骨髓间充质干细胞在放射性肺损伤中的应用前景

夏诚诚 宋宇哲 唐凤娇 龚守良 董丽华 (吉林大学白求恩第一医院放疗科，吉林 长春 3002)

放射性肺损伤是胸部肿瘤放射治疗、骨髓移植预处理及核辐射事故的常见并发症之一，成为提高肿瘤局部控制率的限制因素，主要包括早期的放射性肺炎和晚期的放射性肺纤维化，表现为刺激性干咳、胸闷和气短，严重时出现不可缓解的呼吸困难，甚至呼吸衰竭而死亡。现有对于本病的治疗措施，仅限于应用糖皮质激素、抗生素及吸氧等对症处理，或应用一些中医药治疗。这种传统的治疗只通过抑制炎症因子的释放而减轻症状，但对于已受损的细胞尚无确切的治疗作用，因此其疗效有限。近年来，利用干细胞移植方法修复受损的组织成为当今医学界的研究热点之一。间充质干细胞(MSCs)是一类中胚层的多功能成体干细胞，广泛应用于组织修复、组织再生及免疫疾病的治疗，其来源较广，存在于脂肪、脐血、胎盘及骨髓中。但骨髓MSCs(BMSCs)还具有支持造血及免疫功能，在组织工程基因治疗器官移植和免疫治疗方面具有良好的应用前景，其优势在于应用广泛、分离培养方法简单、增殖速度快及无免疫排斥等特点，成为近年来研究的热点之一。

1 BMSCs的生物学特性及功能

BMSCs是一种具有高度自我更新能力和多向分化潜能的成体干细胞，参与组织损伤修复，成为治疗多系统疾病的“种子细胞”;其表面分子 CD29、CD44、CD73、CD105、CD166、HLAABC 及 CD106 表达阳性，CD11a、CD31、CD34、CD45、CD184、血管内皮细胞因子受体(Flk-1)及人白细胞DR抗原(HLA-DR)表达阴性〔1，2〕。在体外分离培养的BMSCs呈梭形纤维细胞样，具有贴壁生长的特点，具有较强的分化增殖能力，受其微环境的影响，分化为骨、软骨、肌肉及神经，能形成集落重建造血微环境，从而完成组织损伤修复;还具有抗炎及免疫调节作用，已用于类风湿关节炎、克罗恩肠炎、系统性红斑狼疮及移值物抗宿主疾病(GVHD)等免疫疾病的治疗〔3〕。

2 BMSCs治疗放射性肺损伤的机制

2.1 抗炎作用 放射性肺损伤患者，其巨噬细胞、单核细胞及中性粒细胞被异常激活，释放多种炎性因子，其中干扰素-γ(IFN-γ)和肿瘤坏死因子(TNF-α)等在其病理过程中起重要作用。这些炎性因子聚集在损伤的肺组织，进一步加重其病理过程，使肺组织进一步破坏。

BMSCs抑制炎症与免疫调节作用密切相关，其干扰细胞毒T细胞、分泌IFN-γ的T细胞、树突细胞(DCs)及自然杀伤(NK)细胞等〔4〕可抑制炎性因子的释放，减轻炎症反应。其次，BMSCs可自身分泌一些抗炎因子，如前列腺素E2(PGE2)、白细胞介素(IL)-10和HLA-G5等。Rojas等〔5〕研究BMSCs治疗博来霉素诱导肺损伤，发现其能够抑制炎性因子IFN-γ、IL-2、IL-1β和IL-4的过量表达，避免长期慢性刺激，为损伤修复提供了有力的条件。Aggarwal等〔6〕通过实验证明，BMSCs能分泌PGE2，当加入其抑制剂后，炎症因子 TNF-α和 IFN-γ明显增加，激活T细胞和DCs，从而说明PGE2在抗炎机制中具有重要的作用。当IFN-γ和TNF-α明显增加时，BMSCs分泌PGE2;同时，分泌细胞色素氧化酶2(COX-2)增加，而后者是PGE2，分泌的前体物质，使PGE2，进一步增加，达到抗炎的作用。有实验表明，COX-2可反馈性抑制转化生长因子-β1(TGF-β1)诱导的上皮间质转化(EMT)，从而减轻肺部纤维化。BMSCs分泌的IL-6可部分抑制DCs分化成熟，不成熟的DCs细胞不但阻滞了NK细胞的增殖，还可被 NK 细胞杀伤〔8〕。Bustos等〔9〕通过实验表明hMSCs可以通过增加IL-10和IL-1RN的分泌水平而修复急性呼吸窘迫综合证(ARDS)所致的肺损伤。Horton等〔10〕通过实验证明BMSC通过抑制慢性炎症可以改变放疗诱导的皮肤纤维化的进展。BMSC可以分泌TNF-R2增加抗炎因子IL-10，而减少 IL-1β，减少 CD80+巨噬细胞的激活，而增加CD163+抗炎巨噬细胞的数量，其共同完成抗炎损伤修复。

2.2 免疫调节作用 放射性肺损伤患者体内发生免疫介导淋巴细胞性肺泡炎，糖皮质激素的应用有效地缓解病情，通过影像发现“远位效应”。

BMSCs的免疫调节作用涉及多种细胞因子，如TGFβ、IL-10、PGE2、NO、吲哚2，3-双加氧酶(IDO)、HLA-G5、肝细胞生长因子(HGF)及凋亡相关因子及其配件(FAS/FASL)〔9，10〕。BMSCs可有效抑制CD4和CD8 T细胞的增殖，浆细胞产生免疫球蛋白，NK细胞及调节DCs，对于B细胞既可促进又可抑制其增殖，其共同调节机体的免疫功能。调节成熟的DC1，从而减少TNF-α的分泌;调节成熟的DC2，增加抗炎因子IL-10的分泌，使辅助性T细胞(Th1)及NK细胞减少IFN-γ的分泌，Th2增加抗炎因子IL-4的分泌。很多实验表明，IDO在BMSCs免疫抑制中起重要作用〔6，7〕。Chen 等〔11〕通过实验证明，逆转录酶与BMSCs的免疫调节相关。国内外的研究表明，BMSCs分泌TGF-β1免疫调节作用因子，可抑制T细胞增殖和激活，促进CD14+细胞分泌 IL-1β〔12〕。张伟等〔13〕通过实验证明，BMSCs通过分泌大量的TGF-β1抑制聚基脂肪酸酯(PHA)刺激的T细胞IFN-γ的分泌;而IFN-γ是活化的Th0分泌的细胞因子，促进Th0向Th1分化。IL-2还可激活NK细胞，CD3/CD28激活T细胞通过FAS/FASL信号通路使BMSCs凋亡。IFN-γ和TNF-α抑制BMSCs损伤修复，而这一过程也成为骨髓移植成败的关键因素。近年来发现，CD200-CD200R在BMSCs中，能够下调一些免疫细胞，特别是巨噬细胞。Pietilä等〔14〕实验表明，培养的BMSCs可以抑制 IFN-γ刺激THP-1巨噬细胞分泌TNF-α，而脂多糖(LPS)刺激的巨噬细胞抑制作用较弱;而阻断CD200-CD200R，可减弱抑制 TNF-α的分泌，说明 CD200-CD200R在BMSCs中调节巨噬细胞中TNF-α的分泌起重要的作用。

2.3 损伤修复 肺泡水肿、出血和肺泡壁增厚是放射性肺损伤的主要病理表现，长期的慢性炎症刺激可导致受损部位经久不愈，还可导致晚期肺纤维化的形成，甚至出现呼吸衰竭，增加死亡率。

BMSCs有自我更新、增殖和多向分化的特点，可分化为内皮细胞、肺泡上皮细胞及血管平滑肌细胞，从而完成受损部位肺部组织的再生修复。研究表明，BMSCs表面表达许多炎性趋化因子受体，如 CCR1、CCR2、CCR7、CCR8、CCR9、CXCR1、CXCR 2、CXCR 4、CXCR 5 和 CXCR 6，这些受体能使 BMSCs准确地迁移至肺部受损位置，从而很好地完成组织修复作用〔15〕。放射性肺损伤目前较公认的分子生物学机制是，肺泡Ⅱ型上皮细胞经历EMT，转化的间质表型进一步分泌炎性因子，加重病情变化。而BMSCs的修复过程恰恰是其可逆反应，即MET，通过抑制间质表型波形蛋白和平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的表达，增加上皮表型，完成损伤修复过程〔4〕。Liu等〔16〕研究表明，端粒酶在干细胞自我更新及组织修复再生中起重要作用。Zhao等〔17〕通过研究BMSCs治疗博来霉素引起的肺部损伤及纤维化的疗效观察，说明BMSCs可以抑制炎性因子和胶原沉积，不仅TGF-β1、血小板衍生因子(PDGF)-A、PDGF-B和IGF-I明显减少，肺泡灌洗液中层黏连蛋白(LA)、透明质酸(HA)及羟脯氢酸(HYP)也减少;并观察到BMSCs可以向肺泡上皮分化，减弱肺部损伤及纤维化改变，起到损伤修复的重要作用。Sun等〔18〕通过研究BMSCs尾静脉注射入鼻腔滴注盐酸24 h后小鼠的疗效，发现BMSCs并没有改善肺损伤及肺纤维化过程，而通过DKK1阻滞Wnt/β-catenin信号转导通路，可促进骨髓间充质细胞向上皮分化，从而修复损伤的肺组织及肺纤维化。Liu等通过共同培养mMSCs和MLE-12细胞观察BMSCs在ALT中向Ⅱ型肺泡上皮分化的条件，发现Wnt3a或LiCl可激活经典Wnt/β-catenin信号通路，而此通路促进BMSCs向 AT II分化和增殖;用H2O2作用于 mMSCs，观察到经典的Wnt/β-catenin信号通路还具有抗氧化作用，使BMSCs免于凋亡，还可诱导其至损伤肺部组织完成修复〔19〕。上述2个不同的研究结果可能与其实验试剂及实验方法不同有关，还需要大量的实验来研究证实。Zhen等〔20〕通过实验还说明，BMSCs可改善肺气肿。BMSCs可以修复和改善不同原因的肺部损伤为肺部疾病提供了一个新的治疗措施。

3 BMSCs在放射性肺损伤中的应用

随着技术的发展，MSCs也逐渐受到医学界的重视，其来源较广泛，但尤以骨髓来源在临床应用较多。BMSCs治疗放射性肺损伤的文献报道不多，大多集中在BMSCs对博来霉素及内毒素诱导的肺部损伤的实验研究，但就BMSCs治疗肺部损伤的机制可以看出，BMSCs在治疗放射性肺损伤中具有广阔的前景。Zhu等〔21〕通过MSC治疗大肠杆菌内毒素引起的肺部损伤观察，BMSCs释放微囊泡(MVs)，其有效的修复肺泡蛋白的渗透，减少中性粒细胞和巨噬细胞炎性蛋白-2在肺泡灌洗液中的含量，减轻肺泡水肿和炎症反应，有效的修复肺损伤。Liu等〔22〕通过BMSCs移植至Co60诱导的肺气肿的小鼠的治疗效果观察，肺气肿明显改善，BMSCs通过上调Bcl-2和下调Bax而减少肺泡壁细胞的凋亡，通过抑制凋亡修复肺部损伤。Franios等〔23〕通过全身照射 (TBI)免疫缺陷的小鼠 和在TBI的基础上行局部照射作为辐射事故的模型中尾静脉注射hMSC，发现hMSC移植可以归巢到受损部位，完成损伤修复，包括肺部损伤、肝脏损伤、脑损伤等，进一步阐述了，MSC在辐射诱导的损伤中的应用前景。王东平等〔24〕通过Wistar大鼠建立放射性肺损伤模型，TNF-α明显升高，然后尾静脉注射人脐带MSC，观察u-MSC明显改善肺损伤。且TNF-α含量下降。

4 结语

BMSCs通过抗炎、免疫调节及损伤修复三者综合作用，使肺部炎症明显减轻，病理渗出及出血减少，分化为肺泡上皮而达到治愈肺损伤的目的，对于放射性肺部损伤具有很好的应用前景。BMSCs具有自我更新、多向分化的潜能及强大的免疫调节功能，培养及分离较容易，具有低免疫原性，能在宿主体内长期存活，易于外源基因转染和长期表达等优点，已作为理想的种子细胞被广泛应用于组织工程、细胞移植、基因治疗及器官移植等领域。但其也有不足之处，如骨髓中BMSCs含量较少，不能满足临床治疗时多次足量的取材，是否有致瘤性及其移植的时机等仍不明确。为使其更好的应用于临床，还需要大量的实验研究来解决其不足之处。虽然BMSCs已广泛运用于临床，但其对肺部损伤的治疗的研究甚少，大多还集中在基础的研究。就目前的文献报道来看，BMSCs在放射性肺损伤的治疗中有很好的应用前景。相信随着这些难题的解决，人类可以很好的控制BMSCs，使放射性肺损伤得到突破性的治疗。

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