呂敏捷 張長文 朱常軍 解立旭 馮旰珠

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)的常見病因，包括細(xì)菌性或病毒性肺炎、膿毒癥、嚴(yán)重創(chuàng)傷和胃內(nèi)容物誤吸等，臨床表現(xiàn)為呼吸窘迫和難治性低氧血癥。ARDS目前缺乏有效的治療措施，預(yù)后差、病死率高[1-3]。間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell, MSC)通過多種機(jī)制調(diào)控ARDS的炎癥反應(yīng)，參與肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的修復(fù)，從而減輕肺損傷[4]。MSC的免疫調(diào)節(jié)作用主要是通過細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicle, EV)介導(dǎo)的[5]，MSC-EV具有免疫原性低、存儲簡單等優(yōu)點(diǎn)，可替代MSC細(xì)胞治療，減輕肺損傷，促進(jìn)組織修復(fù)。本文將對MSC的免疫調(diào)節(jié)作用及其在ARDS中的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述，為尋求ARDS的有效治療手段提供新的思路和方向。

MSC及其EV

MSC是來源于中胚層的具有多向分化潛能的干細(xì)胞，可以從骨髓、臍帶、脂肪、肌肉及羊水等多種組織中分離制備。近年來，MSC在治療心血管疾病、腎損傷重建、免疫系統(tǒng)重建等方面取得了顯著的進(jìn)展[6]。多項研究證實，MSC在炎癥、肺動脈高壓和輻射等誘導(dǎo)肺損傷的動物模型中，能夠減輕肺損傷。

EV是由各種類型的細(xì)胞釋放的球形膜結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性群體，在生理和病理條件下釋放，其功能包括在細(xì)胞間轉(zhuǎn)移細(xì)胞成分，而實現(xiàn)細(xì)胞間通訊[7]。根據(jù)大小和生物發(fā)生機(jī)制，EV通常分為三種亞型:外泌體(50～150nm)、微囊泡(100～1000nm)和凋亡小體(500～5000nm)。MSC-EV可從靜止的MSC中釋放出來，在細(xì)胞激活或細(xì)胞應(yīng)激時可顯著增加[8]。MSC-EV有著與MSC相似的抗炎和再生作用，因此具有類似的治療效果，并且具有免疫原性低、存儲簡單等優(yōu)點(diǎn)[9]。MSC-EV參與ARDS、肺纖維化、肺癌等多種肺部疾病的病理生理過程，可作為MSC的代替療法，治療多種疾病[10]。

MSC的免疫調(diào)節(jié)作用

一、MSC與固有免疫

1 巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞對組織免疫穩(wěn)態(tài)的維持至關(guān)重要，能夠極化為炎癥(M1)表型和免疫抑制(M2)表型。在腫瘤和炎癥性疾病中，M1/M2表型失衡是一個重要的致病因素。在ARDS急性滲出期，肺泡巨噬細(xì)胞M1極化，持續(xù)的M1極化，可釋放TNF-α、白細(xì)胞介素(interleukin, IL)-1、一氧化氮和活性氧誘導(dǎo)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。M2極化，則有助于ARDS后期纖維增生的病理性纖維增生反應(yīng)和肺纖維化[11]。因此，維持 M1/M2 型巨噬細(xì)胞在肺內(nèi)相對平衡，可為治療 ARDS 提供新的方向。多項研究表明，MSC能夠通過調(diào)控線粒體的轉(zhuǎn)移、糖酵解等多種途徑來調(diào)控巨噬細(xì)胞極化[12-13]，從而緩解ARDS肺損傷。近年來，大量的研究聚焦于MSC-EV調(diào)控巨噬細(xì)胞向M2型極化[14-16]。攜帶miRNA的MSC-EV已經(jīng)成為治療ARDS的研究熱點(diǎn)。 SuYuan等[17]的研究表明，MSC-EV攜帶的miRNA-17抑制脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)和凋亡，進(jìn)而通過BRD4調(diào)控EZH2/TRAIL軸來阻止膿毒癥的發(fā)展。此外，研究發(fā)現(xiàn)MSC-EV通過將miR-27a-3p轉(zhuǎn)移到肺泡巨噬細(xì)胞來減輕急性肺損傷。miR-27a-3p作用于NFKB1，是M2巨噬細(xì)胞極化的關(guān)鍵調(diào)控因子[18]。由于MSC-EV表現(xiàn)出的巨大潛力，許多研究者開始關(guān)注影響MSC-EV治療效果的因素。Yao M.等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，在iL-1β介導(dǎo)的促炎刺激下，MSC-EV中的miR-21通過靶向PDCD4促進(jìn)了M2巨噬細(xì)胞的極化，并緩解了盲腸結(jié)扎穿刺(cecal ligation and puncture, CLP)導(dǎo)致的膿毒癥。HuangRuoqiong等[20]比較了來自年輕和衰老MSC的EV對脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的小鼠肺損傷的不同影響。他們發(fā)現(xiàn)，與年輕的MSC-EV相比，衰老的MSC-EV不能改變巨噬細(xì)胞的表型和減少巨噬細(xì)胞的募集，同時也不具有對于肺損傷的保護(hù)作用。本課題組也發(fā)現(xiàn)MSC-EV能夠被小鼠巨噬細(xì)胞攝取，進(jìn)而調(diào)控小鼠巨噬細(xì)胞的極化。

2 樹突狀細(xì)胞

樹突狀細(xì)胞(dendritic cells, DC)在免疫系統(tǒng)中起著重要的作用，是固有免疫和適應(yīng)性免疫之間的橋梁。DC在肺部遷移并分化成熟，MSC調(diào)節(jié)肺部過度炎癥的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是誘導(dǎo)產(chǎn)生耐受性樹突狀細(xì)胞(tolergenic dendritic cells, DCreg)，MSC誘導(dǎo)成熟或未成熟DC、單核細(xì)胞/造血干細(xì)胞分化為DCreg。此外，MSC還可通過Notch通路、Ras相關(guān)的C3肉毒毒素底物信號通路等其他途徑誘導(dǎo)DCreg的生成[21-23]。值得一提的是，DC的募集和成熟能夠?qū)е略缙诩毙苑螕p傷。MSC通過旁分泌肝細(xì)胞生長因子(paracrine hepatocyte growth factor, HGF)誘導(dǎo)DC分化為DCreg，參與免疫應(yīng)答，進(jìn)而緩解急性肺損傷[24]。MSC-EV調(diào)控DC的機(jī)制也與DCreg相關(guān)。目前有體外研究[25]證實了MSC-EV將未成熟和成熟的DC誘導(dǎo)成共刺激標(biāo)志物低表達(dá)的DCreg。它們能夠抑制淋巴細(xì)胞活性，增加抗炎相關(guān)因子IL-10和TGF-β的分泌，減少炎癥因子IL-6的分泌。這些炎癥因子與ARDS致病機(jī)制密切相關(guān)。

3 自然殺傷細(xì)胞

早有研究表明，MSC與自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell，NK)相互抑制[26]。胎兒肝臟來源的MSC-EV抑制NK細(xì)胞功能是通過TGF-β實現(xiàn)的[27]。此外，MSC通過抑制NK細(xì)胞來治療膿毒癥已經(jīng)在小鼠模型中得到了證實。這一生物學(xué)過程可能涉及IL-10、細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制劑3、Janus激酶/信號轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)錄途徑激活劑中的其他成分[28]。

二、MSC與適應(yīng)性免疫

1 T淋巴細(xì)胞

CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)的肺部炎癥可能與ARDS的發(fā)病有關(guān)[29]。早期ARDS患者外周血中Th17和Treg細(xì)胞增多，Th17 / Treg比例越高，疾病的預(yù)后越差。Th17/Treg失衡傾向于Th17移位是緩解早期ARDS患者肺損傷的潛在治療靶點(diǎn)和新的風(fēng)險指標(biāo)[30]。IL-2誘導(dǎo)T細(xì)胞激酶(T-cell kinase，TK)通過控制多種轉(zhuǎn)錄因子在Th17細(xì)胞發(fā)育中起關(guān)鍵作用。ITK信號在膿毒癥誘導(dǎo)的急性肺損傷中通過上調(diào)Th17細(xì)胞和氧化應(yīng)激發(fā)揮重要作用[31]。針對Th17/Treg失衡這一靶點(diǎn)治療急性肺損傷的藥物已有報道，如Maresin1、魚腥草多糖以及茴香主要成分反式茴香醚等[32-34]。MSC及其EV能夠抑制T細(xì)胞的增殖，調(diào)控其分化，影響不同T細(xì)胞亞群釋放的細(xì)胞因子[35]。Chen J.等[36]的研究表明，過表達(dá)TGFβ1的MSC調(diào)控Th17/Treg平衡來調(diào)節(jié)肺部炎癥，減輕ARDS小鼠肺損傷。MSC-EV在調(diào)控Th17/Treg平衡方面，表現(xiàn)出巨大的潛力。近年來多項研究表明MSC-EV能夠調(diào)控幼稚的CD4+T細(xì)胞分化為Th17和Treg細(xì)胞。例如，MSC-EV能夠通過裝載miRNA-10a，同時促進(jìn)Th17和Treg免疫應(yīng)答[37]，此外，MSC在TGF-β和IFN-γ刺激下分泌的EV促進(jìn)外周血單個核細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化[38]。表皮生長因子(Epidermal growth factor，EGF)誘導(dǎo)MSC-EV表達(dá)miR-21，通過增強(qiáng)Treg中Foxp3的表達(dá)[39]，從而提高M(jìn)SC-EV的治療效果。這些都為預(yù)處理MSC提高臨床療效提供了方向和理論依據(jù)。

2 B淋巴細(xì)胞

MSC能夠通過細(xì)胞間接觸、釋放可溶性因子和EV等途徑，誘導(dǎo)B細(xì)胞和調(diào)節(jié)B細(xì)胞的產(chǎn)生[40]。羊膜MSC能夠通過阻礙肺B淋巴細(xì)胞的募集、保留和成熟來減輕肺纖維化[41-42]。此外，研究表明，MSC-EV具有抑制B淋巴細(xì)胞增殖的作用[43]。MSC-EV能夠抑制巨噬細(xì)胞激活和B細(xì)胞的免疫反應(yīng)[44]，后者可能是通過阻斷T濾泡輔助細(xì)胞和生發(fā)中心B細(xì)胞的相互作用以及降低B細(xì)胞活化因子與B細(xì)胞的比例來實現(xiàn)的。關(guān)于MSC-EV調(diào)控B淋巴細(xì)胞的報道較少，具體的機(jī)制可能仍需進(jìn)一步研究。

MSC治療ARDS

MSC的療效與其來源、分化程度、劑量、給藥時間、給藥途徑、頻率等因素密切相關(guān)，不同個體的差異、不同致病因素導(dǎo)致的ARDS的差異同樣會對MSC的療效產(chǎn)生影響。研究表明，基因修飾、預(yù)處理、與其他藥物聯(lián)合使用，能夠提高M(jìn)SC對ARDS的治療潛力。ZhengGuoping等[45]的研究表明，同種異體的MSC治療ARDS，未發(fā)現(xiàn)明確的副反應(yīng)，但其對ARDS的治療效果較弱。利拉魯肽能夠通過減少M(fèi)SC的凋亡減輕肺損傷，有望在未來用于輔助MSC治療[46]。MSC輸注可改善新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)并發(fā)ARDS患者的肺功能和總體預(yù)后[47]。嚴(yán)重COVID-19 ARDS的患者經(jīng)單次靜脈注射MSC-EV后，缺氧、免疫重建和細(xì)胞因子風(fēng)暴都發(fā)生了一定程度的下調(diào)，并且沒有出現(xiàn)治療導(dǎo)致的不良反應(yīng)[48]。研究者證實了MSC對COVID-19 ARDS患者具有確切的療效[49-51]。

總結(jié)及展望

綜上所述，MSC通過調(diào)控巨噬細(xì)胞極化及T淋巴細(xì)胞生成等途徑發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，從而減輕ARDS患者的炎癥反應(yīng)，并促進(jìn)肺組織修復(fù)，具有良好的臨床應(yīng)用前景。然而，MSC調(diào)控組織微環(huán)境中的巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞及其他免疫細(xì)胞的具體機(jī)制及這些免疫細(xì)胞之間的相互作用尚需進(jìn)一步研究。通過基因修飾、預(yù)處理MSC、調(diào)控MSC-EV療效相關(guān)的影響因素(如給藥時間、途徑、劑量等)，以優(yōu)化MSC及MSC-EV的治療效果，是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。