趙亞萍，馬輝，曹潔△

新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）致病機(jī)制尚不明確，目前主要以對癥支持、抗病毒、氧療、重要臟器維護(hù)等治療為主，缺乏特異性治療方法。當(dāng)前全球抗疫形勢依然嚴(yán)峻，尋求新的干預(yù)措施，進(jìn)一步降低死亡率并改善患者預(yù)后十分迫切。近年來，大量研究探討了間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）對急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）、急性肺損傷等肺部疾病的治療作用并取得進(jìn)展。MSC憑借其免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)等特性有望為COVID-19重型患者的治療提供新的臨床思路。本文旨在通過闡述COVID-19潛在的致病機(jī)制、MSC對COVID-19治療的可能機(jī)制及在治療中的應(yīng)用，探討MSC治療COVID-19的前景和優(yōu)勢。

1 新型冠狀病毒潛在的致病機(jī)制

全基因組測序分析表明新型冠狀病毒（SARSCoV-2）與嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）的核苷酸同源性為79.0%，兩者具有類似的受體結(jié)合區(qū)域［1］。它在系統(tǒng)發(fā)育上最接近蝙蝠SARS樣冠狀病毒，核苷酸同源性為87.6%～87.7%。研究證實(shí)，SARS-CoV-2可通過其表面的棘突糖蛋白S蛋白與人體呼吸道上皮細(xì)胞的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）結(jié)合，侵染宿主細(xì)胞，進(jìn)行病毒復(fù)制、擴(kuò)增、釋放，同時(shí)激活機(jī)體的防御反應(yīng)［2］。ACE2在人體多組織器官均有表達(dá)，尤其以肺泡上皮細(xì)胞、氣道Club細(xì)胞及纖毛細(xì)胞為著［3-4］。SARS-CoV-2可攻擊肺臟干祖細(xì)胞，損害其再生系統(tǒng)，重型患者或可發(fā)展成肺纖維化。因此，SARS-CoV-2感染人體后可引起以肺臟損傷為主的全身多器官損傷，甚至功能衰竭。細(xì)胞因子風(fēng)暴、免疫應(yīng)答失衡可能是COVID-19導(dǎo)致ARDS及多臟器功能衰竭（MOF）甚至死亡的病生理基礎(chǔ)。

1.1 細(xì)胞因子風(fēng)暴 大部分COVID-19患者臨床癥狀較輕，但仍有部分患者后期病情加重，最終死于ARDS，甚至MOF，其原因與病毒感染過度激活免疫系統(tǒng)致細(xì)胞因子風(fēng)暴及其造成的組織損傷有關(guān)［5］。細(xì)胞因子風(fēng)暴是指機(jī)體受外界刺激后引起體液中多種細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子（TNF）-α、白細(xì)胞介素（IL）-1、IL-6、IL-12、干擾素（IFN）-α、IFN-β、IFN-γ、單核細(xì)胞趨化因子蛋白（MCP）-1和IL-8等迅速大量產(chǎn)生的現(xiàn)象。Huang等［6］對COVID-19患者的臨床數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)重型患者易出現(xiàn)細(xì)胞因子風(fēng)暴，重型監(jiān)護(hù)室（ICU）患者血漿IL-2、IL-7、IL-10、粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF），IFN-γ誘導(dǎo)蛋白（IP）-10、MCP-1、巨噬細(xì)胞炎性蛋白（MIP）-1A和TNF-α水平高于非ICU患者，這表明細(xì)胞因子風(fēng)暴與疾病嚴(yán)重程度有關(guān)，是疾病向重型和危重型發(fā)展的重要因素。另有研究證實(shí)血清TNF-α、IL-6、IL-10可能是SRAS-CoV-2感染疾病嚴(yán)重程度的潛在標(biāo)志物［7］。Chen等［8］報(bào)道99例COVID-19患者中17例出現(xiàn)了ARDS，患者病情短期內(nèi)惡化，推測細(xì)胞因子風(fēng)暴造成了肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞以及肺泡上皮細(xì)胞的彌漫性損傷。然而COVID-19所致細(xì)胞因子風(fēng)暴的機(jī)制尚不明確，可能為SRAS-CoV-2感染后迅速激活免疫細(xì)胞，產(chǎn)生粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）和IL-6等，大量免疫細(xì)胞聚集在肺部，啟動(dòng)瀑布式炎癥級聯(lián)反應(yīng)，釋放大量細(xì)胞因子并不斷激活炎性細(xì)胞致炎癥風(fēng)暴，從而造成肺部和其他器官的嚴(yán)重免疫損傷［8-10］。

1.2 免疫失衡 淋巴細(xì)胞減少是COVID-19患者的常見特征，是與疾病嚴(yán)重程度和死亡相關(guān)的因素。這種淋巴細(xì)胞耗竭的現(xiàn)象主要影響CD4+、CD8+T淋巴細(xì)胞，中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞比值（NLR）是判定患者預(yù)后的重要因素［11］。研究證實(shí)，COVID-19重型患者CD4+T和CD8+T數(shù)量顯著減少，且與血清IL-6、IL-10和TNF-α水平呈負(fù)相關(guān)［7］。隨著患者從前驅(qū)階段向明顯癥狀階段發(fā)展，T細(xì)胞表面衰竭標(biāo)志物程序性死亡受體（PD）-1和T細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白（Tim）-3表達(dá)增加，進(jìn)一步表明T細(xì)胞衰竭部分解釋了肺部嚴(yán)重的免疫損傷［7］。COVID-19重型患者自然殺傷（NK）細(xì)胞亦較輕型患者減少，而B細(xì)胞顯著增加［12］。COVID-19患者還可出現(xiàn)以輔助性T細(xì)胞17（Th17）增加、CD8+T細(xì)胞高細(xì)胞毒性為表現(xiàn)的T細(xì)胞過度活化，致其處于嚴(yán)重免疫紊亂狀態(tài)［13］。此外，COVID-19患者雙肺均可見以淋巴細(xì)胞為主的間質(zhì)炎癥細(xì)胞浸潤，肺泡腔內(nèi)出現(xiàn)多核巨細(xì)胞和非典型增大的肺泡細(xì)胞，與SARS患者相似；其組織學(xué)可見彌漫性肺泡損傷和肺透明膜形成等ARDS表現(xiàn)［13］。因此，免疫系統(tǒng)過度激活引起的免疫失衡可能導(dǎo)致COVID-19患者癥狀加重，甚至預(yù)后不良。

1.3 肺纖維化 肺纖維化是一種慢性、進(jìn)行性和破壞性的間質(zhì)性肺疾?。↖LD），以成纖維細(xì)胞增殖及大量細(xì)胞外基質(zhì)沉積、肺組織結(jié)構(gòu)破壞為主要特征。一項(xiàng)薈萃分析顯示14.8%的COVID-19患者可出現(xiàn)ARDS，ARDS早期即可出現(xiàn)膠原蛋白、促纖維化因子水平增加，以及成纖維細(xì)胞遷移、增殖和膠原沉積［14］。在ARDS進(jìn)程中，經(jīng)典激活的巨噬細(xì)胞（M1）和替代激活的巨噬細(xì)胞（M2）之間的轉(zhuǎn)化可能是引起肺部炎癥損傷和纖維化的重要原因［15］。T淋巴細(xì)胞中Th1/Th2平衡處于高水平的平衡狀態(tài)或偏向Th2，會(huì)導(dǎo)致免疫球蛋白過度沉積、成纖維細(xì)胞合成膠原蛋白增加，發(fā)生肺纖維化的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。在重型COVID-19患者血清中可以觀察到Th1和Th2型細(xì)胞因子水平均顯著提高［16］。因此，Th2型細(xì)胞因子促進(jìn)纖維化的不良反應(yīng)得到明顯加強(qiáng)，重型COVID-19患者肺纖維化風(fēng)險(xiǎn)明顯增高。血清涎液化糖鏈抗原（KL-6）在ILD早期診斷、病變程度及疾病的預(yù)后評價(jià)中具有重要價(jià)值。KL-6作為重型COVID-19的新型潛在標(biāo)志物，在重型患者中顯著升高［17］。

2 MSC治療COVID-19的可能機(jī)制

MSC屬成體干細(xì)胞，是一類具有多分化潛能及自我復(fù)制能力的早期未分化細(xì)胞。它來源廣泛、易于分離培養(yǎng)和導(dǎo)入，并可表達(dá)外源基因，不涉及倫理道德問題，更適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。MSC憑借其免疫調(diào)節(jié)、抗炎、組織修復(fù)等特性在COVID-19重型患者的救治中初顯成效，有望成為新型治療方案。

2.1 免疫調(diào)節(jié)作用 機(jī)體免疫應(yīng)答異常是導(dǎo)致COVID-19患者病情加重的重要因素。MSC具有強(qiáng)大的調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)功能，對固有免疫和適應(yīng)性免疫的多種效應(yīng)細(xì)胞具有顯著的免疫調(diào)節(jié)作用。MSC主要通過旁分泌機(jī)制分泌多種類型的細(xì)胞因子或與免疫細(xì)胞間相互作用介導(dǎo)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)平衡。

研究發(fā)現(xiàn)，MSC可以抑制CD4+、CD8+T細(xì)胞增殖，其表面表達(dá)的PD-1、半乳糖凝集素（Gal）-9等多種免疫抑制分子可與T細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合，抑制T細(xì)胞過度活化［18］。不僅如此，MSC也可抑制異常激活的Th1和Th17細(xì)胞分化，誘導(dǎo)Th17細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化，進(jìn)而減少促炎因子IFN-γ的釋放，上調(diào)Th2以促進(jìn)抗炎因子IL-4的釋放，進(jìn)而抑制免疫系統(tǒng)過度活化，預(yù)防細(xì)胞因子風(fēng)暴的發(fā)生［19］。MSC還能抑制B細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)配對盒基因5（PAX5）蛋白生成，下調(diào)B細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子成熟蛋白（Blimp）-1 mRNA表達(dá)，阻止其向漿細(xì)胞分化，降低B細(xì)胞抗體分泌水平，并抑制B細(xì)胞向淋巴結(jié)趨化，調(diào)節(jié)免疫狀態(tài)［19］。巨噬細(xì)胞是固有免疫中最為關(guān)鍵的細(xì)胞之一，MSC既可以通過加強(qiáng)巨噬細(xì)胞氧化磷酸化來促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞的表達(dá)，又能通過細(xì)胞外介導(dǎo)的囊泡轉(zhuǎn)移自身的線粒體到巨噬細(xì)胞中以增強(qiáng)抗炎及吞噬能力。NK細(xì)胞是顆粒細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞，MSC可抑制活化的NK細(xì)胞的細(xì)胞毒作用以及NK細(xì)胞增殖和細(xì)胞因子分泌，也可通過降低活化標(biāo)志物的表達(dá)改變NK細(xì)胞表型，改善免疫狀態(tài)［20］。MSC還能抑制單核細(xì)胞向樹突細(xì)胞（DC）分化，干預(yù)DC成熟和抗原提呈功能，減少DC激活和炎性因子分泌，進(jìn)一步發(fā)揮免疫抑制功能［19］。

2.2 組織修復(fù)及抗纖維化作用 MSC能遷移至受損的組織，主要通過旁分泌作用向受損組織周圍釋放細(xì)胞因子、生長因子和囊泡（如外泌體），刺激原始組織細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)及組織功能特性恢復(fù)。MSC可分泌血管生成素、角質(zhì)細(xì)胞生長因子（KGF）、肝細(xì)胞生長因子（HGF）等改善肺部微環(huán)境，修復(fù)肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞釋放表面活性物質(zhì)，恢復(fù)肺組織的通透性［21］；亦可以在局部分泌血管內(nèi)皮生長因子（VEGF），與HGF產(chǎn)生協(xié)同作用，起到肺組織修復(fù)和血管重建的作用，增強(qiáng)肺泡-上皮屏障的修復(fù)［22］。除了移植MSC本身，MSC外泌體同樣具有組織修復(fù)、抗炎和免疫調(diào)節(jié)等功能。研究發(fā)現(xiàn)，MSC外泌體攜帶的KGF能夠減少炎癥因子釋放和肺泡內(nèi)蛋白滲出并減輕肺水腫，保護(hù)內(nèi)毒素誘導(dǎo)的急性肺損傷［23］。此外，MSC可減少轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β、血小板源性生長因子、胰島素樣生長因子-1等纖維化生長因子生成，降低基質(zhì)沉積和纖維增生，減輕纖維化的程度［24］。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，MSC可減少PM2.5誘導(dǎo)的大鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞凋亡和壞死，有效改善肺損傷和肺部纖維化［25］。

3 MSC對COVID-19及肺纖維化的治療

截至2020年5月，在Clinical Trials.gov上注冊的MSC治療肺部疾病的臨床研究共68項(xiàng)，其中包括COVID-19、ARDS、特發(fā)性肺纖維化等疾?。?6］。ARDS是導(dǎo)致重型COVID-19患者死亡的重要因素。國內(nèi)已有研究人員將MSC治療用于H7N9禽流感導(dǎo)致的ARDS患者，顯示其具有良好的治療效果［27］。一項(xiàng)系統(tǒng)綜述評估了MSC對ARDS的治療潛能，發(fā)現(xiàn)MSC可以顯著改善ARDS患者肺功能、減輕其炎癥反應(yīng)并降低病死率；輸注MSC后的患者無或僅有輕微的輸入性毒性反應(yīng)，證實(shí)了該療法的安全性和有效性，為臨床應(yīng)用MSC治療COVID-19重型患者奠定了良好的基礎(chǔ)［28］。

目前大部分臨床試驗(yàn)尚處于初期階段，僅有個(gè)別試驗(yàn)公布了相關(guān)數(shù)據(jù)。有文獻(xiàn)報(bào)道采用人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（HUCMSC）對COVID-19危重型患者進(jìn)行治療，該患者在抗生素和胸腺素α1輔助治療基礎(chǔ)上，經(jīng)3次MSC靜脈回輸治療后病情得到了極大的改善，白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)均恢復(fù)到正常水平，CD3+、CD4+、CD8+T細(xì)胞計(jì)數(shù)也恢復(fù)到正常水平［29］。由此可提示HUCMSC治療或可成為救治COVID-19危重型患者的理想臨床方案之一，并且與其他免疫調(diào)節(jié)劑聯(lián)合使用可增強(qiáng)療效。Leng等［30］研究顯示，COVID-19患者在接受MSC治療后，其肺功能和癥狀明顯改善，治療6 d后過度活化的趨化因子受體3（CXCR3）+CD4+T細(xì)胞、CXCR3+CD8+T細(xì)胞和CXCR3+NK細(xì)胞幾乎消失，CD14+CD11c+CD11bmid調(diào)節(jié)性樹突狀細(xì)胞群數(shù)量顯著增加，血清TNF-α水平顯著降低，IL-10水平升高，表明MSC具有顯著的免疫調(diào)節(jié)功能，可有效減輕肺部炎癥反應(yīng)。Sengupta等［31］發(fā)現(xiàn)MSC外泌體亦可明顯改善COVID-19患者的臨床癥狀和氧合狀態(tài)，恢復(fù)中性粒細(xì)胞和總淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)，顯著增加CD3+、CD4+、CD8+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)，降低C反應(yīng)蛋白、鐵蛋白、D-二聚體水平。

此外，MSC能有效改善胺碘酮誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化及肺部損傷，通過抑制核因子（NF）-κB信號通路，阻斷肺部促炎因子表達(dá)，減低肺部炎癥水平，并最終逆轉(zhuǎn)纖維化進(jìn)程［32］。一項(xiàng)在人體內(nèi)高累積劑量干細(xì)胞治療特發(fā)性肺纖維化伴肺功能快速下降的臨床研究顯示，MSC能夠有效遏制特發(fā)性肺纖維化的快速進(jìn)展，且安全性評估未發(fā)現(xiàn)治療相關(guān)的顯著不良反應(yīng)事件［33］。圣保羅州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，脂肪來源的MSC及其分泌組的條件培養(yǎng)基能夠減輕博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺損傷，由此他們認(rèn)為MSC條件培養(yǎng)基或許可以作為COVID-19重型患者的替代治療方法［34］。

4 總結(jié)與展望

目前COVID-19的確切發(fā)病機(jī)制尚不明確，缺乏特異性治療方案?，F(xiàn)有研究表明COVID-19患者病情加重或死亡與機(jī)體免疫系統(tǒng)過度激活誘導(dǎo)的細(xì)胞因子風(fēng)暴密切相關(guān)。MSC憑借其免疫調(diào)節(jié)、抗炎作用、組織修復(fù)等特性在COVID-19重型患者的救治中初顯療效，有望成為重型患者同情用藥治療后不可行情況下的替代方案。但是，目前多數(shù)治療缺乏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)依據(jù)及合適的臨床對照試驗(yàn)，最佳MSC來源和劑量、給藥時(shí)間窗、給藥途徑和頻率尚不十分清楚，仍需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度推進(jìn)臨床試驗(yàn)進(jìn)展及更多數(shù)據(jù)的進(jìn)一步反饋，從而優(yōu)化治療方案。