间充质干细胞在急性放射病治疗中的应用

宋秀军 李峰生 李 伟 江其生

（火箭军总医院核与辐射损伤实验室 北京 100088）

间充质干细胞在急性放射病治疗中的应用

宋秀军 李峰生 李 伟 江其生

（火箭军总医院核与辐射损伤实验室 北京 100088）

对急性骨髓型放射病的治疗现状及间充质干细胞在骨髓型放射病、肠型放射病及皮肤型放射病中的应用进行总结和讨论，为今后间充质干细胞在治疗急性放射病中的应用提供思路。

急性放射病，造血干细胞，间充质干细胞

CLC R818.71， TL7

随着核技术在军事、医学及科研等领域的广泛应用，核与辐射事故引发的放射损伤及防治越发引起人们的重视。目前，急性放射病的治疗主要是抗辐射药物和造血干细胞移植，但抗辐射药物不能恢复自身造血，而造血干细胞移植存在人类白细胞抗原（Human leukocyte antigen， HLA）全相合移植供着缺少及移植物抗宿主病（Graft-versus-host disease，GVHD）的发生等，急需寻找一种新来源的种子细胞。间充质干细胞（Mesenchymal stem cell， MSC）因其具有自我增殖、定向分化和自动归巢能力以及低免疫原性，而被广泛应用于免疫治疗和再生医学领域，也使其在治疗放射性损伤方面得到进一步研究。本文综述MSC治疗急性放射病的最新研究进展。

1 急性骨髓型放射病及其治疗现状

急性放射病（Acute radiation disease， ARS）是机体在短时间内受到一定剂量（＞1 Gy）电离辐射引起的全身性疾病。吸收剂量在4～6 Gy为重度骨髓型放射病，6～10 Gy为极重度骨髓型放射病。ARS的典型特征是强烈的免疫抑制、贫血和血小板减少，源自死亡和/或照射后的造血祖细胞复制减少。目前，以应用细胞因子和输入外源性造血干细胞（Hemopoietic stem cell， HSC）等为主要治疗方法［1-2］。马延超等［3］研究发现，给予17只恒河猴60Co γ射线全身照射，吸收剂量7 Gy，以建立重度骨髓型ARS模型，并将其随机分为对症治疗、rhG-CSF + rh TPO和rhG-CSF + rhTPO + rhIL-2治疗组，两种细胞因子组合均可显著促进60Co γ射线照射的恒河猴造血功能恢复，提高重度骨髓型ARS猴的存活率；rhIL-2可以明显加快外周血中白细胞特别是淋巴细胞和单核细胞的恢复，表明在积极对症治疗的基础上采用rhG-CSF、rhTPO与rhIL-2的联合序贯治疗是治疗重度骨髓型ARS的有效方法。

细胞因子的应用对于重度骨髓型急性放射病作用显著，但由于极重度患者体内造血干细胞残存数量过少，不能恢复自身造血，细胞因子作用严重受限。虽然成功的 HSC移植可使部分重度、极重度ARS患者在短期内恢复造血功能，但移植后免疫功能抑制、感染、GVHD的发生以及射线造成的多组织器官损伤及由此引发的多器官功能衰竭，依然严重影响着 ARS患者的术后长期生存。此外，HSC移植除了移植前需要预处理和HLA配型外，还需要一定的造血干细胞数量，而造血干细胞不能在体外进行大量扩增，如发生大规模人群的放射性损伤，就会存在HSC来源不足问题。因此，应寻找更加有效的防治措施，以加快ARS患者移植后免疫重建，降低GVHD发生率和严重程度，加快多组织器官放射损伤修复，增加极重度ARS患者的治愈希望。

2 MSC在骨髓型放射病治疗中的应用

骨髓中的 MSC构成造血微环境，组成性的分泌多种调节造血的细胞因子，如IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-14、IL-15、M-CSF、Flt-3L及SFC等，并表达造血干细胞归巢相关抗原，从而支持造血干细胞的生长、成熟与功能发挥［4］。研究表明，MSC不但能在体外支持造血，而且能在体内促进造血干细胞的植入和移植后造血重建。MSC免疫原性弱，低表达MHC-I类分子和FasL，不表达与MHC-II类分子和识别有关的共刺激分子，具有免疫调节功能，可抑制同种异体的淋巴细胞增殖，不仅可以抑制初始T细胞，还可以抑制记忆T细胞，下调免疫反应，降低HSC移植后GVHD的发生率和严重程度［5-6］。

2.1MSC与HSC联合应用治疗骨髓型放射病

作为造血微环境的主要细胞，MSC在维持造血干细胞的正常分化、促进移植后造血恢复及降低HSC移植后GVHD的发生率和严重程度方面发挥着重要作用。2008年山西太原事故中放射性损伤患者接受HSCT后输注供者来源的MSC，显示出良好的抗GVHD效果［7］。HSC与MSC联合输注有利于HSC移植和造血功能恢复，即使是在非理想移植条件下，如HSC数量有限，或者移植的HSC来自两个不同的供体，HSC-MSC联合输注也能提高HSC移植的成功率。Hu等［8］对小鼠进行致死性剂量（8 Gy）照射时，输注骨髓细胞和不同浓度的MSC，结果仅输注1×109/kg骨髓细胞的A组小鼠平均存活时间为（8.55±0.94） d，输注骨髓细胞和5×107/kg MSC的C组小鼠平均存活时间为（l4.5±1.6） d，输注骨髓细胞和2.5×107/kg MSC的D组小鼠平均存活时间可达（15.1±1.55） d，不过输注骨髓细胞和1.5×108/kg MSC的B组小鼠平均存活时间仅为7 d，数据表明，一定剂量的MSC与HSC共移植可以明显改善小鼠生存；当对小鼠进行亚致死剂量（5 Gy）照射时，观察到MSC可以减少小鼠骨髓细胞凋亡，加速受照射小鼠造血组织细胞的周期进程，骨髓造血岛和巨核细胞明显增加，三系（红细胞、粒细胞和血小板）造血恢复加快，在早期阶段保护受照射小鼠。对于亚致死剂量照射的小鼠，Shim等［9］证明脐血MSC不仅对白细胞、淋巴细胞、单核细胞等具有再生作用，在重建造血方面作用优于细胞因子G-CSF治疗。

HSC与MSC的共同输注已成功应用于烧伤-放射复合伤及肿瘤化疗等恶性和非恶性疾病的治疗。Wang等［10］临床研究发现，HSC与MSC联合静脉输注于一例 25岁的严重系统性红斑狼疮（System ic lupus erythematosus， SLE）患者，12 d后临床症状缓解，表明HSC与MSC联合移植可能是一种新的有效的治疗SLE的方法。关于暴露于辐射后的造血恢复，体外应用研究表明，MSC对辐照血液细胞前体的增殖有积极的影响，即在干细胞存在的情况下，辐射 CD34+细胞表现出数倍的增长［11］。Ball等［12］对14例接受供体MSC和HLA不同的外周血HSC联合移植患者进行I / II期临床研究，并与47例相关病例的受试者进行比较，结果显示，接受 MSC联合治疗的患者平均恢复时间为11.5 d，而对照组平均恢复为14.9 d （p=0.009），且接受MSC治疗的所有患者均表现出持续的造血重建，无不良反应。大量研究表明，MSC在促进造血恢复和延长 HSC移植患者生存期等方面是安全有效的。

2.2单独MSC治疗骨髓型放射病

由于受HSC的来源、配型等因素所限，能够接受HSC移植的ARS患者非常有限。研究表明，异基因 MSC单独输注是一个可以实现和有效的替代策略［8，13］。临床上可用异基因MSC治疗HSC移植失败的患者，因 MSC可“归巢”到骨髓中，促进残余HSC的生长和成熟，从而促进患者造血功能恢复［7，12］。张晓玲等［14］对小鼠进行6 Gy全身照射后输注MSC，2 d后治疗组小鼠血清中检测到G-CSF、SCF等造血生长因子，并与对照组相比，其血清G-CSF水平显著增加，表明MSC可能是通过分泌造血生长因子来促进造血恢复。Qiao等［15］对经过致死性全身照射的小鼠输入骨源性的 MSC后，Treg细胞扩增；T细胞细胞因子受体表达改变，CCR5和CXCR3表达下调，CCR7表达上调，从而减少活化T细胞向炎症部位的迁移，减轻免疫损伤；Th1细胞免疫功能下降，IFN-γ等炎性因子生成减少，使Th1/Th2平衡向抗炎性的Th2细胞极化倾斜。表明MSC的免疫保护机制对于受照小鼠加快造血恢复，改善生存也发挥了重要作用。因此，在核与辐射事故中，在供体有限的情况下，大量扩增 MSC用来治疗大量辐射损伤伤员应是可行的；此外，平时储备异体MSC也可用于大量核事故伤员的应急救治。

3 MSC在急性胃肠型放射病中的应用

胃肠型放射病是全身受到γ射线或γ射线和中子混合照射，吸收剂量达10 Gy以上时会出现胃肠道综合征，最终在数天后（通常是3～10 d）死亡的疾病。肠隐窝中快速分裂的干细胞通常能在正常组织更新过程中补充肠道的上皮细胞层。近来研究表明，外源性 MSC能够促进残留的隐窝干细胞生长，促进肠上皮屏障恢复。其机制与MSC分泌生长因子、趋化因子将上皮祖细胞趋化到组织损伤部位有关。腹部及全身照射临床前模型也已证明，MSC输注伴有肠隐窝细胞再生、干细胞微生态恢复、肠道抗辐射因子（包括R-Spondin1、KGF、PDGF和FGF2）和抗炎性细胞因子的血清水平增加、炎性细胞因子下调［16-17］。有报道前列腺癌患者意外过度照射诱发结肠炎的情况，该患者在静脉输注同种异体 MSC后，疼痛、腹泻、出血、炎症和瘘管形成等症状和体征均有所减轻［18］。Macvittie等［19］建立了肠道放射损伤的灵长动物模型，为肠道放射损伤的治疗提供了研究条件。关于放射性肠损伤，Linard等［20］建立了射线诱导的猪的直肠炎模型，照后第 27天、34天和 41天给予多次耳静脉输注自体骨髓来源的2×106/kg MSC发现，全身炎症得到控制，直肠损伤部位的炎症及纤维化明显减轻。Ono等［21］以5 Gy/d γ射线照射SD大鼠5 d后，将羊膜来源的1×106个MSC经静脉移植SD大鼠，第8天处死，组织化学及炎症介质 RNA表达分析显示，直肠部位上皮损伤和炎性细胞的浸润受到明显抑制；同时体外研究发现γ射线照射后的IEC-6 细胞系损伤程度受羊膜来源的 MSC抑制，并抑制 P53的转录活性，caspase-3/7活性及p21的表达。此外，Sémont等［22］不仅证明了MSC治疗有利于放射性肠损伤的修复，而且还发现了内源性 MSC动员入血对于其持续修复损伤发挥重要作用。

4 MSC在皮肤放射损伤及复合伤中的应用

骨髓型放射病和肠道放射损伤常会伴有放射皮肤损伤。皮肤放射损伤可能在几小时内就很明显，也可能几周都不出现，主要取决于受照剂量。目前，国内外均有研究表明，MSC可促进皮肤再生，包括创伤、烧伤、放射损伤等。MSC可促进伤口愈合、降低感染发生率、增加血管生成和皮肤弹性、减少瘢痕形成。在小鼠放射性皮肤损伤模型中，Francois等［23］证明异基因移植 hMSC能加速小鼠损伤的修复。另据文献报道，切除大鼠 2%的体面，形成创面，并接受吸收剂量6 Gy的全身照射，形成创伤-放射损伤复合伤动物模型，将 MSC直接注射于伤口及周围，在损伤后14 d，MSC处理的动物伤口愈合面积较对照组可提高50%左右［24］。Kotenko等［25］发现，MSC治疗不仅能促进小鼠局部放射性皮肤损伤的愈合，而且对于临床上两例严重放射性皮肤损伤患者，自体 MSC输注后肉芽组织快速生成，溃疡表面明显减小，最终完全上皮化。近年来研究发现，基因修饰hVEGF165/hBD3修饰的MSC同时过表达血管内皮生长因子和β防御素，也能促进小鼠放射性复合伤的修复［26］。

5 总结与展望

MSC因其具分泌多种调节造血的细胞因子，免疫原性低，是构成组织微环境的重要细胞，应用于ARS治疗具有显著优势，或将作为新的治疗手段。目前MSC的应用仍存在一些问题，如MSC修复放射性损伤的作用机制，MSC的最佳细胞数、输注次数、应用途径以及不同来源 MSC对急性放射性损伤的疗效差别等仍有待进一步验证。MSC在急性放射性损伤中的应用大部分只在基础研究领域，距离实际的临床应用仍有很大差距，但这些临床前研究成果正在转化为临床实践中。随着研究的不断深入，单独MSC应用及MSC与HSC联合应用在治疗急性放射性病方面有一定的应用潜力。

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Application of mesenchymal stem cell in treatment of acute radiation disease

SONG Xiujun LI Fengsheng LI Wei JIANG Qisheng
(Laboratory of Nuclear and Radiation Damage, PLA General Hospital of Rocket Army, Beijing 100088, China)

Therapy of acute hematopoietic radiation sickness in current and application of mesenchymal stem cell （MSC） in hematopoietic radiation sickness， enter radiation disease and cutaneous radiation syndrome were summarized and discussed， to provide ideas for studying the application of MSC in therapy of acute radiation disease. KEYWORDS Acute radiation disease， Hemopoietic stem cell， Mesenchymal stem cell

SONG Xiujun （female） was born in August 1979 and received her master degree from Zunyi Medical College in 2007 Corresponding author: Ph. D. JIANG Qisheng， professor， E-mail: jqs598@sina.com

26 April 2016； accepted 30 May 2016

R818.71，TL7

10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.030102

国家自然科学基金（31570854）资助

宋秀军，女，1979年8月出生，2007年于遵义医学院获得硕士学位

江其生，博士，教授，E-mail: jqs598@sina.com

初稿2016-04-26；修回2016-05-30

Supported by National Natural Science Foundation of China （31570854）