所鴻 孫嘉琳 董京生

[摘要] 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）是具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始細(xì)胞，可分化為三個(gè)胚層來源的細(xì)胞系，發(fā)育成不同的組織細(xì)胞。近年來，隨著人們對(duì)BMSCs生物學(xué)特性、體外分離純化及培養(yǎng)認(rèn)識(shí)的不斷深入，以BMSCs為實(shí)驗(yàn)載體，利用其增殖及歸巢特性，對(duì)慢性阻塞性肺疾病的根本性逆轉(zhuǎn)治療以及其對(duì)肺部腫瘤的抑制及治療等方面有新的觀點(diǎn)和研究方向。文本就近年來該方面相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

[關(guān)鍵詞] 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞；肺部；慢性阻塞性肺疾??；腫瘤

[中圖分類號(hào)] R563 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2015）10（a）-0029-04

Current situation research of potential bone marrow mesenchymal stem cells therapy for pulmonary diseases

SUO Hong SUN Jialin DONG Jingsheng

Department of Respiratory， Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Huhhot 010059， China

[Abstract] Bone marrow mesenchymal stem cells （BMSCs） are primitive cells with self-replication and multi-directional differentiation potential， which can differentiate into three layer source cell line， develop into different tissue cells. In recent years， along with the deeply understand of its biological characteristics， purification and culture in vitro， taking BMSCs as experimental carrier， using its proliferation and homing feature， there has new ideas and research direction in the aspects of a fundamental reversal treatment for chronic obstructive pulmonary disease and its inhibition and treatment for lung tumor. This article reviews its research progress.

[Key words] Bone marrow mesenchymal stem cells； Pulmonary； Chronic obstructive pulmonary disease； Tumor

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）是干細(xì)胞中的一種，具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始細(xì)胞[1-2]，可移行分化為脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞、神經(jīng)纖維[1]和肺上皮細(xì)胞[3]等多種組織細(xì)胞[1-5]。BMSCs具有自我更新能力強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，在體外容易提取、分離培養(yǎng)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)分化，擴(kuò)增迅速，可分化為三個(gè)胚層來源的細(xì)胞系，發(fā)育成不同的組織細(xì)胞。同時(shí)，BMSCs具有向受損的組織、器官遷移的能力。鑒于BMSCs的上述特性，所以其成為目前臨床實(shí)驗(yàn)的研究焦點(diǎn)。外源性BMSCs移植在治療充血性心力衰竭[6]、心肌梗死[7]等心血管疾病，神經(jīng)系統(tǒng)[8]、肝纖維化[9]等疾病領(lǐng)域，相關(guān)研究的開展較為深入和廣泛，達(dá)到比較好的治療效果。目前BMSCs在肺部疾病的干預(yù)治療主要集中在急性肺損傷與肺間質(zhì)纖維化，對(duì)慢性阻塞性肺疾?。–OPD）及肺部惡性腫瘤的干預(yù)研究進(jìn)展相對(duì)較緩。文本就BMSCs在COPD及肺部惡性腫瘤中對(duì)肺損傷修復(fù)的可能機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 BMSCs的生物學(xué)特點(diǎn)

BMSCs是中胚層發(fā)育的早期細(xì)胞，是一類多能干細(xì)胞[1-2]。BMSCs在骨髓中含量很少，占骨髓有核細(xì)胞的0.001%～0.01%，并隨年齡的增加而減少。一旦生理需要，干細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生分化細(xì)胞，為機(jī)體的修復(fù)及再生提供細(xì)胞來源。BMSCs具有以下生物學(xué)特點(diǎn)[3]：①性質(zhì)穩(wěn)定，自我更新能力強(qiáng)，體外擴(kuò)增107倍后仍保持基因和表型的穩(wěn)定性。②缺乏獨(dú)特性表面標(biāo)志，表達(dá)細(xì)胞表面標(biāo)志SH2、CD44、SH3、Scal等，不表達(dá)造血細(xì)胞的表面標(biāo)志，如CD3、CD4、CD8等，也不表達(dá)MHCⅡ類抗原及MHC抗原相關(guān)的共同刺激因子及MHCⅡ類分子如HLA-DR抗原等，具有低免疫原性[3-5]，在免疫正常的受體中不產(chǎn)生免疫應(yīng)答。③多向分化潛能：在體外不同條件下，BMSCs可分化為不同的組織細(xì)胞，傳代培養(yǎng)后仍具有多向分化潛能，并能高效增殖。④分化控制容易，致瘤風(fēng)險(xiǎn)小。

2 BMSCs體外分離純化

體外常用的從骨髓中分離BMSCs的方法[3]包括：①密度梯度離心法：利用骨髓在分離液中經(jīng)高速離心后形成一個(gè)連續(xù)密度梯度的原理，將密度不等的細(xì)胞分離純化。②貼壁篩選法：根據(jù)BMSCs具有在塑料或玻璃培養(yǎng)皿中貼壁生長的特性對(duì)其進(jìn)行分離。③流式細(xì)胞儀分選法：根據(jù)BMSCs表面抗原標(biāo)志利用流式細(xì)胞儀進(jìn)行分離純化。④免疫磁珠分離法：根據(jù)抗體對(duì)細(xì)胞表面抗原的特異識(shí)別，將偶聯(lián)在抗體上的磁珠標(biāo)記于細(xì)胞上，在磁場作用下分離細(xì)胞。

免疫磁珠分離法是目前獲得BMSCs純度最高的方法。貼壁法和密度梯度離心法是目前研究BMSCs使用最多的兩種方法，尤其全骨髓貼壁法操作步驟簡便，分離的BMSCs貼壁時(shí)間短，細(xì)胞數(shù)量多，傳代擴(kuò)增后的BMSCs純度可達(dá)到95%以上，故該法在研究中應(yīng)用最廣泛。陳舒晨等[5]用骨髓貼壁法在體外獲得高純度的BMSCs，傳代30代以上仍保持良好的生長性。鑒于BMSCs的特點(diǎn)及體外分離培養(yǎng)方法，雖然BMSCs在骨髓中含量很少，但較容易從骨髓中獲取，可以高效擴(kuò)增。

3 BMSCs與慢性阻塞性肺疾病

COPD是呼吸系統(tǒng)疾病中患病率和死亡率均高的常見病[6-10]，臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性發(fā)展的不可逆的氣流受限。COPD發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，其中認(rèn)為最重要的是氣道慢性非特異性炎癥導(dǎo)致氣道重塑[10]，造成COPD組織結(jié)構(gòu)破壞。終末期肺氣腫患者的5年生存率僅為25%[11]。目前，對(duì)COPD常規(guī)的內(nèi)科、外科治療手段均為對(duì)癥治療，缺乏根本逆轉(zhuǎn)該病的治療方法[12-13]。修復(fù)肺部結(jié)構(gòu)、抑制炎性反應(yīng)是治療COPD的理想結(jié)果。

早在2003年，Ortiz等[14]報(bào)道顯示，將抵抗博來霉素雄性小鼠的BMSCs移植給博來霉素所致肺損傷的雌性小鼠，熒光免疫顯示移植的雄性細(xì)胞位于雌鼠受體的肺損傷區(qū)，并大部分分化為Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞，并且BMSCs移植顯著降低了博來霉素所致肺損傷的雌鼠的肺泡的炎性反應(yīng)及膠原沉積?？紤]BMSCs可促進(jìn)肺泡再生Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中研究者通過異體移植BMSCs，來修復(fù)損傷的肺部結(jié)構(gòu)[11]。近年來對(duì)于BMSCs治療急性肺損傷及肺間質(zhì)纖維化方面作了大量研究，積累了許多經(jīng)驗(yàn)。Rojas等[12]研究表明，小鼠供體移植BMSCs在肺損傷的組織內(nèi)可分化為包括Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞等在內(nèi)的多種肺組織細(xì)胞，可以出現(xiàn)在炎癥損傷的肺部，減輕炎性反應(yīng)，促進(jìn)肺部損傷的修復(fù)，并通過免疫調(diào)節(jié)，抑制炎性反應(yīng)，為肺損傷提供修復(fù)環(huán)境。Mei等[13]在研究中發(fā)現(xiàn)，BMSCs能降低全身及肺部炎癥，較大程度上降低炎癥因子水平，增加巨噬細(xì)胞，促進(jìn)炎癥修復(fù)。國內(nèi)學(xué)者李寶平等[15]研究表明，在煙熏大鼠肺氣腫模型上，生長因子及小鼠的BMSCs移植一定程度上修復(fù)肺氣腫的病理改變。李旭等[16]研究也表明，BMSCs在肺氣腫模型大鼠肺組織中能分化肺泡上皮，對(duì)大鼠實(shí)驗(yàn)性肺氣腫有效。宋小蓮等[17]發(fā)現(xiàn)，在大鼠COPD模型中，小鼠BMSCs供體移植，可在大鼠COPD模型肺分化為Ⅱ型肺泡上皮，進(jìn)行炎癥修復(fù)，并能局部存留30 d以上。鑒于BMSCs能在氣道中分化再生Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞，遷移至損傷部位，修復(fù)肺損傷的組織結(jié)構(gòu)，因此，將其用于改變COPD的氣道重塑，有著基本實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

COPD的炎癥機(jī)制，最主要的是炎癥因子TNF-α與IL-10比值的失衡。BMSCs可降低致炎癥因子TNF-α的水平，增加抗炎因子IL-10的水平，促進(jìn)COPD炎癥的吸收[15]，同時(shí)分泌G-CSF等生長因子保護(hù)肺組織。國內(nèi)外學(xué)者均在COPD動(dòng)物模型上闡述了BMSCs有抑制炎癥因子、再生肺組織細(xì)胞的潛能，可修復(fù)損傷的肺部病理結(jié)構(gòu)，從根本上逆轉(zhuǎn)COPD[17-20]。BMSCs治療COPD在動(dòng)物試驗(yàn)上已經(jīng)取得很好的效果，是一條有著光明前景的新的治療途徑，但其能否經(jīng)得起臨床檢驗(yàn)，還需要更加細(xì)致的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)積累，需要不斷的深入探討。

4 BMSCs與肺部腫瘤

目前人們對(duì)BMSCs與腫瘤的關(guān)系還不是十分明了，綜合各家學(xué)說，存在兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為BMSCs可特異性聚集到惡性腫瘤處，對(duì)腫瘤的生長、增殖和發(fā)展起抑制作用；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，BMSCs可以促進(jìn)惡性腫瘤的生長，且更多學(xué)者支持第二種觀點(diǎn)。

4.1 BMSCs促進(jìn)腫瘤的生長

文獻(xiàn)顯示，BMSCs有兩種途徑促進(jìn)腫瘤的生長[18-20]，一種途徑是指白介素、血管內(nèi)皮生長因子、集落刺激因子等細(xì)胞因子促進(jìn)腫瘤生長、增殖，同時(shí)為腫瘤組織提供豐富的血管。Khakoo等[21]發(fā)現(xiàn)自體BMSCs移植能顯著提高血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)水平，并增加心肌壞死區(qū)血流的增加，改善心肌功能。這樣形成一個(gè)正反饋，不斷促使腫瘤增殖。另一種途徑是由于BMSCs具有一定的免疫調(diào)節(jié)作用，對(duì)腫瘤的進(jìn)展也有促進(jìn)作用。有文獻(xiàn)采用BMSCs治療嚴(yán)重抵抗急性移植物抗宿主病，效果顯著，提示BMSCs在人體內(nèi)具有很強(qiáng)的免疫抑制作用[22-24]。

4.2 BMSCs抑制腫瘤的生長

Khakoo等[21]體外實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，BMSCs與腫瘤接觸時(shí)，直接抑制靶細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑中Akt蛋白激酶活性，不依賴宿主自身免疫系統(tǒng)直接抑制腫瘤細(xì)胞生長，BMSCs對(duì)腫瘤的抑制程度與BMSCs的劑量相關(guān)。Ohlsson等[25]發(fā)現(xiàn)，BMSCs可抑制大鼠結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖，他們將BMSCs和癌細(xì)胞混合液移植實(shí)驗(yàn)大鼠皮下，發(fā)現(xiàn)當(dāng)BMSCs和腫瘤細(xì)胞數(shù)目相等或多余時(shí)，結(jié)腸癌生長可完全抑制，生長抑制可出現(xiàn)在移植1～2周。Matus等[26]研究發(fā)現(xiàn)，用表達(dá)IFN-β的復(fù)制缺陷型腺病毒轉(zhuǎn)染BMSCs，通過鼠尾靜脈注入小鼠體內(nèi)，1周后小鼠病理切片顯示BMSCs大量聚集于肺轉(zhuǎn)移灶內(nèi)，正常肺組織及其他臟器幾乎檢測不到BMSCs，與對(duì)照組相比產(chǎn)生明顯抗腫瘤效應(yīng)。

4.3 BMSCs對(duì)腫瘤的治療

在腫瘤治療中應(yīng)用BMSCs與腫瘤細(xì)胞有一定的相似性，腫瘤細(xì)胞和BMSCs均有一定的細(xì)胞分裂特性，有自我增殖和可分化性。BMSCs以高度有序進(jìn)行增殖，同時(shí)可分化成正常、成熟的體細(xì)胞，而腫瘤細(xì)胞是異常分化、無序高速繁殖。BMSCs體外能大量擴(kuò)增，易被外源基因轉(zhuǎn)導(dǎo)，并長時(shí)間保持高效表達(dá)，而且外源BMSCs進(jìn)入體內(nèi)，先聚集于腫瘤組織周圍，維持低免疫原性，長期存活于宿主體內(nèi)。應(yīng)用BMSCs良好歸巢特性，可將BMSCs作為運(yùn)載工具，將抗腫瘤藥物運(yùn)送到肺惡性腫瘤內(nèi)部，進(jìn)行肺惡性腫瘤的靶向治療，減少因全身腫瘤給藥對(duì)肺外其他正常組織臟器造成的不良影響。Aboody等[27]在動(dòng)物模型上利用BMSCs對(duì)腫瘤的趨向性，將BMSCs作為基因治療的載體，對(duì)顱內(nèi)腫瘤的治療有良好效果，應(yīng)用BMSCs作為基因載體，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證其對(duì)肺部腫瘤的靶向治療也有美好的前景。

BMSCs作為一類具有多向分化潛能[1-2]的干細(xì)胞，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)取得許多豐富的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但其用于臨床還有很長的路要走，如BMSCs的治療劑量、治療周期、BMSCs所特有鑒定標(biāo)志物等許多問題等待解決[28-29]，這都需要不斷地對(duì)BMSCs進(jìn)行深入研究。相信隨著研究的深入，不久的將來，臨床上BMSCs將被廣泛地用于治療人類呼吸系統(tǒng)疾病。

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（收稿日期：2015-04-27 本文編輯：程 銘）