骨髓间充质干细胞对难治性肺疾病治疗的研究进展

尉进茜 伊慧珍

一些呼吸系统难治性疾病，如急性呼吸窘迫综合征、支气管肺发育不良、肺纤维化、肺癌、肺气肿等，这些疾病的病死率很高，而且存活者常因肺功能减退而严重影响生活质量，目前尚无根本性治疗方法。近年研究显示植入动物体内的骨髓间充质干细胞(MSCs)能够在受损肺组织内分化为肺泡Ⅰ型细胞(AECI)、肺泡Ⅱ型细胞(AECII)、内皮细胞和纤维母细胞，并不同程度的减轻肺的炎性反应。为根本性治疗这些肺疾病带来了希望，因此运用干细胞移植疗法可能成为今后治疗难治性肺疾病的发展趋势。

1 骨髓间充质干细胞特性

MSCs属于成体干细胞的一种，是中胚层发育的早期细胞，不仅可以分化为造血基质细胞，还可以分化为许多造血以外的组织，如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞、内皮细胞、肝和胆道上皮细胞、肺上皮细胞等。它具有自我复制能力和多项分化潜能，属非终末分化细胞;终生保持未分化或低分化特征;缺乏分化标记，分化情况受所处微环境的影响。

目前MSCs在医学领域中的应用主要有两方面：①自体及异体MSCs移植：根据MSCs的多向分化潜能及低免疫原性，通过对自体或异体MSCs的采集、体外培养、纯化及扩增，再通过静脉、动脉输送经血液循环到达病变部位或者直接在局部进行多靶点注射到达病变部位，从而达到改善患者症状或体征的一种治疗手段。目前在多个系统均取得了重大进展。2003年，北京大学第一医院眼科与北京大学医学部干细胞中心完成首例以MSCs羊膜片移植治疗严重眼表面化学烧伤。②基因治疗：通过大量的实验证实附壁生长的MSCs经过介导，易导入外源性基因，并可以在体内高效、长期的表达，Lee等[1]报道转入人IL-3基因的MSCs仍具有旺盛的增殖能力，可以持续分泌人IL-36个月。对于骨缺损的患者，Lieberman等[2]通过腺病病毒BMP-2基因转入MSCs，1周内可见到BMP-2的有效表达，在此基础上应用转染后的细胞与脱钙骨基质复合后植入免疫缺陷鼠体内，发现有丰富的异性骨质形成，且新生骨血管化良好。但目前多数仅限于动物研究，在临床中的应用尚很少。

2 MSCs在治疗难治性肺疾病的研究

目前难治性肺疾病包括急性和慢性两种，急性肺疾病由严重感染、创伤、休克、酸中毒及有害气体吸入等各种病因引起的急性肺损伤，以肺泡-毛细血管膜的弥漫性损伤为特征，是临床上常见的危重病症。慢性肺疾病为各种原因引起肺功能的下降，通气换气不能满足自体需求，需要长时间依赖氧气的一类性疾病。其主要病理变化为肺的纤维化，大量间质细胞增生，肺泡腔直径扩大，肺泡数量减少，大面积肺泡融合。严重影响通气换气功能。

干细胞移植治疗肺损伤的模型目前主要有放射损伤、博莱霉素损伤、内毒素(如脂多糖，LPS)损伤、肺缺血-再灌注损伤和高氧肺损伤模型五种。虽然在不同的肺损伤模型中，MSCs检测方法存在差异，但是实验结果却有很大的一致性。绝大部分研究者认为植入的细胞能够归巢到损伤部位并分化为肺细胞，不同程度的缓解肺损伤;赵峰等[3]研究认为，MSCs可减少肺损伤大鼠肺组织羟脯氨酸含量，减轻大鼠肺损伤及纤维化程度。2004年Yamada等[4]报道，炎性刺激能诱使骨髓中的骨髓源性祖细胞快速释放并向炎症部位聚集，骨髓源性祖细胞在受损部位分化为内皮细胞和上皮细胞，抑制肺组织的破裂和肺气肿的发生。Rojas等[5]研究博莱霉素诱导的小鼠肺损伤模型发现，损伤肺分泌的可溶因子能引起MSCs数量增加并向损伤肺组织迁移，其聚集在损伤肺组织替代损伤的肺细胞，通过抑制炎症因子和激发生长因子的双向调控拮抗肺损伤和肺纤维化，实现对肺的保护作用。何志旭等[14]报道MSCs移植后可通过形成新生血管建立侧枝循环，出现了肺小动脉重构被逆转，肺血气交换改善，肺超微结构及右心肥大改善的良性循环。有效减轻野百合碱诱导的肺动脉高压和肺组织病变程度。

3 目前存在的问题

MSCs在肺损伤修复过程中的诱导分化机制，分化后的细胞类型都尚在探索中。虽然在实验动物、甚至在人类身上观察到了一些骨髓干细胞可塑性现象，但对于是否为杂合源性的细胞群体，并含有各种组织的祖细胞仍存有疑问。如果是不同胚层细胞的混合体，那么在移植过程中有可能出现畸胎瘤的复合物。因为诱导因子不十分清楚，体外诱导结果各实验室结果不尽相同。如何限定MSCs体内外诱导条件使其向所需细胞、组织定向分化;移植的时机及是否具有致瘤性，干细胞生存的微环境中调控其增殖与分化的关键作用因子以及影响?向损伤和缺血区域趋化的因子有哪些等等。均是需要解决的问题。体外培养的MSCs的异质性使之具备分泌多种生物活性物质的能力。利用细胞因谱分析发现，MSCs细胞群至少分泌几十种细胞因子，与肝脏细胞增殖、抗纤维化、血管新生、神经元轴突延长、特异性免疫抑制等诸多功能有关[6-7]。在肺损伤复杂多变的内环境中，不同细胞因子的作用可能会导致MSCs向不同的方向分化。Hashimoto等[8]发现肺纤维化发生过程中MSCs是成纤维细胞的重要来源，参与约80%的Ⅰ型胶原分泌，是肺纤维化的重要促成因素，但MSCs来源的成纤维细胞很少向肌纤维母细胞的转化，对α-平滑肌肌动蛋白的释放也无作用，提示肺纤维化可能是内、外源性成纤维细胞协同作用的结果。Trotman等[9]将对Y色体进行染色的雄性小鼠MSCs移植入利用射线导致骨髓抑制的雌性小鼠体内，发现射线损伤的肺实质内有雄性小鼠的MSCs出现，有一部分在肺间质出现，提示外源性干细胞既可能促进肺损伤的正常修复，也可能参与特发性肺纤维化的发生。这些均说明MSCs在肺损伤修复中存在两面性。

4 讨论

MSCs具有体外分离培养扩增操作的简便性、所分泌生物活性物质的广泛性、低免疫原性及其多向分化性能，因此它很有可能成为今后细胞替代在治疗、组织器官移植和基因治疗的主角，成为继造血干细胞后第二种用于临床的成体干细胞。然而，因为其定向分化机制不清楚、诱导分化的条件和方法及分选技术尚不成熟，是否存在基因突变，植入机体后是否有癌变的可能，植入的时机、植入的剂量等都是需要解决的问题。MSCs移植来治疗肺部疾病，目前仍处于试验阶段，从动物实验到临床的运用，需有充分的理论基础支撑，及严密合理的设计方案，以确保治疗的有效性及安全性。相信随着对干细胞研究的不断深入，人类可以通过有效监控MSCs在体内的生物学行为，达到特异性和预期性的治疗目的。我们期待MSCs早日从实验室研究进入临床，使顽固性肺疾病患者得到有效根本的治疗。

[1]Lee K，Majumdar MK，Buyaner D，et al.Human mesenchymal stem cells maintain transgene expression during expansion and differentiation Mol Ther，2001，3(6)：857-866.

[2]Lieberman JR，Le LO，Wu L，et al.Regional gene therapy with a BMP-2-producing murine stromal cell line educes heterotopic and orthotopic bone formation in rodents.J Orthop Res，1998，16(3)：330-339.

[3]赵峰，李圣青，遆新宇，等.骨髓间充质干细胞对肺损伤大鼠转化生长因子β及单核细胞趋化蛋白1的影响.中国组织工程研究与临床康复，2008，12(29)：5627-5630.

[4]Yamada M，Kubo H，Kobayashi S，et al.Bone marrow-derived progenitor cells are important for lung repair after lipopolysaccharideinduced lung injury.Immunol，2004，172(2)：1266.

[5]Salingcarnboriboon R，Yoshitake H，Tsuji K，et al.Establishment of tendon-derived cell lines exhibiting pluripotent mesenchymal stem cell-like property.Exp Cell Res，2003，87：289-300.

[6]Kilroy GE，Foster SJ，Wu X，et al.Cytokine profile of human adipose-derived stem cells：expression of angiogenic，hematopoietic，and pro-inflammatory factors.Cell Physiol，2007，212：702-709.

[7]Schinkothe T，Bloch W，Schmidt A.In vitro secreting profile of human mesenchymal stem cells.Stem Cells Dev，2008，17：199-206.

[8]Hashimoto N，Jin H，Liu T，et al.Bone marrow-derived progenitor cells in pulmonary fibrosis.J Clin Invest，2004，113(2)：243-252.

[9]Thomson JA，Itskovitz-Eldor J，Shapiro SS，et al.Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts.Science，1998，282(5391)：1145-1147.