楊佩宣,周威邦,張小兵

(1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000; 2. 蘭州大學(xué)第一醫(yī)院 耳鼻咽喉科,甘肅 蘭州 730000)

變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis, AR)在全球的發(fā)病率非常高,尤其是較為發(fā)達的國家及地區(qū)。全球20%～30%的人群患有AR[1-3],約5%患有哮喘[4],且患病率呈現(xiàn)上升趨勢。AR患者表現(xiàn)出來的噴嚏、流涕、眼癢等臨床癥狀對患者的社交生活、學(xué)習(xí)和工作效率產(chǎn)生了極大的影響,重者甚至?xí)绊懟颊叩木駹顩r,產(chǎn)生焦慮、抑郁等情緒[5-6]。廣泛認為,AR是一種由特異性免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)介導(dǎo)的Ⅰ型變態(tài)反應(yīng)性的非感染炎癥。在臨床醫(yī)學(xué)實踐中,不規(guī)范的藥物混用和不合理的治療會導(dǎo)致嚴重的副作用,包括原有癥狀加重甚至全身的過敏和低血壓等[5]。近年來,有關(guān)間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)的各項實驗研究表明,MSCs本身具有低免疫原性及免疫調(diào)節(jié)功能,同時具有營養(yǎng)和促進組織修復(fù)的能力,其抗炎抗過敏的作用已經(jīng)得到了多個實驗結(jié)果的支持[7-8]。利用MSCs自身的特點,進行細胞移植,理論上來說是治療AR的新希望。脂肪來源的MSCs具有來源廣泛,制備較易,組織修復(fù)功能和免疫調(diào)節(jié)能力明顯等優(yōu)點,本文就脂肪來源MSCs治療AR的實驗研究進展作一綜述。

1 AR的發(fā)生發(fā)展

普遍認為,1型輔助性T細胞(type 1 T helper cells, Th1)和2型輔助性T細胞(type 2 T helper cells, Th2)的免疫失衡是AR發(fā)生的免疫學(xué)基礎(chǔ)[9],主要是指Th2在免疫反應(yīng)中占優(yōu),而Th1不足,導(dǎo)致體內(nèi)多種炎癥介質(zhì)、細胞因子的釋放,最后表現(xiàn)為外在的鼻部過敏癥狀。

我國幅員遼闊,每個地方具有不同的氣候和地理環(huán)境,變應(yīng)原的種類也呈現(xiàn)出不同的特點,生活方式的變化也會引起國內(nèi)變應(yīng)原譜系的改變[10]。機體接觸到外界變應(yīng)原后,經(jīng)抗原呈遞細胞的處理,通過主要組織相容性復(fù)合體和T細胞受體之間的相互作用,與T細胞結(jié)合,誘導(dǎo)T細胞分化為Th2。Th2產(chǎn)生各種細胞因子,如白細胞介素2(interleukin-2,IL-2)、IL-4、IL-5、IL-13等[11],通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo),從而誘導(dǎo)B細胞分化為產(chǎn)生IgE的漿細胞,同時參與肥大細胞、嗜酸性粒細胞和巨噬細胞的炎癥反應(yīng)。第2組先天淋巴細胞(group 2 innate lymphoid cells,ILC2)也參與免疫應(yīng)答過程,其產(chǎn)生的IL-5、IL-13因子加劇了炎癥反應(yīng)[12]。除此之外,濾泡輔助性T細胞在誘導(dǎo)血清IgE水平上調(diào)的過程中起了重要作用[13]。血清中,IgE與肥大細胞、嗜堿性粒細胞表面的高親和力受體結(jié)合[14-15],使其致敏,致使肥大細胞、嗜堿性粒細胞釋放包括組胺、類胰蛋白酶和趨化因子在內(nèi)的生物活性介質(zhì),外在機體則表現(xiàn)為一系列典型的過敏癥狀[16]。

AR并不僅僅是上呼吸道疾病,它還可能導(dǎo)致下呼吸道的炎癥發(fā)生,在AR患者身上,經(jīng)常存在鼻炎與哮喘并存的現(xiàn)象[17]。

2019年底新冠病毒肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)的出現(xiàn)及其大流行的發(fā)生,對全世界人口的健康產(chǎn)生了巨大的影響。截至2022年12月1日,全球已確診超過6億人,已有超過660萬人的死亡被歸因于COVID-19的大流行。AR和哮喘是常見的呼吸系統(tǒng)疾病,病毒性呼吸道感染會導(dǎo)致其病情惡化[18-20]。部分回顧性分析研究結(jié)果表示,AR及哮喘是COVID-19的危險因素,但同時也有隊列研究表示其不存在相關(guān)性[19, 21-23]。中度及重度哮喘目前被美國疾控中心列為COVID-19重病的危險因素[患有某些疾病的人/疾病預(yù)防控制中心 (cdc.gov)],同時還有支氣管擴張、慢性阻塞性肺疾病等呼吸系統(tǒng)疾病被列入。結(jié)合上述資料,筆者認為,AR的治療和控制是十分必要的,尋找新的有效的、療效更好的治療方式,是研究的熱點和重點。

2 MSCs的特點

MSCs由干細胞分化而來,同時其仍然保留了干細胞的普遍特性,包括自我更新、自我增殖(克隆)和分化潛能[24-25]。MSCs最初由 Friedenstein等[26]發(fā)現(xiàn),目前一直是各方向研究的中心。MSCs來源廣泛,可從臍帶血、子宮內(nèi)膜、骨髓、脂肪、肝臟多種組織器官中提取[27],理論上,MSCs甚至可以從全身任何組織獲得[28],通過體外培養(yǎng),可以獲得呈現(xiàn)出貼壁生長時具有成纖維細胞形態(tài)的細胞[29]。最開始,MSCs多指骨髓來源的祖細胞,直到2001年,Zuk等[30]才提出了脂肪來源的MSCs這一概念。脂肪來源的MSCs具有獲取方便、提取簡便、豐度大和多譜系化分化潛力的優(yōu)點[31],且極少存在醫(yī)學(xué)倫理學(xué)方面的問題,因此在生物醫(yī)學(xué)實驗中,常采用脂肪來源的MSCs作為實驗材料。

MSCs主要具有以下5項生物學(xué)功能[7,32]:①增殖功能;②多能分化功能;③歸巢和遷移功能;④營養(yǎng)功能;⑤免疫抑制功能。

作為干細胞的一種,MSCs能進行增殖達成自我更新和細胞擴增,這與細胞本身具有的“干性”有關(guān)[33]。干細胞能在細胞周期中快速移動,較少在G1期停留,S期較普通細胞延長[34],且能長時間地保持在G1或者G0期的靜止狀態(tài),在需要時再次進入細胞周期。體外培養(yǎng)時,MSCs的增殖功能仍然存在,并且能在一定的刺激下分化為脂肪細胞、成軟骨細胞和成骨細胞[7, 35-36],也有部分研究表明[37-39],MSCs也能分化為內(nèi)皮祖細胞、肌母細胞和神經(jīng)母細胞。這樣的分化能力,使得其在生物材料領(lǐng)域和組織再生領(lǐng)域大放異彩。MSCs可以沿著血管,穿過內(nèi)皮壁,回到自然駐留地或者遷移到受損及患病組織中[7]。Fu等[40]研究表示MSCs能通過定向分化和旁分泌進行遷移和組織修復(fù),促進受損組織和傷口的愈合。Cucarián 等[41]研究也表示人脂肪來源的MSCs和體育鍛煉,能有效改善帕金森大鼠模型的運動障礙。但也有學(xué)者的研究得到了完全相反的結(jié)論[42]。MSCs可通過細胞間接觸產(chǎn)生修復(fù)環(huán)境的能力,伴隨著多種生物活性大分子的旁分泌過程,這些生物活性大分子促進參與組織修復(fù)的炎癥細胞的免疫調(diào)節(jié)和內(nèi)源性祖細胞的分化[32,43-44]。MSCs的免疫調(diào)節(jié)特性能抑制局部免疫反應(yīng)和纖維化組織形成,同時調(diào)節(jié)血管生成,細胞凋亡和細胞增殖。MSCs典型的體外調(diào)節(jié)能力是抑制T細胞[45]和B細胞[46]的增殖,以及樹突狀細胞(dendritic cells, DCs)的分化,上調(diào)Treg細胞的數(shù)量來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[47]。在體內(nèi)和體外比較不同來源的MSCs研究很多,但基本都產(chǎn)生了一致的結(jié)果,提示MSCs為免疫學(xué)應(yīng)用中最有希望的細胞[48]。

3 脂肪來源MSCs的低免疫原性與免疫調(diào)節(jié)功能

脂肪來源的MSCs擁有MSCs的一系列生物學(xué)特性,自然也擁有免疫抑制功能。實驗證明,脂肪來源的MSCs在體外擴增時,具有低免疫原性的特點[7]。其不表達Ⅰ類人類白細胞抗原及包括白細胞分化抗原40(cluster of differentiation 40,CD40)、CD80、CD83、CD86和CD154在內(nèi)的共刺激分子,僅表達Ⅰ類人類白細胞抗原類分子。同時,MSCs還可通過調(diào)節(jié)DC細胞和自然殺傷細胞(natural killer cell, NK)[49-50],間接抑制效應(yīng)T細胞的啟動,通過移植MSCs可以有效改善幾種炎癥性疾病[51],如關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、自身免疫性葡萄膜炎。

脂肪來源的MSCs具有抗炎作用。不同來源的MSCs的免疫特性不完全相同,且來自脂肪組織的MSCs往往有更強的免疫抑制能力[52-53]。有學(xué)者認為[54-55],MSCs可以通過對T細胞的有絲分裂進行干擾,一定程度上阻止其增殖,達到抑制免疫應(yīng)答的目的。這種抑制并不需要直接接觸,但當兩者進行直接接觸時,抑制效應(yīng)增強。在γ-干擾素(interferon γ,IFN-γ)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、IL-1等炎癥因子的刺激下,MSCs會上調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和環(huán)氧合酶的表達水平,以致免疫抑制分子一氧化氮和前列腺素E2大量產(chǎn)生,進行免疫調(diào)節(jié)[51, 56]。值得注意的是,一氧化氮的調(diào)節(jié)作用,目前僅在小鼠系統(tǒng)中被證實[57],具有物種依賴性,在人體內(nèi),對應(yīng)的是吲哚胺雙加氧酶,在一些模型實驗里,人MSCs也可發(fā)揮相應(yīng)作用,但并不總是能抑制T細胞的效應(yīng)[50-51]。MSCs能產(chǎn)生前列腺素E2,減少T細胞的增殖,抑制TNF-α和IL-12的產(chǎn)生,下調(diào)肥大細胞表面組織相容性復(fù)合體Ⅱ類的表達,減輕炎癥反應(yīng)[58]。在Najar 等[59]的實驗研究中,人脂肪來源的MSCs在體外共培養(yǎng)時,對淋巴細胞的增殖有劑量依賴性的抑制作用,且高于骨髓來源的MSCs。同時,其擴增速度也高于骨髓來源的MSCs,范圍也更廣。Quaedackers等[60]報道,人脂肪來源的MSCs可以與活化的T細胞、B細胞和NK細胞亞群結(jié)合。這些觀察的結(jié)果表明,脂肪來源的MSCs具有很好的免疫調(diào)節(jié)能力,在細胞治療和組織工程方面十分有益,且移植環(huán)境也很好。同時,MSCs產(chǎn)生多種趨化因子和黏附分子,將相應(yīng)的T淋巴細胞募集到損傷部位,發(fā)揮免疫抑制作用。MSCs還可以通過抑制IFN-γ、IL-17的分泌,拮抗Th1和Th17的分化,促進IL-10的產(chǎn)生,誘導(dǎo)Treg細胞的產(chǎn)生[61-62]。Kavanagh的實驗證明,MSCs能誘導(dǎo)CD4(+)FOXP3(+)T細胞,降低IL-4、IL-13水平,增加了IL-10的水平,說明MSCs能誘導(dǎo)Treg細胞參與調(diào)節(jié)氣道的免疫反應(yīng)。在人和鼠的體內(nèi),MSCs都能抑制B細胞的增殖、分化及活化,在體外共同培養(yǎng)時,B細胞表現(xiàn)出周期停滯、漿細胞生成受損,免疫球蛋白分泌能力受損的傾向[63-64]。有相應(yīng)研究表明,這可能與MSCs胞外囊泡的分泌有關(guān)[65]。另外,Ivanova-Todorova 等[52]的研究表示,脂肪來源的MSCs能通過分泌轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)和IL-10控制DC的發(fā)育,特別是單核細胞衍生的DC,抑制了共刺激分子CD80和CD86的表達,從而抑制了DC有效刺激T淋巴細胞的能力,間接地導(dǎo)致免疫反應(yīng)的降低或消失。脂肪來源MSCs的以上特點,說明了其能很好地調(diào)節(jié)Th1/Th2的平衡,從而緩解氣道的炎癥反應(yīng)。

MSCs的免疫調(diào)節(jié)功能極其復(fù)雜,它涉及對T細胞、B細胞、DC細胞、巨噬細胞、Treg細胞等多種細胞的調(diào)節(jié)[66],形成了密密麻麻的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò),有助于免疫相關(guān)疾病的治療。目前,在人體內(nèi),已經(jīng)進行了克羅恩病(美國Mayo醫(yī)生診所),急性移植物抗宿主反應(yīng)(Osiris Therapeutics)和嚴重成骨不全(St. Jude 兒童研究所)的臨床實驗。AR暫時沒有相關(guān)的臨床試驗,但值得期待。

4 脂肪來源的MSCs治療AR的相關(guān)實驗研究

因脂肪來源的MSCs的上述特性,現(xiàn)已經(jīng)成為AR治療研究的新方向,有許多人對其治療AR進行了相應(yīng)的實驗研究,也取得了很多有價值的結(jié)果。

Cho 等[67]通過動物實驗,向AR模型小鼠(指人工造模的AR小鼠,一般采用卵清蛋白和氫氧化鋁聯(lián)合基礎(chǔ)致敏,并使用卵清蛋白進行鼻腔激發(fā))尾靜脈注射脂肪來源的MSCs,光鏡下比較發(fā)現(xiàn)MSCs可以改善AR模型小鼠鼻黏膜部位嗜酸性粒細胞浸潤,且能降低血清中特異性IgE的水平。并對脾臟進行了IL-4、IL-5、IFN-γ的檢測,研究人員發(fā)現(xiàn)與Th1相關(guān)的IFN-γ水平上升,與Th2相關(guān)的IL-4、IL-5水平下降,這說明了MSCs可能促進了Th1向Th2轉(zhuǎn)化,調(diào)節(jié)了AR的免疫失衡。肖二彬等[68]重復(fù)了上述實驗,得到了相同的結(jié)果。同年,李冠雪等[69]也進行了相似的實驗,向AR模型小鼠尾靜脈注射不同濃度的脂肪來源的MSCs后,使用酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測血清中IL-4、IL-6、IL-10和IFN-γ的水平,發(fā)現(xiàn)IL-4、IL-6水平下調(diào),IL-10和IFN-γ水平上調(diào),熒光顯微鏡下CM-Dil標記的脂肪來源的MSCs可向鼻黏膜遷移,且高濃度MSCs注射組表現(xiàn)出比低濃度組更明顯的遷移修復(fù)傾向,這說明MSCs對鼻黏膜的修復(fù)作用與劑量也有一定的關(guān)系。此實驗一定程度上驗證了MSCs具有遷移和促進受損組織修復(fù)的能力。Ebrahim等[70]則通過向AR模型小鼠腹腔注射脂肪來源的MSCs來進行實驗研究。與口服孟魯斯特鈉的AR模型小鼠組相同,注射了脂肪來源的MSCs的小鼠,在行為學(xué)上,打噴嚏、流涕等過敏癥狀明顯減輕,血清學(xué)分析結(jié)果則表示特異性IgE、IgG1、IgG2a和組胺水平也均有降低。對比注射了MSCs的小鼠和孟魯斯特鈉組的小鼠,光鏡下發(fā)現(xiàn)腹腔注射脂肪來源的MSCs的AR模型小鼠鼻黏膜部位修復(fù)更為明顯,表現(xiàn)出了MSCs修復(fù)作用。此實驗也說明了脂肪來源的MSCs對AR小鼠具有很好的治療效果。戴偉丹等[71]將脂肪來源的MSCs通過腹腔注射,注入哮喘模型小鼠體內(nèi),比較發(fā)現(xiàn),干細胞治療組小鼠的肺部炎癥較模型組明顯減輕,血清學(xué)實驗也表示,治療組體內(nèi)IL-5、IL-13表達較哮喘模型組明顯下調(diào),且隨著時間的變化,治療組小鼠體內(nèi)IL-25、IL-33等細胞因子的表達也逐步下降,上述因子均為ILC2的前炎癥因子。此實驗證明了靜脈注射脂肪來源的MSCs能減輕哮喘的氣道炎癥,緩解臨床癥狀,具體可能是因為MSCs抑制了ILC2的增殖。前文我們提過,ILC2也同樣參與了AR的發(fā)生。去年,Trombitas 等[72]對慢性鼻-鼻竇炎小鼠進行了類似實驗,通過向慢性鼻-鼻竇炎小鼠進行框周靜脈注射脂肪來源的MSCs,在注射后比較對照組,模型組和MSCs治療組的小鼠鼻黏膜,發(fā)現(xiàn)MSCs向鼻黏膜進行了遷移和修復(fù)。

綜合上述實驗結(jié)果,我們認為脂肪來源的MSCs能一定程度上降低氣道的炎癥反應(yīng),并且能一定程度上進行受損組織的修復(fù),具有非常好的療效,這是基于MSCs本身的特性實現(xiàn)的,尤其是MSCs本身的免疫調(diào)節(jié)能力。在致敏的微環(huán)境中, IL-2、IL-4、IL-5、IL-13因子上升,MSCs表面的IL-4細胞因子受體與IL-4結(jié)合,通過相應(yīng)的細胞通路,產(chǎn)生TGF-β,與相應(yīng)的免疫細胞結(jié)合,導(dǎo)致IL-4的含量下調(diào),恢復(fù)免疫平衡。同樣的,MSCs還能上調(diào)Th1型細胞免疫應(yīng)答,使IL-10和IFN-γ水平上調(diào),產(chǎn)生拮抗作用。并且,其組織修復(fù)、遷移以及免疫調(diào)節(jié)功能在實驗中都得到了相當正面的反饋。

5 小結(jié)與展望

盡管脂肪來源的MSCs治療AR已經(jīng)在動物實驗方面取得了很多研究成果,被證實為有效的治療方式,但至今仍然沒有臨床實驗研究結(jié)果?，F(xiàn)階段,MSCs幾乎都是在體外環(huán)境下培養(yǎng)增殖的,而不是在正常的生理條件下,這可能會在實際應(yīng)用時產(chǎn)生不同的影響,MSCs的生物學(xué)特性或許也會發(fā)生改變[73]。脂肪是屬于個體比較容易獲取的來源,培養(yǎng)方法和繁殖水平也相對容易,提取也較骨髓更為方便,細胞豐度也更大,將來在臨床實驗上可能獲得更多的考慮和關(guān)注。

本文收集的數(shù)據(jù)主要是使用脂肪來源的MSCs在動物體內(nèi)進行的實驗研究,存在一定的局限性。但從理論上來說,對難以治愈的AR患者來說,這可能是新的治療方向,是新的治愈希望。從治療的安全性上來說,脂肪組織中存在大量的間充質(zhì)細胞,并且在體外培養(yǎng)時,能迅速增殖,這就減少了染色質(zhì)變異的可能性。在實驗研究上,也暫時沒有發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的現(xiàn)象,但是人體內(nèi)相關(guān)的實驗研究仍然匱乏,并不能因此認為脂肪來源的MSCs不會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。Neri等[74]的研究表示,脂肪來源的MSCs具有一定的遺傳穩(wěn)定性,比骨髓來源的MSCs更安全。

近年來,有關(guān)MSCs胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)的研究越來越多,有相當?shù)奈墨I研究表明,EVs可能具有與MSCs類似的免疫調(diào)節(jié)特性。外泌體是由質(zhì)膜直接向外發(fā)芽產(chǎn)生的,其產(chǎn)生微囊泡、微顆粒和直徑約為50 nm至1 μm的尺寸范圍的大囊泡,外泌體起源于內(nèi)體,直徑為40～160 nm(平均約100 nm)[75-76]。MSCs衍生的外泌體于2010年在心肌缺血再灌注損傷小鼠模型中首次進行了研究[77],后續(xù)在心血管疾病、腎臟疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥和免疫系統(tǒng)疾病中都有相應(yīng)的應(yīng)用[78]。Zhao等[79]的研究提示脂肪來源的MSC-EVs可從脂肪來源MSCs內(nèi)轉(zhuǎn)移至巨噬細胞,與其結(jié)合,誘導(dǎo)M2型巨噬細胞極化,從而緩解炎癥反應(yīng)的發(fā)生。Dong等[80]的發(fā)現(xiàn)則證明,對類固醇抵抗的哮喘小鼠使用MSC-EVs,可以逆轉(zhuǎn)氣道的高反應(yīng)性,減輕炎癥反應(yīng)。郭瑞敏等[81]對MSC-EVs治療呼吸系統(tǒng)相關(guān)疾病的研究中,提出霧化、滴鼻使用,能更直接讓MSC-EVs到達呼吸道,發(fā)揮歸巢、免疫調(diào)節(jié)功能。應(yīng)用EVs治療AR的實驗研究現(xiàn)在極少,但這不失為更進一步的選擇,EVs的制備比起MSCs更復(fù)雜,但它的使用也更為安全和簡單,無需考慮MSCs異常增殖導(dǎo)致的一系列問題,而且EVs的主要組織相容性復(fù)合體分子相對較少,也無法直接形成腫瘤[78],最近的研究表明[82],MSCs衍生的外泌體正是誘導(dǎo)外周耐受和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的有效細胞器。將其作為AR治療的新策略,則需要更多的實驗支持。

在各種呼吸道病毒傳播的流行中,控制AR患者的癥狀,能減少呼吸道病毒的傳播。Gani等[83-84]表明,雖然過敏不是新冠病毒發(fā)病的危險因素,但仍建議在COVID-19的流行期間,對AR患者加強管理,以降低傳播感染的風險。應(yīng)對兒童AR患者進行新冠病毒疫苗的有效接種,構(gòu)建群體免疫屏障[85]?？刂艫R患者的發(fā)病癥狀,甚至治愈AR,在現(xiàn)在,在未來,都是迫切的。希望有更多更細致的實驗,能為AR患者提供更多的治療選擇。筆者認為,使用脂肪來源的MSCs來干預(yù),是治療AR新的方向。