廖畫(huà)　劉華

[摘要] 急性肺損傷（ALI）是急性呼吸窘迫綜合征的前期表現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)展為多器官功能障礙綜合征，具有較高的發(fā)病率及病死率。目前對(duì)于ALI的治療主要以機(jī)械通氣和對(duì)癥治療為主，但病死率仍居高不下。隨著干細(xì)胞研究的深入，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）對(duì)ALI的治療作用被逐漸認(rèn)可。在大量研究的基礎(chǔ)上，本研究歸納了BMSCs通過(guò)增殖分化、抑制炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)等方面治療ALI的機(jī)制與特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞] 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞；急性肺損傷；移植

[中圖分類(lèi)號(hào)] R563 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1674-4721（2014）01（c）-0188-04

急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是由非心源性的各種肺內(nèi)、外因素引起的，呈急性、進(jìn)行性呼吸衰竭臨床表現(xiàn)的疾病。ALI可由多種不同的病因引起，發(fā)病率與病死率也因病因的差異而有所不同，在疾病的后期能迅速進(jìn)展為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）[1]。隨著近年對(duì)于干細(xì)胞研究的逐漸增加，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BMSCs）移植后能增殖分化修復(fù)肺組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)肺內(nèi)凋亡機(jī)制，抑制炎癥及免疫調(diào)節(jié)的能力[2]，越來(lái)越受到呼吸疾病研究工作者的重視，有望成為治療ALI的新方法。

1 ALI

1.1 ALI的發(fā)病機(jī)制

ALI/ARDS多由相關(guān)的臨床疾病引起，可以分為肺內(nèi)因素和肺外因素。肺內(nèi)因素包括肺炎、誤吸、挫傷、栓塞、吸入性損傷和缺血-再灌注。肺外因素包括肺外膿毒癥、創(chuàng)傷、燒傷、大量輸血、冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)、中毒與急性胰腺炎等[3]。病理特征主要有肺泡上皮細(xì)胞和肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，進(jìn)而兩者通透性增加，造成彌漫性肺間質(zhì)水腫，肺泡充滿富含蛋白質(zhì)的滲出液，約72 h后形成透明膜，導(dǎo)致肺容積減少、肺順應(yīng)性降低、嚴(yán)重的通氣/血流比例失調(diào)。臨床上表現(xiàn)為進(jìn)行性血氧降低和呼吸窘迫，肺部影像學(xué)上出現(xiàn)斑片狀以至大片狀的浸潤(rùn)陰影[4]。

1.2 ALI的診斷

1994年歐美聯(lián)席會(huì)議提出了ALI/ARDS的診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]，中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)分會(huì)也于2000年提出了我國(guó)ALI/ARDS的診斷標(biāo)準(zhǔn)。①有ALI/ARDS的高危因素；②急性起病、呼吸頻數(shù)和（或）呼吸窘迫；③低氧血癥：ALI時(shí)動(dòng)脈血氧分壓（PaO2）/吸入氧分?jǐn)?shù)（FiO2）值≤300，ARDS時(shí)PaO2/FiO2≤200；④胸部X線檢查顯示兩肺浸潤(rùn)陰影；⑤肺動(dòng)脈楔壓（PAWP）≤18 mm Hg或臨床上能除外心源性肺水腫。同時(shí)符合以上5項(xiàng)條件，可以診斷為ALI或ARDS[5]。

1.3 ALI的流行病學(xué)現(xiàn)狀

據(jù)美國(guó)華盛頓醫(yī)療中心統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)的重癥監(jiān)護(hù)病房（ICU），每年約有190 000例患者診斷為ALI，而在急診科接受機(jī)械通氣的非創(chuàng)傷患者中，符合ALI診斷標(biāo)準(zhǔn)的比例為8.7%[6]。在普通呼吸病房中，出現(xiàn)急性肺部浸潤(rùn)的患者達(dá)66%，其中9%的患者符合ALI的診斷標(biāo)準(zhǔn)，2%的患者診斷為ARDS[7]。有研究顯示，1994～2006年，ALI/ARDS的病死率約為43%，與以往相比雖有明顯下降，但仍需要極高度的關(guān)注[8]。

1.4 ALI的治療現(xiàn)狀

ALI的臨床治療分為藥物治療和機(jī)械輔助治療。藥物治療：皮質(zhì)類(lèi)固醇激素、體液管理、神經(jīng)肌肉阻斷劑[9]。機(jī)械輔助治療：低潮氣量通氣、呼氣末正壓通氣、高頻通氣與常規(guī)通氣[10-11]。其他輔助治療：預(yù)防應(yīng)激性潰瘍和靜脈血栓，營(yíng)養(yǎng)支持和治療相關(guān)的傷害等[12]。上述治療在挽救和維持患者生命中起著重要的作用，但卻未能大幅度降低病死率，對(duì)于ALI的肺泡浸潤(rùn)、肺泡上皮和毛細(xì)血管損壞、肺部及全身的炎癥不能很好地統(tǒng)一兼顧，致使病死率居高不下，急需尋求ALI/ARDS更完善的治療方法。隨著對(duì)ALI發(fā)病機(jī)制的研究和上述治療并發(fā)癥方法的增加，ALI的治療重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向非機(jī)械通氣手段。

2 BMSCs

有研究顯示，BMSCs移植后，能歸巢到肺組織損傷部位，并通過(guò)釋放可溶性因子，減輕肺毛細(xì)血管內(nèi)皮的通透性及肺泡水腫、緩解肺部炎癥、促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡、幫助肺部血管重建等，起到治療ALI/ARDS的效果[13-14]。下面將從三方面介紹BMSCs移植治療ALI大鼠的研究現(xiàn)狀。

2.1 BMSCs歸巢與增殖分化

ALI病理改變發(fā)展過(guò)程中，逐漸出現(xiàn)肺泡上皮受損壞死，成纖維細(xì)胞增生和膠原沉積。在BMSCs治療ALI的研究中，將β-半乳糖苷酶標(biāo)記的BMSCs經(jīng)尾靜脈輸入博來(lái)霉素引起的大鼠肺損傷模型中，BMSCs可遷移到肺組織，并分化為具有Ⅰ型肺泡上皮的形態(tài)特征及特異性表面標(biāo)記：T1α和水通道蛋白-5的細(xì)胞[15]。Ma等[16]在體外建立了模擬肺部微環(huán)境的培養(yǎng)基，植入BMSCs，發(fā)現(xiàn)BMSCs能成功分化為具有表面蛋白C（surfactant protein C，SP-C）的人Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞特異性表面標(biāo)志蛋白。將熒光原位雜交技術(shù)標(biāo)志的雄性大鼠的BMSCs在第一時(shí)間移植到博來(lái)霉素引起的雌性肺損傷大鼠模型中，發(fā)現(xiàn)雄性大鼠的BMSCs能快速增殖為移植數(shù)目的3倍，同時(shí)顯現(xiàn)出Ⅱ型肺泡細(xì)胞樣形態(tài)并顯著減輕肺部炎癥和膠原沉積[17]。有研究證明，移植的BMSCs能歸巢到損傷肺組織并增殖分化修復(fù)肺部結(jié)構(gòu)，減少肺部結(jié)構(gòu)改變。

2.2 BMSCs對(duì)細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)作用

BMSCs可產(chǎn)生肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte growth factor，HGF）[18]，HGF對(duì)BMSCs有多重生物學(xué)效應(yīng)。彈性蛋白酶引起的肺損傷大鼠，經(jīng)鼻腔吸入HGF后，可顯著改善肺泡腔的擴(kuò)大和肺泡壁的破壞。經(jīng)2周的HGF治療后，明顯提高靜態(tài)肺順應(yīng)性、肺部增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）和細(xì)胞角蛋白-19的水平，提示BMSCs分泌HGF有促肺泡新生和動(dòng)員干細(xì)胞修復(fù)損傷的能力[19]，減緩ALI的小氣道閉陷和肺泡萎陷不張。

BMSCs移植的受體大鼠肺泡灌洗液中，可發(fā)現(xiàn)角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子（keratinocyte growth factor，KGF）明顯升高。KGF又稱(chēng)FGF-10，是人體皮下組織細(xì)胞分泌的一種堿性蛋白生長(zhǎng)因子，特異性地結(jié)合到上皮細(xì)胞表面的特異受體，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的信號(hào)傳遞過(guò)程，啟動(dòng)上皮細(xì)胞內(nèi)參與分裂生長(zhǎng)的基因表達(dá)，從而刺激上皮組織的新陳代謝。Huh等[20]研究顯示，KGF通過(guò)磷酸化蛋白激酶B（Akt/PKB），啟動(dòng)多種途徑抑制Ⅱ型肺泡上皮凋亡。在機(jī)械通氣造成的ALI中，KGF介導(dǎo)BMSCs恢復(fù)系統(tǒng)氧合能力和肺順應(yīng)性，降低全肺水腫程度，減少肺部炎癥、肺組織損傷和恢復(fù)肺的結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低致炎因子TNF-α，提高抗炎因子IL-10[21]。Wang等[22]證明KGF可以提高ALI肺泡對(duì)液體的運(yùn)輸能力，減輕肺部濕/干比。

在木瓜蛋白酶引起的肺氣腫模型中，出現(xiàn)了TNF-α的升高，繼而導(dǎo)致移植的BMSCs分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）。VEGF表達(dá)于血管內(nèi)皮表面，能作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，增加血管的通透性。Zhen等[23]阻斷VEGF信號(hào)傳導(dǎo)通路后，發(fā)現(xiàn)肺部細(xì)胞凋亡增加，肺氣腫加重，提示VEGF對(duì)木瓜蛋白酶損害下的肺部細(xì)胞起保護(hù)作用。

BMSCs還可以分泌腎上腺髓質(zhì)素[24]，腎上腺髓質(zhì)素能增加外周血循環(huán)中的單核細(xì)胞和干細(xì)胞抗原-1（Sca-1）陽(yáng)性細(xì)胞，吸引循環(huán)中的內(nèi)源性骨髓干細(xì)胞到損傷的肺組織參與修復(fù)，并對(duì)肺泡上皮和內(nèi)皮細(xì)胞起直接保護(hù)作用[25]。

白細(xì)胞介素1受體拮抗劑（interleukin 1 receptor antagonist，IL1RN）是由BMSCs其中一組細(xì)胞亞群特異分泌的物質(zhì)，能在體外阻斷依賴(lài)T細(xì)胞活化分泌的IL-1和抑制活化的巨噬細(xì)胞分泌TNF-α，通過(guò)抑制IL-1和TNF-α這兩大炎性因子來(lái)保護(hù)ALI時(shí)的肺組織[26]。

IL-10是BMSCs治療ALI中一個(gè)重要的細(xì)胞因子，主要由Th2細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生；具有抑制前炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生，抑制MHC-Ⅱ類(lèi)分子和B-7分子的表達(dá)，抑制T細(xì)胞合成IL-2、IFN-γ等細(xì)胞因子，促進(jìn)B細(xì)胞分化增殖等作用。BMSCs能通過(guò)直接調(diào)節(jié)Th2細(xì)胞分泌IL-10，或者通過(guò)KGF等因子間接調(diào)控，起到抗炎效果[20，27]。經(jīng)氣管輸入BMSCs對(duì)抗內(nèi)毒素造成的ALI試驗(yàn)中，BMSCs能顯著上調(diào)IL-10，同時(shí)下調(diào)TNF-α和巨噬細(xì)胞炎性蛋白（monocyte inflammatory protein-2，MIP-2），提高ALI小鼠的生存率[27]。

由此可見(jiàn)，BMSCs可通過(guò)釋放可溶性因子抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)細(xì)胞因子緩解肺部炎癥，保護(hù)肺組織。

2.3 BMSCs對(duì)免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

BMSCs可改變樹(shù)突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）分泌的細(xì)胞因子，使成熟的DC1減少TNF-α的分泌，DC2可增加抗炎因子IL-10分泌；BMSCs同時(shí)作用于T細(xì)胞，減少Th1釋放INF-γ，Th2增加IL-4的分泌，并且增加Treg細(xì)胞的生成，使組織內(nèi)IL-10增加[28]。BMSCs通過(guò)分泌可溶性因子，使IgM、IgG、IgA表達(dá)受損，B細(xì)胞在抗原依賴(lài)期不能與抗原高親和力結(jié)合，其表面的CD40不能很好地表達(dá)，B細(xì)胞與Th細(xì)胞特異性結(jié)合，用于活化的B細(xì)胞減少，致使B細(xì)胞不能繼續(xù)分化和發(fā)育為漿細(xì)胞。B細(xì)胞表面趨化因子受體CXCR4、CXCR5、CXCR7表達(dá)受損，對(duì)CXCL12、CXCR4配體、CXCL13、CXCR5配體的趨化性顯著下調(diào)。BMSCs通過(guò)抑制B細(xì)胞活化及趨化，能有效減少ALI發(fā)生時(shí)體內(nèi)出現(xiàn)的過(guò)度和自我破壞的炎性反應(yīng)[29]。

3 BMSCs治療ALI的預(yù)臨床、臨床實(shí)驗(yàn)

3.1 BMSCs在體外人體組織中的作用

大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提示了BMSCs治療ALI可以從抗水腫、抗凋亡、抗炎癥、免疫調(diào)節(jié)出發(fā)，表現(xiàn)出了很高的可行性，而這些治療機(jī)制在人體是否具有同樣的作用也受到了重視。用38具不能利用于肺移植的人體肺組織，建立體外血液循環(huán)及呼吸循環(huán)，再具體分組為控制組、LPS肺損傷組、LPS+MSC治療組、LPS+MSC條件培養(yǎng)液治療組，對(duì)其肺泡液體清除（AFC）及肺泡液中KGF含量進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，異體BMSCs移植或BMSCs條件培養(yǎng)液移植可以明顯減輕肺水腫，改善肺內(nèi)皮細(xì)胞屏障的完整性，使肺泡上皮細(xì)胞對(duì)液體的運(yùn)轉(zhuǎn)能力恢復(fù)正常，并認(rèn)為這是通過(guò)KGF介導(dǎo)肺泡液鈉轉(zhuǎn)運(yùn)引起的[30]。

3.2 BMSCs移植在活體人體內(nèi)的治療嘗試

2010年南京一位19歲女性系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）患者因出現(xiàn)痰中帶血，迅速進(jìn)展為進(jìn)行性呼吸困難和低氧血癥，被診斷為SLE相關(guān)的彌漫性肺泡出血（diffuse alveolar hemorrhage，DAH），經(jīng)類(lèi)固醇激素和免疫球蛋白的沖擊療法后仍無(wú)明顯好轉(zhuǎn)。Liang等[31]為患者進(jìn)行了臍帶血來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）異體移植，移植后患者的臨床表現(xiàn)得到迅速改善，影像學(xué)及血液學(xué)在1周后恢復(fù)正常。SLE相關(guān)的DAH通常認(rèn)為與免疫復(fù)合物沉積在肺泡毛細(xì)血管基底膜，引起基底膜損傷和血管炎相關(guān)。該病例的成功治療，提示了MSCs對(duì)肺組織的保護(hù)作用，但其機(jī)制尚未明確。

在ALI/ARDS的治療中，不僅要在疾病的早期對(duì)抗其肺水腫、內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡細(xì)胞的破壞引起的頑固性低氧血癥和呼吸窘迫，還需在后期治療中調(diào)節(jié)全身的免疫機(jī)制，縮短炎癥持續(xù)期，維護(hù)肺組織結(jié)構(gòu)，改善預(yù)后。BMSCs在此顯示出的對(duì)疾病的多功能調(diào)節(jié)，使其受到了極大的關(guān)注。然而B(niǎo)MSCs的提取、培養(yǎng)、動(dòng)物模型的制造，BMSCs與各種細(xì)胞因子、炎癥因子、肺組織內(nèi)源性干細(xì)胞、免疫細(xì)胞的相互作用還需要進(jìn)一步的探索，其對(duì)于ALI/ARDS的臨床治療也需要更多的基礎(chǔ)研究支持。

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（收稿日期：2013-09-29 本文編輯：林利利）