间充质干细胞(MSC)在辐射损伤救治方面的研究进展

王 利，马得勋，张 瑞，张 超，高 蕊，刘书锋

(1.海军第971医院崂山医疗区血液肿瘤科, 山东 青岛 266101； 2.海军第971医院卫勤训练中心，山东 青岛 266101； 3.火箭军特色医学中心，北京 100088; 4.海军青岛特勤疗养中心医训部， 山东 青岛 266071)

随着核能在军事及民用领域的广泛应用，辐射损伤事件的发生机率逐渐增大[1]，放疗、医源性过量照射、放射源意外丢失等均可能引起受照机体的辐射损伤。辐射不仅能造成机体造血、免疫系统、胃肠道、肺、脑、心脏、皮肤、血管等组织器官的损伤[2]，而且对受照个体的心理产生严重负面影响。研究者们一直致力于探索高效辐射损伤救治策略。

造血刺激因子及造血干细胞移植目前仍是治疗辐射损伤常用的方法。对于受照剂量小、造血功能受损不严重的机体，造血刺激因子刺激造血效果显著。但对于受照剂量大、残存造血干细胞不足以重建造血的机体，需要进行造血干细胞移植以重建机体的造血功能。受照剂量大于8 Gy的辐射损伤病人，重建造血是救治的重点，但不是终点，如何在重建造血的基础上，修复受损组织器官的功能是辐射损伤救治过程的重点及难点。

间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)来源于胚胎发育的中胚层，具备自我更新能力，能够分化为骨、软骨、脂肪等中胚层来源组织，具备低免疫原性及独特的免疫调节功能[3]。作为骨髓龛的重要组成成分，MSC具备造血支持功能[4]，并且MSC能够归巢至受损组织部位，分化替代损伤组织，或通过分泌细胞因子、生长因子、胞外微囊(extracellular vesicle，EV)等方式发挥免疫调节及组织修复作用[5-6]。

鉴于MSC适于异体输注及上述多重功效，研究者们一直致力于将MSC应用于辐射损伤的救治，以期解决辐射损伤后机体造血重建、组织修复两方面的重点及难点问题[7-8]。近年来MSC在辐射损伤救治方面的研究取得了一些新进展，本文就此作一综述，以期为辐射损伤救治方面的研究者提供一些参考。

1 MSC促进辐射损伤后造血恢复

机体造血系统对辐射较为敏感，全身照射剂量超过1 Gy时机体就会出现较为明显的造血系统症状。大剂量照射时患者会出现严重的白细胞、血小板减少，明显增加患者致死性感染及出血风险。目前粒细胞集落刺激因子、粒巨噬细胞集落刺激因子等细胞因子是促进受照后造血恢复的常用手段。但在较大剂量受照情况下，机体内残留造血干细胞(hematopoietic stem cell，HSC)很少或缺如，细胞因子难以发挥理想效果。造血干细胞移植(HSC transplantation，HSCT)仍是治疗重度以上急性放射病患者的常用方法，但HSCT对医疗技术、设备及干细胞来源的要求性比较高，难以大范围推广应用。

MSC能够调节造血微环境，并分泌白细胞介素(Interleukin，IL)-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-14、IL-15、粒细胞、巨噬细胞集落刺激因子、干细胞因子等一系列细胞因子，促进体内残留造血干细胞的增殖、分化及成熟，促进受照后机体造血恢复。受致死剂量射线照射的动物输注MSC后骨髓中细胞计数增高，生存率增加[9]。MSC还能通过减轻受照后氧化损伤程度，促进造血重建[10]。MSC与造血干细胞共输注时，造血干细胞植入及造血重建更快[11]。

Lee等[12]研究显示，将MSC与脐血干细胞共移植，中性粒细胞及血小板植入时间较单纯脐血移植明显提前，且MSC组无植入失败发生。LIU等[13]研究显示，单倍体造血干细胞移植时使用MSC，血小板达到50×109/L的时间显著提前。国内2008年“太原事故”中，一例受到14.5 Gy γ射线照射的患者，接受HLA不相合外周血干细胞及MSC共移植后，患者造血恢复，放射性皮肤溃疡逐渐愈合，但后期患者出现肠梗阻，最终死于多器官功能衰竭[14]。提示大剂量射线照射后，尽管HSCT能够重建患者造血，但辐射所致多组织器官的损伤是辐射损伤救治过程中更需要关注的问题，需要更多的研究予以解决。

2 MSC促进辐射损伤后胃肠道等组织器官修复

全身照射剂量超过7 Gy就会引起患者较为明显的胃肠道症状。辐射引起肠黏膜隐窝细胞、免疫细胞等损伤，导致肠黏膜屏障功能的破坏及免疫调节失常，使患者致死性细菌感染风险增加。对于有严重组织损伤、脏器功能受损的大剂量辐射伤员而言，HSCT在解决造血重建的基础上，未能解决组织修复问题，且在批量大剂量辐射伤员出现时，大规模进行HSCT难度可想而知。

MSC能够修复辐射损伤后肠黏膜隐窝干细胞的微环境，并促使残留隐窝干细胞增殖，促进隐窝细胞及肠黏膜上皮细胞的再生；MSC能分泌血小板源性生长因子、成纤维细胞生长因子等细胞因子及抗炎性细胞因子；此外MSC能够通过抗氧化及抗炎作用保持受照后血管内皮功能[15]，MSC通过上述多种机制共同作用促进辐射受损肠黏膜的修复。研究发现MSC能促进辐射损伤后肠绒毛的修复，提高大剂量受照后动物的存活率[16]。通过基因手段上调MSC表面趋化因子受体，增强其向受损组织的归巢能进一步增加MSC疗效，如过表达CXCL12的MSC促进辐射损伤肠黏膜上皮细胞的修复，延长受照后动物的生存期[17]。

MSC能通过恢复抗氧化酶超氧化物歧化酶水平，减轻受照后内皮细胞的损失及血管损伤，减轻辐射对肺脏的损伤程度[18]。比格犬受15 Gy X射线照射后，与对照组相比，MSC治疗组比格犬动脉血氧分压高，羟脯胺酸及β转化生长因子减低，α转化生长因子水平上升，肺组织超氧化物歧化酶水平增高，肿瘤坏死因子-α、IL-1降低，CT及病理检查显示MSC治疗后比格犬肺损伤程度较轻[19]。MSC不仅能够减轻辐射早期肺损伤，而且能减轻后期肺纤维化程度[20]，受照后越早使用MSC对放射性肺损伤的治疗效果越好[21]。

辐射能增加血管通透性，引起白细胞外渗、微血栓形成及血管内皮细胞的凋亡，还能引起大血管动脉粥样硬化、狭窄、阻塞等病理改变。动物实验显示辐射能使小鼠主动脉细胞凋亡及纤维化重组，引起主动脉增厚，胶原蛋白累积，TGF-β等促纤维化细胞因子、TNF-α等炎症分子、氧化应激指标上升。MSC能够减轻辐射引起的上述病理变化，上调抗氧化酶HO-1及过氧化氢酶水平，抑制主动脉氧化应激水平及炎症反应[22]。

3 MSC促进辐射损伤后皮肤、黏膜损伤的修复

辐射引起皮肤灼伤的程度依射线种类、剂量水平、照射时间、照射部位等因素而异。事故照射或医源性放疗后均能引起不同程度的皮肤灼伤。尽管外科手术技术及常规烧伤治疗方法取得了长足进展，但由于辐射与常规烧伤引起的皮肤损伤存在病理生理方面的差异，大剂量照射引起的重度皮肤灼伤治疗效果仍不满意。

MSC能够减少皮肤辐射损伤部位炎性细胞浸润，减少细胞坏死，促进肉芽组织形成、角质细胞增殖及角蛋白生成，并促进新生血管形成，加快辐射灼伤皮肤的修复[23-24]。MSC培养液能促进人脐带血管内皮细胞的增殖，也能够促进动物受照后皮肤损伤的修复，其整体效果优于表皮生长因子[25]。2014年“南京事故”中一名人员误拾192Ir后出现右下肢Ⅳ度急性放射性皮肤损伤，于皮瓣移植术后两次静脉输注MSC，输注后患者外周血及受损皮肤组织中血管内皮生长因子受体水平明显增高，患者病情逐渐好转，提示MSC治疗放射性皮肤损伤是安全有效的[26]。

辐射还会引起黏膜、腺体等组织损伤，影响患者进食、吞咽等功能，使患者生活质量下降，严重者引起营养不良及致命感染。局部应用MSC会引起局部微环境的破坏，并且难以广泛作用于辐射损伤的其他黏膜组织；静脉输注MSC能够起到全身性的抗炎、组织修复等作用，但扩增后MSC部分趋化因子受体表达水平下降，归巢至炎症及组织损伤部位能力下降。CXCR2过表达的MSC归巢至辐射损伤炎症部位能力增强，能够抑制促炎性细胞因子及活性氧的产生，促进辐射损伤黏膜溃疡的愈合[27]。

MSC对辐射损伤皮肤的修复作用一方面来源于MSC归巢至皮肤损伤部位促进细胞的增殖分化，另一方面MSC能够分泌血管内皮生长因子、血管生成素、胰岛素样生长因子、转化生长因子等一系列细胞因子，加快新生血管的生成、灌注，减轻损伤部位炎症反应，刺激成纤维细胞增殖、迁移、分化，并促进皮脂腺、汗腺等腺体及肌肉组织的修复[28]，多种机制共同促进辐射损伤皮肤的修复。近期一项纳入30例患者的随机对照临床试验显示，MSC能增强放射性口腔干燥症患者唾液腺的分泌功能，改善患者口渴、食用固体食物不适等临床症状，且无不良事件发生[29]，证实临床使用MSC治疗放射性损伤是安全有效的。

4 MSC救治辐射损伤研究趋势

近年来研究发现MSC通过直接分化发挥组织修复作用有限，通过释放包括血管内皮生长因子、肝细胞生长因子、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子等一系列细胞因子可能是MSC发挥作用的重要机制，尤其EV是MSC旁分泌机制中非常重要的一种物质。MSC-EV能够选择性转载MSC来源mRNA、microRNA、蛋白等功能物质，并将其内容物传递至特定细胞；MSC-EV双分子层囊膜能够避免其在循环过程中被酶类物质降解；同时MSC-EV体积小，能够避免高剂量输注MSC引起门静脉或肺静脉栓塞风险[22]。

MSC-EV能够减轻辐射对HSC的损伤程度，促进受照后HSC的增殖，逆转辐射所致的HSC生长抑制、DNA受损及凋亡，小鼠受5 Gy剂量照射后静脉输注MSC-EV后造血重建明显快于对照组[2]。MSC-EV能够直接作用于小鼠HSC细胞，在无其他造血支持条件下，MSC-EV能够使受致死剂量射线照射小鼠长期存活[30]。辐射会使受照机体骨髓间充质基质细胞受损，增加骨质疏松及骨折风险。MSC-EV能够降低氧化应激水平，加快DNA损伤修复，减少增殖抑制及细胞衰老相关蛋白表达，调节基质细胞分化，重建骨髓基质细胞功能，进而减轻辐射导致的骨损失[31]。目前MSC-EV在组织修复、免疫调节、造血支持等方面显示出与MSC相当的功效[5, 32]，被认为有望成为一种更安全、高效稳定的非细胞治疗手段[32-33]。

5 MSC救治辐射损伤下一步研究方向

MSC免疫豁免特性使其异体输注后不会被排斥，且能同时解决受照后机体造血重建、组织修复两方面的问题，使MSC具备成为辐射损伤救治理想方法的潜质。尽管临床前实验显示MSC对辐射损伤有较好的治疗作用，但临床推广应用前仍有许多工作要做，包括MSC来源、扩增代数、冷冻与否、剂量、输注频次、输注方式等因素均会影响到MSC作用效果[34]，临床转化时需要考虑相关影响因素。Osiris制药公司目前已开发出MSC商用化细胞产品Prochymal，但MSC细胞产品的标准化、稳定性，MSC对辐射损伤伤员的有效性、安全性等问题仍需大样本群体的验证。MSC-EV作为一种理论上更安全高效的非细胞治疗方法，其在辐射损伤救治中的作用及机制有待进一步探讨。