人脐血间充质干细胞的生物学特性及治疗肺纤维化的作用机制

王 雁 刘 晨 王红阳 刘信荣

(河北联合大学附属医院 河北唐山 063000)

肺纤维化是以大量的成纤维细胞聚集、细胞外基质沉积并伴有炎症和损伤所致组织结构破坏为特征。其病理特点包括肺组织间质细胞增殖、细胞外基质增生沉积及肺实质的重构，其发病率和病死率各不相同，严重性各异，但共同特点是缺少特异性治疗。过去对肺纤维化疾病的治疗仅限于非特异性抗炎、免疫抑制剂及糖皮质激素等，疗效尚不理想。随着肺纤维化发病机制研究的深入，细胞移植替代治疗成为近年来治疗肺纤维化研究热点。

间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)作为人成体干细胞的一种，1966年首先由Friedenstein［1］从骨髓中发现，然而经过研究发现，骨髓来源的间充质干细胞虽然易于培养、可大量扩增、遗传背景相对稳定且多向分化特性不会受到影响［2］，它具有潜在得组织修复能力、抗增殖和抗炎症效应的作用。逐渐成为细胞疗法和基因疗法得一种理想的靶细胞。但在临床应用中存在不足之处，如骨髓一般从患者自身采集，须行骨髓穿刺术，存在被病毒污染的可能及有一定的风险。另外，患者自身体质较弱易有感染使得间充质干细胞不能满足个体需要。因此寻找新的MSCS来源是目前国内外干细胞研究的热点。近些年来，人们对人脐血的研究进一步深入。Erics等［3］于2000年最早报道了脐血中存在间充质干细胞，它是一种具有全能干细胞特点的细胞，具有多向分化潜能，其形态和生物学特点与骨髓源性MSCs相似。很多的实验证实脐带血间充质干细胞在一定的实验条件下可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、神经细胞、肝细胞［4］、骨骼肌细胞［5］等。与骨髓相比，脐带血有以下优势:①来源广泛，便于取材;②细胞增殖能力更强、分化好;③对供者无不利影响，无论理道德问题的限制，适合体外大规模培养;④脐血的免疫原性较弱，能耐受更大程度上的HLA配型不符［1，6］;⑤移植物抗宿主病(GVHD)发生率较低。这些优势为脐血间充质干细胞作为新一代“种子”细胞治疗一些机体无法自然修复的组织细胞损伤，有着良好的临床应用前景。本文就人脐血间充质干细胞的生物学特性及治疗肺间质纤维化的进展做一综述。

1 HUCBMSCs的生物学特性

脐血又称胎盘血或脐带血，是新生儿出生时脐带内和胎盘近胎儿一侧血管内的血液。脐血成分基本上与成人血一样，包括血细胞和血浆。脐血血细胞包括红细胞、白细胞和血小板三部分。Gerli等人研究认为尽管脐血T淋巴细胞具备增生能力，但低于成人，脐血T细胞表达IL2基因以及HLA－DR和生成IL2基因以及HLA－DR和生成IL2不足。这说明脐血缺乏致敏的T细胞，移植排异反应(GVHD)较成人缓慢且弱。B淋巴细胞表现功能也不成熟状态，脐血免疫细胞的不成熟性是脐血移植的基础。大量研究表明，人脐血间充质干细胞不表达MHC－I类分子及 B7 －1、B7 －2、CD40、CD40L 等［7］共刺激分子，导致免疫耐受。

随着对脐血的深入研究，脐血间充质干细胞已被众多实验室成功分离。Eun ji Gang等［8］将人的脐血分离培养，结果发现当单个核细胞传至第二代时即可见大量均一的成纤维状贴壁细胞，大约86%的细胞处于G0/G1期，这表明这些细胞具有很强的增殖潜能。另外，研究发现其细胞特性和多向分化潜能与骨髓间充质干细胞相似，体外扩增能力、细胞原始性高于骨髓。但人脐血间充质干细胞目前缺少特异性表面标记物，鉴定方法都是通过形态、功能以及在培养过程中出现的分化表型，经流式细胞仪技术分析:脐血 MSCs表达 CD29、CD44、CD54、CD58、CD90、CD95、CD166、SH －2、SH －3、SH －4，不表达 CD14、CD34、CD40、CD45、CD50、CD68、CD80、CD86、CD117、CD152 及 HLA －DR，这与骨髓MSCs的免疫表型相似。

2 人脐血间充质干细胞可能向肺组织细胞的分化

2.1 肺间质纤维化形成的可能机制 目前认为，肺纤维化是由于各种原因导致肺损伤后，修复不足造成的。由于I型肺泡上皮细胞广泛损伤，II型肺泡上皮细胞不能及时分化为I型肺泡上皮细胞修复正常肺组织结构，以及损伤后炎症细胞释放大量细胞因子(如TGF－β)相互作用，从而造成成纤维细胞大量聚集，最终形成肺纤维化。

2.1.1 TGF－β在肺纤维化形成过程中的作用。TGF－β是Assoian等在1983年从人血小板中首次提取出来的，是研究最深入、最重要的细胞因子，它是一种多效性的细胞因子，可由T细胞、单核/巨噬细胞、血小板和结构细胞产生，包括成纤维细胞和上皮细胞，它对炎症细胞、免疫细胞和结构细胞有着重要的影响。在肺纤维化组织中，TGF－β表达增强，它能促进细胞外基质的大量产生，使细胞外基质受体表达增强，导致胶原沉积，另外，TGF－β还可抑制降解酶的活性，使胶原降解减少，同时抑制蛋白水解酶，减少细胞外基质降解，TGF－β刺激成纤维细胞向肌成纤维细胞表达，促使合成和分泌更多的胶原，经过这一系列的反应，最终引起肺纤维化。

2.1.2 上皮细胞－间质细胞间的转化。EMT(epithelia l－mesenchymal tran－sition，EMT)是一种完全分化的上皮细胞经历细胞表型改变转化成完全分化的间质细胞的过程，通常转化成成纤维细胞和肌纤维母细胞［9］，这种现象在过去一直认为是不太可能的。在肺组织中，肺泡上皮以及上皮损伤对纤维化的形成起着重要作用。II型肺泡上皮细胞被认为是损伤后修复肺泡上皮的原始细胞，它能够自我更新和转分化成为I型肺泡上皮细胞［10］在某些特定条件向I型肺泡上皮细胞表型转化受抑制时(如损伤)，II型肺泡上皮细胞也有能力通过EMT过程转变成成纤维细胞和肌纤维母细胞。这提示了体内肺泡上皮细胞EMT的存在，并表明EMT可能在肺纤维化的发病机制中起很重要的作用。

2.2 人脐血间充质干细胞移植对肺纤维化的修复机制

2.2.1 直接或间接转化为肺泡上皮细胞。近些年许多动物和人体实验报道，来自肺外的一些细胞可以转化为肺的分化细胞。II型肺泡上皮细胞可以分裂产生子代II型肺泡上皮细胞，也可分化为I型肺泡上皮细胞，因此在功能上相当于肺的干细胞［11］在肺纤维化过程中，有人认为MSCs可能通过替代损伤的II型肺泡上皮细胞从而减轻纤维化的程度。Ortiz等［12］将来源于博莱霉素抵抗的雄性小鼠的MSCs注入对博莱霉素依赖的雄性小鼠的体内，在后者肺组织中可获得由供体MSCs分化的肺泡II型细胞。帮助修复肺损伤，减轻纤维化程度。Theiseo［13］的通过实验研究显示博莱霉素造成肺损伤5 d后，肺内可以见到骨髓来源的细胞，6个月后可达14%。这些实验表明外源性Msc可以迁移到肺并转化为肺的分化细胞。Sueb linvong等［14］通过体外分离、培养脐血源性间充质干细胞(Human umb－ilicalcordderived MSCs)，证实了脐血源性MSC s通过静脉输入后可定植在气道上皮并表达气道上皮细胞表型，参与气道重建。

2.2.2 MSCs对TGF－β的作用。MSCs对抗肺纤维化的另一重要机制可能为通过产生TGF－β受体，使之与TGF－β结合，减少TGF－β在肺组织的作用，减少胶原沉积，细胞外基质可以降解，阻止肺损伤早期成纤维细胞的恶性聚集。

3 存在的问题

近年来，细胞替代治疗在医学领域成为研究的热点，尤其对人脐血间充质干细胞的研究取得了很大的进展，它被认为是传统骨髓间充质干细胞的新生力量，具有优越的生物学特性和很好的增殖分化潜能。但由于肺部结构比较复杂，人脐血MSCs的研究落后于其他器官，相关研究结果大多数还都停留在动物模型实验阶段，缺乏足够的临床实验依据。对于人脐血MSCs治疗肺纤维化的机制尚不十分清楚。还有许多亟待解决的问题:①人脐血MSCs还没有找到特异性的标记分子，目前对人脐血MSCs的辨别还局限于从细胞形态、非特异的免疫表型。②到目前为止还没有十分完善的分离、培养和扩增MSCs的方案，造成不同实验室在研究同一组织来源干细胞时，细胞表型、起始细胞异质性、分化能力、增殖能力、长期养后的细胞功能等存在较大差异，直接影响了间充质干细胞的应用［15］。③在肺纤维化组织中，移植的人脐血MSCs虽然可以在肺组织中停留，并且发挥一定的修复作用，但究竟是转化为II型肺泡上皮细胞或其他实质细胞，还是通过分泌某些细胞因子减轻肺纤维化程度还有待进一步研究。

相信随着研究的进一步深入，人脐血MSCs的生物学特性将越来越清楚，作为新一代的种子细胞，人脐血MSCs将在进一步完善作用机制和临床研究的基础上，很有可能成为治疗肺纤维化的重要手段。

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