优化间充质干细胞治疗急性呼吸窘迫综合征的研究进展

赵婷婷　刘虹

[摘要]间充质干细胞（MSC）为急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的治疗提供了新手段，在动物模型中表现出较强的组织修复能力，但仍需进一步增强MSC的治疗效果，使MSC疗效最大化。目前有多种优化策略用于增强MSC治疗ARDS的效果，在前期的ARDS动物模型中已显示出诱人的应用前景，应在综合考虑安全性、有效性和临床可行性的基础上，联合应用不同的优化MSC治疗策略，以改善ARDS患者的预后。

[关键词]急性呼吸窘迫综合征；间充质干细胞；进展

[中图分类号] R563.9 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2017）08（a）-0011-03

[Abstract]Mesenchymal stem cell（MSC）provides a new approach for the treatment of acute respiratory distress syndrome （ARDS） and it shows that strong tissue repair ability in animal models，but there still need further improve the therapeutic efficacy of MSCs to maximize their curative effect.Several optimized strategies have been applied to enhance the therapeutic effect of MSCs for ARDS，displaying great promise in preclinical ARDS models.The safety，efficacy and clinical feasibility is considered comprehensively，then different optimal strategies are applied jointly to improve the prognosis of patients with ARDS.

[Key words]Acute respiratory distress syndrome；Mesenchymal stem cell；Progress

急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）主要表现为难治性低氧血症，病理生理特征为肺泡毛细血管膜受损所致的非心源性肺水肿[1]。目前ARDS的治疗仍停留在呼吸支持层面，尚无针对ARDS有效的，可被广泛应用于临床的药物[2]。细胞疗法成为治疗ARDS的希望所在。MSC具有易于分离、多向分化潜能，具有很强的增殖能力，能够特异性归巢至损伤组织部位，对多种免疫细胞具有负性调节作用，因而越来越受到研究者的青睐，MSC能够显著减轻ARDS动物模型中的肺损伤程度，显示出极具希望的应用前景[3]。本文主要针对目前优化MSC治疗ARDS策略进行综述。

1 MSC治疗ARDS的机制

既往研究认为MSC改善ARDS肺损伤主要是通过其分化为肺泡上皮细胞和肺血管内皮细胞，促进损伤肺组织修复，但越来越多的证据显示MSC主要通过旁分泌多种因子发挥肺保护作用。①抗炎作用：MSC能够产生脂质运载蛋白-2，减少大肠埃希菌在肺泡液中的浓度，增加细菌清除能力[4]。此外，MSC通过分泌PGE2调控巨噬细胞，继而产生IL-10，发挥抗炎作用[5]。②抗凋亡：肺损伤发生后，加速肺泡上皮细胞和血管内皮细胞凋亡，MSC能够通过分泌锰超氧化物歧化酶，发挥抗凋亡作用。③促进肺水清除：MSC旁分泌因子KGF，改善损伤肺泡上皮细胞中的Na+-K+-APT酶活性，进而促进肺泡内液体向毛细血管内转移，减轻肺水肿[6]。④修复肺血管内皮屏障：MSC能够分泌VEGF、Ang-1等血管内皮修复因子，降低ARDS肺泡毛细血管通透性，维持肺血管内皮屏障的完整性[7]。⑤抗纤维化作用：MSC可分泌角化细胞生长因子（KGF），进而发挥降解胶原沉积作用，能够减轻肺泡和肺间质的纤维化程度[8]。Aguilar等[9]使用博来霉素构建肺纤维化小鼠模型，给予高表达KGF的MSC，进一步减轻了肺纤维化程度。

2优化MSC治疗ARDS的策略

基于MSC在ARDS动物模型中所表现出的修复组织损伤能力，研究者开始将MSC应用于临床研究，目前共有两项已完成的MSC治疗ARDS患者的Ⅰ期临床研究[10-11]。尽管临床研究显示MSC可安全应用于ARDS患者，但并未明显改善ARDS患者的预后，可能需进一步增强MSC的治疗效果，使MSC疗效最大化。目前有以下几种优化策略用于增强MSC治疗效果。

2.1基因修饰MSC优化治疗ARDS

基因修饰能够促进MSC靶向归巢至损伤组织，进而通过分泌旁分泌因子发挥有益作用，因而MSC的治疗效果取决于其归巢能力，但MSC移植后向损伤组织归巢率低，限制了其治疗效果[12]。趋化因子SDF-1及其受体CXCR4在MSC归巢过程中发挥关键作用[13]。Yang等[14]将高表达CXCR4的MSC移植入肺损伤小鼠体内，发现CXCR4高表达能够显著增高MSC在损伤肺组织中的定植率，进一步降低了肺损伤程度。

基因修饰能够促进MSC旁分泌各种因子，进一步增强其抗炎、抗凋亡、修复肺泡毛细血管膜屏障的能力。血管紧张素Ⅱ能够启动炎症反应，加重ARDS，而血管紧张素转化酶2能够将其降解[15]。He等[16]使用LPS构建肺损伤小鼠模型，将高表达ACE2的MSC移植入小鼠体内，与对照组MSC相比，MSC-ACE2显著减少肺脏组织中的促炎因子水平。肺损伤发生后，可加速肺泡上皮细胞和血管内皮细胞凋亡，继而促進ARDS的发生发展。MSCs高表达抗凋亡基因MnSOD，能够显著减少肺脏细胞凋亡[17]。肺泡毛细血管膜屏障破坏是ARDS最主要的病理生理特征。MSC分泌的KGF能够促进Ⅱ型肺泡上皮细胞的增殖和肺泡表面活性物质的合成，与单独MSC相比，静脉注射高表达KGF的MSCs，能够进一步降低肺泡灌洗液中的蛋白水平[6]。此外，Matsumoto等[18]的研究显示，肝细胞生长因子（HGF）修饰MSC能够促进血管生成。这一结果得到了Wang等[19]的证实，他们使用射线诱导的肺损伤小鼠模型发现，腺病毒介导MSC高表达HGF促进了损伤肺组织的血管生成。endprint

2.2预处理MSC治疗ARDS

另一种优化策略是在体外预处理MSC，以增强其治疗效果。TNF-α与MSC在体外共培养可促进MSC表面CXCR4的表达，进而促进MSC归巢。Li等[20]使用0.1 ng/ml浓度的TNF-α预处理MSC，然后将其移植入肺损伤小鼠体内，较未接受TNF-α处理的MSC相比，TNF-α预处理MSC能够显著减轻肺损伤严重程度。组织发生损伤后，局部微环境中的氧浓度不及1%，因此移植入体内的MSC需要快速适应这种低氧环境中生存。有研究者使用1%～3%氧浓度在体外培养MSC，发现低氧条件下培养MSC能够增强其旁分泌因子和迁移能力[21]。Chailakhyan等[22]将在正常氧浓度和3%氧浓度下培养的MSC分别移植入肺损伤大鼠体内，结果显示低氧培养MSC能够进一步增强其修复肺组织能力。

2.3选择合适的MSC来源、时机及植入途径治疗ARDS

随着传代次数的增加，MSC会逐步丧失其初始形态以及多项分化能力，此外，长时间培养也会导致细胞内的DNA、RNA及蛋白质发生异常变化。MSC传代次数>15次后，其增殖能力显著下降，长时间培养会使MSC骨形成能力明显降低，4代MSC向软骨分化的能力最佳。目前认为，传代<5次的MSC，其细胞增殖能力、旁分泌、分化潜能和DNA稳定性均为最佳状态。Bustos等[23]的研究显示，长期传代后严重损害MSC迁移能力和抗炎反应。

ARDS肺损伤的程度不同、所处修复阶段不同，给予MSC的合适时机也应有所不同。在渗出期给予MSC，由于早期炎症因子的大量释放，中性粒细胞和单核巨噬细胞活化，以及低氧等不利的微环境，可能会严重损害MSC的旁分泌和分化能力。当肺组织出现明显纤维化时，MSC的生存和功能会受到抑制，给予MSC恐怕也很难逆转ARDS。理论上应该在肺组织修复损伤阶段给予MSC，此时的局部微环境更有利于MSC发挥作用，效果可能最好。但由于ARDS病理变化的不均一，不同部位的肺组织可能处于不同的病理阶段，此外当移植途径不同时，如何确定合适的移植时机，仍需进一步研究。

目前采用了静脉注射、腹腔注射以及气道注射移植MSC，均能够减轻肺损伤程度。从临床角度来说，腹腔注射和气道注射均创伤性较大，可行性差，静脉途径简便易行、损伤小，但静脉途径需要大量MSC，生产储存费用昂贵。在MSC移植治疗ARDS的两项前期临床研究中，均采用静脉注射途径给予MSC。MSC移植治疗ARDS时，不仅需要考虑有效性，更需考虑安全性和临床可行性，在此基础上，综合评估采用何种移植途径。

3小结

尽管MSC能够减轻ARDS动物模型肺损伤程度，但在ARDS前期临床研究中效果不明显，因而近年来的研究采取各种策略以优化MSC的治疗效果，提高MSC向靶组织归巢率，增强MSC在损伤组织局部释放旁分泌因子，继而进一步增强MSC治疗ARDS的效果，在前期的ARDS动物模型中显示出诱人的应用前景。由于关于优化MSC治疗ARDS的试验均为动物实验，在临床转化应用前，仍有不少问题亟待解决，应在综合考虑安全性、有效性和临床可行性的基础上，联合应用不同的优化MSC治疗策略，以改善ARDS患者的预后。

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（收稿日期：2017-05-31 本文編辑：许俊琴）endprint