内皮祖细胞和骨髓基质细胞在脓毒症中的研究进展

常欣欣 徐喜媛 乌日娜 赵丽琪 赵晓静 杨敬平

内皮祖细胞和骨髓基质细胞在脓毒症中的研究进展

常欣欣1徐喜媛2乌日娜2赵丽琪1赵晓静1杨敬平2

脓毒症是临床危重症的常见表现，患者死亡率高且缺乏有效的治疗手段，严重威胁着人类的健康[1]。随着干细胞移植技术的发展,运用内皮祖细胞(Endothelial Progenitor Cells，EPCs)和骨髓基质细胞(Bone Marrow Stromal Cells，BMSCs)等干细胞移植治疗脓毒症是目前的研究热点[1-2]。本文通过综述 EPCs 及BMSCs的功能及其作用，探讨EPCs和BMSCs在脓毒症中的作用。

一、微循环内皮功能障碍及免疫功能异常在脓毒症发病中的作用

脓毒症的发病机制尚不明，可能涉及到免疫功能异常、炎症反应失衡、凝血功能障碍、微循环内皮功能障碍、组织损伤、基因多态性等多个方面，其中，微循环内皮功能障碍，异常激活的免疫系统和炎症反应在脓毒症的发病中起重要作用[3]。

1. 微循环内皮功能障碍在脓毒症发病中的作用

研究表明，微循环内皮细胞的活化、损伤与功能障碍是脓毒症病理生理学过程的关键环节[1-2]。首先是脂多糖(LPS)激活炎症细胞反应，并激活内皮细胞，使内皮细胞分离、裸露、微血管损伤，导致内皮细胞无法调控微循环，从而降低了毛细血管灌注，产生微循环功能性分流及组织缺氧；同时内皮细胞通透性增加，导致血管内液体转移到血管外间隙。其次是炎症介质的大量释放使内皮细胞的屏障功能丧失、循环物质移位、组织水肿，加重已有的循环功能障碍，减少了重要脏器的氧气交换和血供，从而加重了脓毒症的脏器损伤。可见，修复血管内皮损伤能够改善脓毒症患者的预后[3-4]。

2.异常激活的免疫系统和炎症反应在脓毒症发病中的作用

免疫系统的异常激活是导致脓毒症多器官功能衰竭综合征的另一重要原因。表现为固有免疫系统的激活和适应性免疫的抑制，主要机制可能是：毛细血管通透性增加导致组织水肿，从而产生异常激活的炎症反应，造成组织器官的损害和功能障碍[5]。免疫系统的异常激活表现为：LPS与CD14或Toll样受体(TLRs)结合后，TLRs 或其他跨膜受体将信号传入胞核，激活NF-κB信号通路，释放出大量IL-6、IL-1β、IL-8、IL-10、IL-7、IL-15、干扰素(IFN)γ、肿瘤坏死因子(TNF)α、单核细胞趋化蛋白(MCP)- 1、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、程序性死亡受体1(PD-1)，引发炎症因子风暴，并引起血管内皮细胞损伤，血管内皮细胞损伤又可激活炎症反应，进一步扩大损伤作用，引发失控的炎性反应，发生免疫漂移，使宿主处于免疫抑制状态，感染加重，最终导致多脏器功能障碍。因此,抑制异常激活的免疫系统和炎症反应是治疗脓毒症的关键[5-6]。

二、EPCs的功能及其在脓毒症中的作用

1.EPCs的功能

EPCs是一种特殊类型的造血干细胞，能够表达 CD133+、CD34+和血管内皮生长因子受体2(VEGFR-2)，是近年来发现的在血管新生和修复中起重要作用的一类前体细胞，能够定向增殖分化为成熟血管内皮细胞的前体细胞，可从外周血中的单核细胞、骨髓和脐带血中分离出来[1-2]。EPCs在一定因素刺激下(如缺血、缺氧、炎症等)，会从骨髓动员至外周血中，完成血管生成的关键一步，有助于血管的修复和生成[1-3]。EPCs在参与血管新生的过程中包括多个步骤，如动员、迁移、黏附、分化等。当组织缺血时，EPCs和细胞因子一起动员至缺血区域，继而分化成为成熟的血管内皮细胞，参与新生血管的形成[7]。可见，EPCs在维持血管内皮的修复机制中起重要作用。

2.EPCs在脓毒症中的作用

Gowinska-Olszewska等[8]将EPCs注入到缺血的动物模型中，发现移植的EPCs会迅速迁移至缺血的内脏，通过迁移参与新血管形成，对损伤血管进行修复，从而降低脏器的损伤程度，对缺血性血管疾病的患者起到明显的改善作用。有研究发现：在高血压、冠心病、糖尿病、肺炎、脓毒症等患者的外周血中可以检测到大量的EPCs，其数量和活性均有差异性的改变，而且数量与疾病的预后呈正相关[9]。Rafat等[10]发现脓毒症患者循环EPCs的数量明显高于非脓毒症患者和健康对照组。EPCs在维持血管内皮的修复机制的完整性中起重要作用，EPCs还通过抑制淋巴细胞增殖、抗原呈递细胞的成熟与活化，而具有一定的免疫抑制和炎症调节作用[11]。由此可见，EPCs可以在机体发生脓毒症后向受损的组织迁移、归巢，发挥修复作用，并通过新生毛细血管延缓脓毒症的进展，从而改善预后。

三、BMSCs的功能及其在脓毒症中的作用

1.BMSCs的功能

BMSCs是一类存在于骨髓中的多能干细胞,可分化为多种非造血系的组织，如骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞和骨骼肌细胞，亦可在多种细胞因子、细胞外基质以及某些药物等所构成的微环境中定向分化为血管内皮细胞[12]。BMSCs 分泌的因子可以促进微血管内皮细胞增殖、迁移和血管新生，通过影响微血管内皮细胞，促进血管新生发挥治疗作用。BMSCs 还可促进脑缺血大鼠的神经功能恢复，促进VEGF的表达，以减少神经细胞的凋亡[12]。BMSCs具有贴壁生长的特性,因而易于在体外分离和扩增，另外BMSCs可在体内外表达多种治疗性的外源目的基因[13]。因此, BMSCs被认为是一种理想的治疗性细胞，可能会增加EPCs的数量，可能为脓毒症治疗提供新的策略。

2.BMSCs在脓毒症中的作用

大量的研究已经证实，BMSCs 对固有免疫系统和适应性免疫系统具有抑制作用,采用 BMSCs移植可以抑制异常激活的免疫反应，从而减轻免疫反应对组织器官的损害[13-15]。Miao CM等[14]也利用脓毒症小鼠模型研究发现，注入MSCs可明显提高小鼠的存活率，降低血浆中促炎因子的水平，同时增加抗炎因子的水平。Mohi El-Din M等[15]发现在脓毒症大鼠的肺中应用BMSCs，可以减轻全身炎症反应和肺损伤，将脓毒症大鼠的肺细胞与BMSCs共同培养，发现BMSCs调节炎症细胞因子(TNF-α和IL-10)，并分化为肺泡I型细胞，防止脓毒症小鼠肺组织纤维化。这些实验都表明 BMSCs 通过对免疫系统的抑制减轻了脓毒症大鼠的器官损害。

四、干细胞联合移植

BMSCs易于得到，体外培养可以迅速扩增，对供区损伤小，通过抑制促炎症因子释放，提高VEGF及VEGRF-2的表达水平，向血管内皮细胞分化，促进新血管再生，改善了脓毒症小鼠的预后[16-17]。EPCs 能够定向分化为成熟血管内皮细胞参与血管的新生，在脓毒症的应用方面研究较多[1-2]。但是，单用BMSCs移植可导致新生骨区不能产生足量毛细血管，导致骨折不愈合。单用EPCs移植，因其在损伤局部数量有限，不足以用于大面积损伤的修复[16]。同时，将异体BMSCs 植入主要组织相容性复合物不符的小鼠体内，遭遇了排斥反应,表明EPCs和BMSCs仍有一定的免疫原性，有可能对机体造成损害[18]。EPCs移植可有潜在促进肿瘤血管形成，导致潜在的肿瘤发生的生物安全性问题[19]。所以，EPCs和BMSCs单独移植并非理想的干细胞治疗方法。目前，有学者研究了两种干细胞联合移植在疾病中的治疗作用。研究表明：BMSCs 与EPCs 共培养时两种细胞生长良好，混合培养时细胞的增殖能力明显增高，说明两者联合不仅可以减少EPCs的用量，保证生物安全性，同时提高了移植的效率；EPCs和BMSCs联合移植能够促进脑缺血后的神经再生、血管再生、以及结构和功能重建；EPCs和BMSCs联合移植能够更明显促进骨折的愈合[16-19]。EPCs和BMSCs 联合移植在脓毒症的作用研究尚未见有报道。

综上所述，EPCs及BMSCs在脓毒症治疗中有一定的作用，单用均有不同的缺陷，限制了移植的应用及效果。研究表明，EPCs和BMSCs在某些疾病治疗方面存在相互促进作用，但应用EPCs和BMSCs 联合移植治疗脓毒症是否可以取得更佳的疗效及最小的副作用，尚需要进一步深入探讨。

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10.3969/j.issn.1009-6663.2017.12.044

内蒙古自然科学基金(No 2016ms0810)

1.010110 内蒙古 呼和浩特，内蒙古医科大学 2.014010 内蒙古 包头，内蒙古包钢医院呼吸与危重症医学科

徐喜媛，E-mail:xuxiyuan9@sina.com

2017-06-29]