030001 太原，山西醫(yī)科大學(xué)1030001 太原，山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院重癥醫(yī)學(xué)科2

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·綜述·

內(nèi)皮祖細(xì)胞治療急性呼吸窘迫綜合征的研究進(jìn)展

王敏1劉虹2程威1

030001 太原，山西醫(yī)科大學(xué)1030001 太原，山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院重癥醫(yī)學(xué)科2

【關(guān)鍵詞】急性呼吸窘迫綜合征;內(nèi)皮祖細(xì)胞；細(xì)胞移植

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)起病急，病情兇險(xiǎn)，預(yù)后差，其病死率約在30%～40%，是現(xiàn)代急危重癥醫(yī)學(xué)中的一大難題[1-2]。ARDS是由非心源性的各種肺內(nèi)外致病因素導(dǎo)致的以急性呼吸窘迫、頑固性低氧血癥為主要臨床特征的急性進(jìn)行性低氧性呼吸功能不全或呼吸衰竭[3]。ARDS病理特征是肺泡上皮細(xì)胞及肺血管內(nèi)皮細(xì)胞受損，肺微血管通透性增加，毛細(xì)血管滲漏，肺泡腔出現(xiàn)富含蛋白質(zhì)的滲出液，導(dǎo)致肺水腫和肺透明膜形成[4]。基于ARDS的病理生理改變，各種臨床治療策略的研究從未停止，近年來國(guó)內(nèi)外研究表明內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells, EPCs)是理想的外源性修復(fù)種子細(xì)胞，其可以修復(fù)受損的肺泡上皮及肺血管內(nèi)皮細(xì)胞，調(diào)控肺局部炎癥反應(yīng)、提高肺組織的抗氧化能力、改善肺動(dòng)脈的舒縮功能，然而EPCs的動(dòng)員、遷移、歸巢、分化等生物學(xué)特性受多種細(xì)胞因子及信號(hào)通路的調(diào)控[5]?，F(xiàn)就其近幾年的研究與進(jìn)展作一綜述。

一、內(nèi)皮祖細(xì)胞的生物學(xué)特性

內(nèi)皮祖細(xì)胞作為血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞，存在于骨髓、臍血、胚胎組織和外周血中(四者之比約為15︰10︰2︰1)，其參與了胚胎時(shí)期的血管生發(fā)及出生后的血管新生，并且在機(jī)體、器官受損傷后負(fù)責(zé)血管的再生與修復(fù)[6]。近年來隨著EPCs移植在心腦血管疾病及缺血性疾病等中被廣泛研究和應(yīng)用，取得了確切的療效與成功，開始逐漸引入到肺部疾病的研究與治療中[7-8]。Suratt等[9]研究發(fā)現(xiàn)在接受了男性造血干細(xì)胞移植的女性患者肺組織中可檢測(cè)到含有Y染色體的內(nèi)皮細(xì)胞，為外源性EPCs參與肺組織血管內(nèi)皮的修復(fù)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。目前研究證實(shí)EPCs通過動(dòng)員、遷移、歸巢、分化等步驟在受損的肺血管處參與內(nèi)皮細(xì)胞的修復(fù)，調(diào)控炎癥反應(yīng)，增強(qiáng)抗氧化能力，調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。

1. EPCs的動(dòng)員：指EPCs受某些病理生理刺激從骨髓釋放入外周血的過程。正常情況下，外周血中EPCs的數(shù)量很少，當(dāng)組織在缺血、缺氧、燒傷、炎癥、應(yīng)激等內(nèi)源性刺激及藥物等外源性刺激介導(dǎo)下，釋放血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor, PDGF)、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(stromalceil derived factor-1, SDF-1)、粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte -colony stimulating factor, G-CSF)等各種細(xì)胞因子，趨化EPCs從骨髓進(jìn)入外周血循環(huán)中[10]，這個(gè)過程受多種配體、受體及酶的調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)VEGF可通過AKT/eNOs/NO通路激活骨髓基質(zhì)中基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)，活化的MMP-9可促進(jìn)骨髓間質(zhì)細(xì)胞膜結(jié)合配體轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄耘潴w，其與EPCs上相應(yīng)的受體結(jié)合使骨髓中EPCs發(fā)生移位，使EPCs由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋碃顟B(tài)，并將它們動(dòng)員至外周血循環(huán)中[11]。Burnham等[12]研究表明ALI/ARDS患者與健康志愿者相比，外周血中EPCs的數(shù)量顯著增加，可見骨髓中EPCs在炎癥情況下可動(dòng)員入血；且循環(huán)中EPCs的數(shù)量增加與ALI患者存活率的改善具有相關(guān)性，可作為評(píng)價(jià)ALI患者預(yù)后的一項(xiàng)指標(biāo)[12-13]。

2. EPCs的遷移：指EPCs在相關(guān)因子的趨化作用下通過外周血循環(huán)向受損的血管內(nèi)皮處移動(dòng)的過程。研究表明影響EPCs遷移的趨化因子有VEGF、SDF-1/CXCL-12、淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原1等，它們趨化誘導(dǎo)EPCs遷移到缺血組織及受損血管部位，參與組織修復(fù)與血管重生。當(dāng)肺組織發(fā)生病變時(shí)，SDF-1表達(dá)上升，在骨髓和受損組織之間形成由低到高的濃度梯度，而SDF-1作為CXC趨化因子受體4(chemotaxis cytokine receptor-4, CXCR-4)的唯一配體，能特異性地對(duì)造血干/祖細(xì)胞表面的CXCR-4產(chǎn)生趨化作用，二者相互結(jié)合，使EPCs逆著SDF-1濃度梯度，到達(dá)受損組織部位[14]。在動(dòng)物試驗(yàn)中，給予不同劑量的CXCL-12，EPCs的遷移、黏附能力具有明顯的劑量依賴性，而預(yù)先給予CXCR-4阻斷劑AMD3100則無此現(xiàn)象，表明SDF-1/CXCL-12對(duì)EPCs的趨化作用通過CXCR-4途徑[8]。而Li等[15]研究發(fā)現(xiàn)VEGF可通過作用于EPCs表面的兩種受體VEGFR1、VEGFR2，誘導(dǎo)EPCs的遷移。此外，Zuo等[16]研究發(fā)現(xiàn)MicroRNA-26a/EphA2基因軸的特異表達(dá)可通過p38 MAPK/VEGF通路損害EPCs的功能。

3. EPCs的歸巢：指EPCs黏附并嵌合在損傷血管內(nèi)皮的過程。外周血中的EPCs隨著血液循環(huán)到達(dá)缺血或損傷部位，通過滾動(dòng)、減速、嵌入，并最終黏附在受損的血管內(nèi)皮處[17]。此過程需要：①血管內(nèi)皮的完整性受損，導(dǎo)致基質(zhì)成分—纖維連接蛋白、層黏連蛋白和膠原的暴露；②某些因子誘導(dǎo)選擇素、整合素及免疫球蛋白超家族等的表達(dá)。EPCs表面的CD34與相應(yīng)的選擇素結(jié)合使循環(huán)中的EPCs滾動(dòng)、減速，進(jìn)而在單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein -1, MCP-1)的誘導(dǎo)下EPCs表達(dá)整合素，這些整合素與暴露的相應(yīng)基質(zhì)成分緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)EPCs在損傷血管內(nèi)皮的歸巢。研究表明肺部炎癥反應(yīng)所分泌的炎癥因子TNF-α、IL-1、IFN可以促進(jìn)激活的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)免疫球蛋白超家族—細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)、血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子-1(platelet endothelial cell adhesion molecule-1, PECAM-1)等，且ICAM-1是整合素的配體，PECAM-1可以上調(diào)整合素的表達(dá)。此外，研究發(fā)現(xiàn)PPARα通過HIF-1α/SDF-1通路可以抑制EPCs的歸巢[18]。K?hler等[19]將源于骨髓EPCs體外擴(kuò)增，通過靜脈移植給ALI大鼠模型(該鼠模型左肺嚴(yán)重受損)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)外源性EPCs歸巢到損傷的左肺組織，而正常的右肺組織及其他器官則未發(fā)現(xiàn)外源性EPCs，說明EPCs可以歸巢到損傷部位并參與修復(fù)，毛梅等[20]利用Y 染色體探針示蹤技術(shù)證實(shí)了上述觀點(diǎn)。

4. EPCs的分化：指定植在損傷血管內(nèi)皮處的EPCs增殖分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞的過程。Chen等[4]利用密度梯度離心法分離并收集外周血中的EPCs，體外培養(yǎng)1周后，將綠色熒光標(biāo)記的EPCs經(jīng)靜脈移植入油酸誘導(dǎo)的ALI家兔模型，48 h后在受損的肺組織中監(jiān)測(cè)到綠色熒光標(biāo)記的的肺泡上皮及肺血管內(nèi)皮細(xì)胞。表明歸巢的EPCs增殖分化為肺泡上皮細(xì)胞及肺血管內(nèi)皮細(xì)胞。此外，歸巢的EPCs還可分泌多種促血管生成物質(zhì)[21-23]，如VEGF、G-CSF、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor, FGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin like growth factor-1, IGF-1)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatocyte growth factor, HGF)等，促進(jìn)相鄰內(nèi)皮細(xì)胞的增殖分化。Yu等[24]研究證實(shí)HGF能增強(qiáng)EPCs的增殖和管形成能力，此過程可能受低氧誘導(dǎo)分子-1α(hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)的調(diào)節(jié)。另有國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)黏附分子在EPCs的分化中也發(fā)揮重要的作用。

二、EPCs對(duì)ARDS的可能作用機(jī)制

1. EPCs修復(fù)受損肺泡毛細(xì)血管膜： ARDS早期的病理生理改變表現(xiàn)在肺泡毛細(xì)血管膜的損傷，氣血屏障結(jié)構(gòu)破壞，使其通透性增加，肺水腫及肺透明膜形成。而骨髓EPCs遷移歸巢至肺受損的組織參與肺泡毛細(xì)血管膜的修復(fù)，Mei等[25]在LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠模型研究中證實(shí)了此點(diǎn)。此外，研究發(fā)現(xiàn)EPCs還具有替代紊亂的肺微血管內(nèi)皮，防止其重構(gòu)，降低肺動(dòng)脈壓的能力。Lam等[26]在LPS誘導(dǎo)的ALI兔模型研究中，發(fā)現(xiàn)移植的EPCs可分化形成內(nèi)皮細(xì)胞，修復(fù)肺泡毛細(xì)血管屏障，減輕肺水腫，并且能增強(qiáng)肺動(dòng)脈對(duì)乙酰膽堿的舒張反應(yīng)。EPCs修復(fù)損傷的血管可能通過以下兩種方式：①EPCs通過嵌合并分化為成熟的血管內(nèi)皮細(xì)胞來直接修復(fù)損傷的血管，②EPCs通過自分泌和旁分泌[21-23]機(jī)制分泌促血管生成物質(zhì)和細(xì)胞因子，促進(jìn)血管新生。

2. EPCs調(diào)控肺局部炎癥反應(yīng)及細(xì)胞凋亡： ARDS的根本原因是SIRS與CARS失衡的肺部體現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)EPCs移植治療中可下調(diào)致炎介質(zhì)、上調(diào)抗炎介質(zhì)的表達(dá)。Xu等[27]在內(nèi)毒素誘導(dǎo)的ARDS小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)EPCs能降低TNF-α、IL-1β等炎癥介質(zhì)的濃度達(dá)到減輕肺損傷的作用。Mao等[28]在LPS誘導(dǎo)的動(dòng)物模型研究中發(fā)現(xiàn)EPCs移植治療組比肺損傷組TNF-α表達(dá)下調(diào)，IL-10表達(dá)顯著增加，IL-10是抗炎介質(zhì)，可以通過抑制巨噬細(xì)胞和多形核白細(xì)胞(polymorphonuclear, PMN)產(chǎn)生細(xì)胞因子來發(fā)揮抗炎作用。Chen等[4]研究證實(shí)在油酸誘導(dǎo)的ALI家兔模型中EPCs移植治療可減少肺泡內(nèi)PMN浸潤(rùn)的數(shù)量。此外，TNF與TNF受體結(jié)合可啟動(dòng)肺泡上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，而EPCs可以降低肺組織中TNF的含量。Mei等[25]在LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠模型中檢測(cè)到Caspase3、Caspase7的活性在肺組織勻漿中明顯增高，EPCs移植治療后可明顯降低Caspase3、Caspase7的活性。

3. EPCs的抗氧化能力： ARDS中氧自由基的產(chǎn)生與滅活失衡，導(dǎo)致肺組織抗氧化能力下降，肺組織損傷。EPCs移植治療可增強(qiáng)受損肺組織的抗氧化能力，滅活氧自由基。Lam等[26]在LPS誘導(dǎo)的ALI動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)移植的EPCs比成熟的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)更高的錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase, MnSOD)，而MnSOD是生物體內(nèi)的氧自由基清除劑，可催化過氧化物和過氧化氫反應(yīng)生成水，減輕肺組織的損傷。Sambuceti等[29]研究發(fā)現(xiàn)，高糖誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血管功能受損時(shí)，給予血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1, HO-1)誘導(dǎo)劑后，可促進(jìn)EPCs動(dòng)員、增殖、分化成內(nèi)皮細(xì)胞，修復(fù)受損的血管內(nèi)皮，且HO-1基因是重要的內(nèi)源性抗氧化保護(hù)因子之一，可增加EPCs的抗氧化能力。Chen等[4]研究發(fā)現(xiàn)外周血分離得到的EPCs進(jìn)行體外培養(yǎng)，在氧化劑-氯化高鐵血紅素刺激下，EPCs表達(dá)HO-1及MnSOD水平明顯升高，而HO-1與MnSOD均是強(qiáng)效抗氧化劑。同時(shí)發(fā)現(xiàn)EPCs移植治療可使iNOs表達(dá)水平降低，進(jìn)而NO生成減少，而過量的NO證實(shí)在炎癥反應(yīng)中可與超氧陰離子發(fā)生氧自由基反應(yīng)。此外，Peng等[30]研究表明，氮氧化物介導(dǎo)的氧化應(yīng)激可以導(dǎo)致EPCs的功能障礙，而抑制氮氧化物可以提高EPCs功能。在ARDS中EPCs的抗氧化能力維持內(nèi)皮細(xì)胞的功能穩(wěn)定，從而改善、減輕肺損傷。

隨著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，EPCs移植具有取材方便、免疫反應(yīng)輕微、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，使其成為近年來研究的熱點(diǎn)，并且在心腦血管疾病、肢體缺血、血管損傷、抗腫瘤血管生成等方面的應(yīng)用與療效被肯定后，逐漸引入到ARDS的研究中。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究已證實(shí)EPCs能修復(fù)損傷的肺血管內(nèi)皮細(xì)胞并促進(jìn)血管的新生，EPCs移植治療有助于提高ARDS動(dòng)物模型的生存率，因此以細(xì)胞為基礎(chǔ)、肺微血管內(nèi)皮為靶點(diǎn)的EPCs移植治療策略在ARDS治療中具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。目前EPCs在ARDS疾病過程中的數(shù)量及功能形態(tài)變化尚不清楚，有待進(jìn)一步研究觀察，以便更好的把握EPCs移植的最佳用量及最佳時(shí)間點(diǎn)，并且EPCs移植治療人類ARDS的安全性及有效性有待進(jìn)一步證實(shí)。

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(本文編輯：黃紅稷)

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(收稿日期：2015-07-14)

中圖法分類號(hào)：R563

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

通訊作者：劉虹，Email: lh9098@aliyun.com

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2016.01.025