀動脈輸注內(nèi)皮祖細(xì)胞可以增加毛細(xì)血管密度，改善肺動脈高壓模型中的右心功能[6]。研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠ALI模型復(fù)制8周后，作為內(nèi)皮細(xì)胞主要來源的骨髓源性內(nèi)皮祖細(xì)胞的內(nèi)皮細(xì)胞增長121 倍，顯著高于損傷部位內(nèi)皮細(xì)胞增長的22 倍[7]。越來越多研究表明內(nèi)皮祖細(xì)胞可以修復(fù)內(nèi)皮損傷、減輕炎癥反應(yīng)，在ALI 治療中展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景[8-9]。本文對近年來內(nèi)皮祖細(xì)胞在ALI中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在為治療ALI提供研究思路。

1 內(nèi)皮祖細(xì)胞概述

出生后骨髓含有一種祖細(xì)胞亞型，可以遷移到外周循環(huán)并分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞，有助于再內(nèi)皮化和新生血管形成，這種祖細(xì)胞亞型被認(rèn)為是內(nèi)皮祖細(xì)胞，其起源于造血干細(xì)胞[10]。骨髓早期內(nèi)皮祖細(xì)胞表達(dá)CD133、CD34、VEGFR-2（人為KDR、鼠為flk-1），在分化過程中，失去CD133，開始不同程度表達(dá)內(nèi)皮系標(biāo)志物，包括CD31、VE-cadherin、v-WF、e-NOS[11]。這些標(biāo)志物與許多細(xì)胞系如造血干細(xì)胞、單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞有重疊，缺乏特異性，僅靠細(xì)胞表面標(biāo)記來鑒別內(nèi)皮祖細(xì)胞還有很大爭議。正常情況下，內(nèi)皮祖細(xì)胞主要存在于骨髓中，循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量很少，組織損傷或缺血缺氧可使基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（SDF-1）表達(dá)上調(diào)，從而將表達(dá)CXCR-4 的內(nèi)皮祖細(xì)胞動員到外周循環(huán)并歸巢到內(nèi)皮損傷部位分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞來進(jìn)行修復(fù)[12-13]。內(nèi)皮祖細(xì)胞還可以釋放促血管生成因子VEGF 以自分泌或旁分泌的方式促進(jìn)血管生成[14]。

2 內(nèi)皮祖細(xì)胞在ALI中的應(yīng)用

2.1 內(nèi)皮祖細(xì)胞對損傷局部的修復(fù)

內(nèi)皮祖細(xì)胞作為內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞，具有極強(qiáng)的增殖潛能，可以分化為內(nèi)皮細(xì)胞以維持內(nèi)皮屏障完整性，并可促進(jìn)損傷組織新生血管形成從而改善器官功能[15]。內(nèi)皮祖細(xì)胞移植在心肌梗死、肢體缺血、腦損傷等眾多疾病中展現(xiàn)出強(qiáng)大的治療潛能[16-18]。肺中內(nèi)皮細(xì)胞占肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞的50%，內(nèi)皮屏障的完整性是控制血管通透性和白細(xì)胞聚集的關(guān)鍵因素，內(nèi)皮屏障破壞則會引起肺組織水腫、白細(xì)胞浸潤、激活促凝途徑和釋放炎癥因子，從而加重肺損傷[19]。因此減少內(nèi)皮損傷，維持內(nèi)皮屏障完整性成為治療ALI 的研究熱點(diǎn)。有研究在大鼠通氣誘導(dǎo)肺損傷模型中，將部分移植的外源性內(nèi)皮祖細(xì)胞定植于肺內(nèi)，有助于維持內(nèi)皮屏障完整性，降低肺泡-毛細(xì)血管通透性，進(jìn)而減輕肺水腫，降低支氣管肺泡灌洗液中總蛋白含量，提高氧合指數(shù)[20]。內(nèi)皮祖細(xì)胞的抗炎抗凋亡作用也是減輕ALI 的重要機(jī)制，在大鼠肺移植后缺血再灌注肺損傷模型中，內(nèi)皮祖細(xì)胞移植降低血漿促炎因子TNF-α、IL-1β、LI-6、IL-8 的水平，同時提高抗炎因子IL-10 的表達(dá)，Bax/Bcl-2 和Cleaved Caspase-3 水平的降低表明內(nèi)皮祖細(xì)胞移植減少移植肺內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡[21]。中性粒細(xì)胞是引起炎癥反應(yīng)的重要細(xì)胞，其分泌的炎癥細(xì)胞因子在ALI 進(jìn)展中有重要作用，MAO 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮祖細(xì)胞移植下調(diào)中性粒細(xì)胞炎癥介質(zhì)包括TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶（NE）、髓過氧化物酶（MPO）、金屬基質(zhì)蛋白酶9（MMP-9），從而有助于改善ALI。內(nèi)皮祖細(xì)胞在炎癥氧化應(yīng)激環(huán)境下數(shù)量、功能均有所下降，有研究將基因治療和細(xì)胞移植結(jié)合起來，結(jié)果表明轉(zhuǎn)染了骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP2）基因的內(nèi)皮祖細(xì)胞移植能更有效地減輕ALI[23]。YANG 等[24]研究表明，高密度脂蛋白Reverse-D-4F 可以增加循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量，促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞分化，通過PI3K/Akt/eNOS途徑逆轉(zhuǎn)ALI 模型中內(nèi)皮祖細(xì)胞的功能障礙，從而起到血管保護(hù)作用，一定程度延緩ALI 進(jìn)展。

2.2 內(nèi)皮祖細(xì)胞的旁分泌作用

內(nèi)皮祖細(xì)胞移植可以一定程度定植到毛細(xì)血管促進(jìn)血管新生，然而研究中極少量的定植細(xì)胞似乎不能證明其強(qiáng)大的治療效果[25]。內(nèi)皮祖細(xì)胞誘導(dǎo)的新生血管生成不僅僅是細(xì)胞整合，還可能受到旁分泌釋放促血管生成因子的影響。內(nèi)皮祖細(xì)胞的旁分泌作用正在成為刺激再生的重要機(jī)制。內(nèi)皮祖細(xì)胞可以分泌血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）[26]。胸腺肽β4（Thymosin β4）可以改善內(nèi)皮祖細(xì)胞的旁分泌作用促進(jìn)VEGF 表達(dá)，內(nèi)皮祖細(xì)胞條件培養(yǎng)基在體外可以促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成，并通過Thymosin β4 預(yù)處理進(jìn)一步增強(qiáng)，而Thymosin β4 的這種增強(qiáng)作用可被VEGF 抗體中和，表明內(nèi)皮祖細(xì)胞旁分泌VEGF 在促進(jìn)血管生成中發(fā)揮重要作用[27]。SONG 等[28]用脂多糖（LPS）誘導(dǎo)復(fù)制ALI 模型，發(fā)現(xiàn)VEGF 可增加肺血管數(shù)量，減少肺組織濕干比和中性粒細(xì)胞浸潤，降低肺細(xì)胞的凋亡，還大大增加循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量，這說明內(nèi)皮祖細(xì)胞旁分泌對ALI 的治療效果不僅僅是促進(jìn)新生血管生成，同時還具有抗炎抗凋亡作用，并可招募內(nèi)皮祖細(xì)胞進(jìn)一步修復(fù)內(nèi)皮從而形成一個良好的正性循環(huán)。有研究將VEGF 基因轉(zhuǎn)染和內(nèi)皮祖細(xì)胞移植結(jié)合應(yīng)用于治療ALI，相較于單純移植內(nèi)皮祖細(xì)胞，轉(zhuǎn)染VEGF165基因的內(nèi)皮祖細(xì)胞移植能進(jìn)一步改善氧合，減輕肺水腫，并降低肺組織誘導(dǎo)一氧化氮合酶（iNOS）、內(nèi)皮素-1（ET-1）的表達(dá)，對肺組織的修復(fù)作用更優(yōu)[29]。

2.3 內(nèi)皮祖細(xì)胞外泌體對ALI的修復(fù)

干祖細(xì)胞具有組織修復(fù)再生的潛能，廣泛應(yīng)用于移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，然而干祖細(xì)胞分泌的微囊泡通常被認(rèn)為是細(xì)胞碎片或殘骸，多年來其生物學(xué)作用一直被忽視[30]。有研究報道，在豬肺移植缺血再灌注損傷模型中，并沒有在肺內(nèi)檢測到熒光標(biāo)記的內(nèi)皮祖細(xì)胞的定植[31]。有研究表明干祖細(xì)胞移植發(fā)揮有利作用主要是依靠旁分泌機(jī)制，而非其在損傷部位的定植和分化，細(xì)胞釋放胞外囊泡在細(xì)胞間交流和組織修復(fù)中扮演重要角色[32]。胞外囊泡主要分為：外泌體、微囊泡和凋亡體[33]。近年來，內(nèi)皮祖細(xì)胞的外泌體在許多疾病模型中展現(xiàn)出良好的內(nèi)皮修復(fù)功能，如ALI[34]、糖尿病皮膚傷口愈合等[35]。有研究報道高氧應(yīng)激損害肺微循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移、血管生成能力，內(nèi)皮祖細(xì)胞外泌體可以在氧化應(yīng)激情況下增加促血管生成相關(guān)蛋白VEGF、VEGFR-2、eNOS 的表達(dá)，提高肺微循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞的生物活性[36]。WU等[37]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮祖細(xì)胞的外泌體可通過轉(zhuǎn)移miR-126下調(diào)SPRED1基因激活RAF/ERK 信號通路，從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞功能的發(fā)揮，減輕LPS 誘導(dǎo)的ALI。在膿毒癥小鼠模型中，靜脈給予的內(nèi)皮祖細(xì)胞外泌體主要集聚在肺部，增加miR-126-5p和miR-126-3p的表達(dá)，減少肺組織高遷移組盒1（HMGB1）的表達(dá)，進(jìn)而減輕肺血管的滲透性，減少肺水含量，實(shí)驗(yàn)還證實(shí)內(nèi)皮祖細(xì)胞富含的miR126-5p 和miR-126-3p 分別抑制LPS 誘導(dǎo)的人微循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞中HMGB1 和血管內(nèi)皮黏附分子1（VCAM1）的增加[38]。ALI 以肺泡-毛細(xì)血管屏障功能破壞為特征，內(nèi)皮祖細(xì)胞外泌體除了發(fā)揮內(nèi)皮保護(hù)作用，在LPS 誘導(dǎo)的ALI 模型中氣管內(nèi)應(yīng)用內(nèi)皮祖細(xì)胞的外泌體，還可以改善肺泡上皮功能，其機(jī)制為外泌體將miR-126 傳遞給上皮細(xì)胞進(jìn)而上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)，下調(diào)PI3KR2、VEGFα 和HMGB1[39]。

3 結(jié)語

ALI 是一種十分復(fù)雜、進(jìn)展迅速的炎癥綜合征，目前還沒有特別有效的治療方法。許多動物實(shí)驗(yàn)表明內(nèi)皮祖細(xì)胞在修復(fù)內(nèi)皮屏障、促進(jìn)新生血管生成、延緩ALI 病理過程中表現(xiàn)出巨大的潛能，然而由于內(nèi)皮祖細(xì)胞移植的免疫原性、促腫瘤生成及體外擴(kuò)增困難、移植時機(jī)難以確定等因素限制了其在臨床中的應(yīng)用。近年來內(nèi)皮祖細(xì)胞條件培養(yǎng)基中的外泌體具有與內(nèi)皮祖細(xì)胞相似的功能甚至優(yōu)于細(xì)胞本身，在ALI 中展現(xiàn)出極好的應(yīng)用前景，而且基于其免疫原性很低，相應(yīng)的并發(fā)癥少，內(nèi)皮祖細(xì)胞的無細(xì)胞治療或可以成為減輕ALI 新的研究方向。