肺组织再生研究进展

史 亮， 陈良安

1.沈阳军区总医院 呼吸与重症医学科，辽宁 沈阳 110016；2.解放军总医院 呼吸与危重症医学科，北京 100853

·综 述·

肺组织再生研究进展

史 亮1,2， 陈良安2

1.沈阳军区总医院 呼吸与重症医学科，辽宁 沈阳 110016；2.解放军总医院 呼吸与危重症医学科，北京 100853

肺组织再生； 组织工程； 肝细胞因子； 角质细胞生长因子； 间充质干细胞

Lung tissue regeneration; Tissue engineering; Hepatocyte growth factor; Keratinocyte growth factor; Mesenchymal stem cell

肺部疾病是人类最常见的疾病之一，其发病率及病死率均较高。慢性肺部疾病，如慢性阻塞性肺疾病、肺间质纤维化等，目前，在其终末期行肺移植是有效的治疗方法[1]。但由于供体数量不能满足需求，术后需要免疫抑制治疗，以及存在慢性排斥、潜在疾病传播等原因，肺移植手术的开展受到很大的限制。利用机体本身的再生能力或者应用药物等手段激活机体的再生潜力是许多疾病治疗的理想方法。近年来，再生医学研究已经成为医学研究领域的热点之一，应用组织工程技术构建组织工程肺来替代移植肺组织已经成为治疗的新选择和研究方向[2]。虽然肺复杂的三维结构以及多种细胞组成的特点使其在再生医学研究方面处于相对落后的状态，但其发展前景仍然令人期待。笔者就肺组织再生以及肺组织工程研究的进展进行综述。

1 可促进肺组织再生的物质

1.1 肝细胞因子 肝细胞因子(hepatocyte growth factor，HGF)是一种多能生长因子。有研究表明，在肺发育过程中以及肺损伤后HGF通过其受体c-Met的络氨酸激酶磷酰化而发挥其促有丝分裂、促成形及肺保护作用[3-4]。体内及体外研究均表明，HGF是肺泡Ⅱ型上皮细胞有效的促分裂原[5-6]。HGF在肺再生中的作用也进行了广泛的研究。腹腔应用HGF可以明显增加小鼠外周血单核细胞中Sca-1+/Flk-1+细胞的比例，同时可以促进肺泡壁中骨髓来源及肺泡壁本身存在的内皮细胞的增殖，从而逆转弹性蛋白酶引起的小鼠肺气肿改变[7]。Shigemura等[8]通过转染HGF基因的方法研究HGF在大鼠肺气肿中的作用，发现其可以广泛增强肺血管的生成、抑制肺泡壁细胞的凋亡。相似的研究通过静脉注射具有分泌HGF的骨髓间充质干细胞同样具有改善大鼠肺气肿的作用[9]。Hegab等[10]通过鼻腔给药治疗弹性蛋白引起的小鼠肺气肿，发现HGF可以减轻由弹性蛋白导致的气腔扩大以及肺泡壁的破坏，同时可以将静态肺顺应性提高到正常水平。目前的研究已经证实，HGF具有促进肺再生的作用，但仍需要临床研究进行进一步验证。

1.2 角质细胞生长因子 角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor，KGF)又称成纤维细胞生长因子7(Fibroblast growth factor 7，FGF7)，在伤口愈合过程中存在一种生长因子，可以促进角质细胞生长、伤口的修复与愈合。肺泡Ⅱ型上皮细胞(AEⅡ)表达KGF受体。有研究发现，KGF可以促进AEⅡ的增殖、移行以及存活[11-12]。KGF是否具有肺泡损伤的修复作用存在争议。应用KGF可以预防小鼠由弹性蛋白酶诱导的肺气肿，但是弹性蛋白酶应用3周后再应用KGF并不能逆转肺泡的破坏[13]。这提示KGF在抗炎方面的作用更突出。

1.3 粒细胞集落刺激因子 粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)也称集落刺激因子3(colony stimulating factor 3,CSF3)，是一种糖蛋白，可以由多种组织产生，刺激骨髓产生粒细胞和干细胞，并释放入血。G-CSF也具有促进组织再生的作用。有研究证实，小鼠心肌坏死后G-CSF可以促进骨髓干细胞释放入血，并最终分化为心肌细胞，起到促进组织再生的作用[14]。Ishizawa等[15]发现，单独应用G-CSF治疗小鼠肺气肿可以减轻肺气肿的程度。该研究单独应用G-CSF或视黄酸(retinoic acid，RA)均可以减轻小鼠肺气肿的程度，联合应用则可以产生叠加作用。G-CSF增加循环骨髓源性祖细胞是其发挥再生作用的主要机制。

1.4 肾上腺髓质素 肾上腺髓质素(adrenomedullin，ADM)最初分离于肾上腺髓质肿瘤的嗜铬细胞瘤，是一种多功能调节肽，包括诱导cAMP的产生，扩张支气管，调节细胞生长、抑制凋亡、血管形成以及具有抗微生物活性等。气道上皮基底细胞以及肺泡Ⅱ上皮细胞均分布有丰富的ADM受体[16]。认为ADM可能参与肺组织再生。Murakami等[17]给弹性蛋白酶诱导的小鼠肺气肿持续应用ADM后，可以明显增加外周血Sca-1+细胞，同时使肺泡及血管再生。这提示ADM可以动员骨髓源性细胞入血，同时对肺泡上皮细胞及内皮细胞具有直接的保护作用。

1.5 RA RA参与肺的生长发育，尤其在肺泡形成方面发挥作用[18]。敲除RA受体基因的小鼠可以导致其肺泡形成障碍，包括正常肺泡及弹性纤维的形成[19]。Liu等[20]发现，RA可以增加大鼠新生胎儿肺成纤维细胞弹力蛋白的合成，提示RA是肺泡形成过程中弹性蛋白合成的潜在的调节物质。Massaro等[21]研究发现，全反式视黄酸(all trans retinoic acid,ATRA)对弹性蛋白酶诱导产生的大鼠肺气肿具有逆转作用。但是研究中选用的动物、RA剂量的不同可能是研究结果出现分歧甚至矛盾的原因。RA在临床研究中的应用并未得出有统计学意义的结果，包括肺功能以及肺部CT的改善等[22-23]。

1.6 他汀类药物 他汀类药物是3-羟基-3甲基戊二酰辅酶A醛糖还原酶抑制剂，除具有降低胆固醇的作用外，还具有多种药学功能，如抗炎、改善内皮细胞功能等。同时，有研究发现，他汀类药物在组织再生方面也有作用[24]。弹性蛋白酶诱导产生的肺气肿小鼠腹腔应用辛伐他汀后，肺部病理显示平均线性截距明显减小、PCNA+明显增加[25]。

2 参与肺组织再生与修复功能的细胞

2.1 外源性祖细胞 骨髓是外源性祖细胞的主要来源。细菌性肺炎以及急性肺损伤患者，其循环内皮祖细胞的数量增加，并且增加的程度与临床预后呈正相关[26-27]。这说明，炎症介质刺激后，骨髓源性的祖细胞释放入血，而这些细胞参与了炎症过程的识别和修复。应用弹性蛋白酶诱导的小鼠肺气肿动物模型进行的肺再生研究中，进一步说明了骨髓源性祖细胞的作用。其中，应用G-CSF、HGF等具有促进肺组织再生的物质治疗肺气肿小鼠，发现在肺泡壁血管内骨髓源性内皮细胞的数量增高，并且治疗后骨髓源性细胞数量逐渐下降。这是分化为肺泡细胞还是仅仅对原有细胞的补充，目前骨髓源性细胞的具体作用方式仍不明确。

2.2 内源性祖细胞

2.2.1 肺泡上皮祖细胞 肺泡Ⅱ型上皮细胞被认为是肺部干细胞之一，可以增殖并认为可以转化为肺泡Ⅰ型上皮细胞。急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征(acute lung injury/acute respiratory ditress syndrome,ALI/ARDS)时肺泡上皮细胞、内皮细胞凋亡、坏死，从而导致严重的肺泡破坏，肺泡Ⅱ型上皮细胞在ALI/ARDS恢复期可以明显增生。ALI/ARDS时肺泡Ⅱ型细胞亦可能受损破坏，这时骨髓源性祖细胞及肺部潜在存在的内源性干细胞将发挥修复作用。应用绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)嵌合体小鼠进行研究发现，肺泡再生过程中包括骨髓源性细胞(GFP阳性)和非骨髓源性细胞(GFP阴性)[15]。这说明肺本身存在具有修复能力细胞。肺泡Ⅱ型上皮细胞能够修复受损肺泡上皮，但是肺自身是否存在能够修复受损肺泡Ⅱ型上皮细胞的内源性干细胞仍不确定。有研究认为，小鼠Sca-1+细胞是其肺内源性干细胞[28-29]。大多数Sca-1+细胞是肺内源性干细胞，而c-kit+细胞是骨髓源性细胞[10]。

2.2.2 间充质干细胞 许多器官存在自身的间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)。MSCs具有自我更新的能力，同时可以分化为间充质细胞。目前，MSCs的识别缺乏特异性细胞表面标志。判断MSCs的标准[30]：(1)标准培养条件下呈贴壁生长；(2)细胞表面标志物表现为CD105、CD73、CD90阳性，而CD45、CD34、CD14或CD11b阴性；(3)体外可诱导分化为骨细胞、软骨细胞以及脂肪细胞。肺组织中存在MSCs，新生儿的肺脏、支气管肺泡盥洗液均可以分离出MSCs[31-32]。Karoubi等[33]成功从人肺组织中分离出MSCs，并分化出表达水通道蛋白5及Clara细胞分泌蛋白(Clara cell secretory protein,CCSP)的肺泡Ⅰ型上皮细胞。有研究已经对MSCs在肺损伤的修复作用方面进行了评估，但是MSCs在肺组织再生中的作用尚不明确。MSCs可以产生许多细胞因子和生长因子。目前，MSCs在肺损伤修复方面的作用主要是抗炎效应及免疫调节，其直接分化为肺组织细胞的作用处于次要地位[34]。

3 组织工程肺

肺组织具有复杂的三维结构、包含30多种细胞类型。近年来，随着干细胞研究的进展，呼吸系统再生医学，尤其肺组织工程方面取得了很大的进步。复杂的细胞源、支架以及培养环境是组织工程肺构建的关键因素。有学者首次通过体外3D培养大鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞成功构建肺泡样结构(alveolar-like structure)[35]。Chen等[36]以胎鼠细胞为种子细胞，胶原-糖胺聚糖为组织工程支架，于体外形成肺组织结构，使胶原-糖胺聚糖作为肺组织工程细胞支架成为可能的选择之一。目前，应用于肺组织工程的细胞源包括成体肺祖细胞、支气管-肺泡干细胞、Clara细胞、肺泡上皮干细胞以及新生肺组织和胚胎干细胞等。Andrade等[37]将胎鼠细胞与海绵明胶混合后注入到成体大鼠肺内，标记的胎鼠细胞可存活35 d，同时在海绵明胶与大鼠肺组织交界处可以形成肺泡样结构，并观察到海绵明胶内有新生血管形成。从体外到体内的研究突破，肺组织工程随着新兴材料的发现和发明也不断进步。细胞支架的选择包括良好的组织相容性、适宜的可降解性、适合种子细胞生长的物理特性等。去细胞化支架由于保留了较完整的细胞外基质，已成为肺组织工程研究的热门方向。

随着干细胞科学以及大量动物研究的进行，肺组织再生及修复已经取得了很大的进展。虽然相对于皮肤、血管及整形科学，肺组织再生及组织工程方面仍较落后，但对于难治性的肺部疾病仍然是令人期待的治疗方法之一。

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史 亮(1975-)，男，辽宁开原人，副主任医师，硕士

2095-5561(2017)01-0058-04 DOI∶10.16048/j.issn.2095-5561.2017.01.16

2016-12-19