内皮祖细胞在脓毒症中的研究进展

刘 斌，宾文凯*，杨 震，吴小林

·新进展·

内皮祖细胞在脓毒症中的研究进展

刘 斌1，宾文凯1*，杨 震2*，吴小林1

内皮祖细胞在血管内皮受损时通过动员、迁移、归巢至受损部位，增殖、分化为内皮细胞并分泌各种细胞因子，促进血管修复及新生。众所周知，血管内皮受损及微循环稳态失调是脓毒症的主要特点。近年来，越来越多的研究发现脓毒症多伴有循环内皮祖细胞数量和功能的变化，而内皮祖细胞数量和功能的变化不仅可用于脓毒症的诊断和预后评估，而且也为脓毒症的干细胞治疗提供了新思路。本文旨在综述内皮祖细胞的内皮修复能力在脓毒症中的研究应用，为脓毒症的干细胞治疗提供新的研究方向。

脓毒症；内皮，血管；内皮祖细胞；血管修复；炎性反应；综述

脓毒症(Sepsis)，特别是严重脓毒症及脓毒性休克伴有的缺血、酸中毒及炎性反应均可刺激和损伤血管内皮，加重病情的发展。传统观点认为，血管内皮受损可通过成熟内皮细胞的迁移和增殖来修复，但成熟内皮细胞的增殖分化能力有限，而内皮祖细胞作为干细胞的一种，是具有血管生成和血管重建功能的可以自我更新和定向分化的专职干细胞，又称为内皮前体细胞，在体内外各种因素的刺激下可分化为内皮细胞。1997年，ASAHARA等[1]首次从成年人外周血中分离诱导分化出内皮祖细胞，此后内皮祖细胞在心脑血管、肿瘤及周围血管病变等方面的研究成为热点。近年来，越来越多的研究者关注内皮祖细胞在脓毒症及脓毒性休克等方面的研究,本文就内皮祖细胞的特征、在脓毒症中的机制及治疗进行综述，为脓毒症的干细胞治疗提供新的研究方向。

1 内皮祖细胞的来源及特征

内皮祖细胞是来源于骨髓、外周血及脐带血的能直接分化为内皮细胞的前体细胞，不仅参与胚胎早期血管的形成，也参与成年血管的新生和再生[2]。内皮祖细胞分为早期内皮祖细胞和晚期内皮祖细胞，早期内皮祖细胞主要参与血液系统的发育和炎性免疫应答而无血管再生能力，能促进受损血管内皮的修复[3]；晚期内皮祖细胞通过增殖、迁移、黏附及基底膜基质形成而具有血管再生和血管新生的特性[4]。然而，目前无特异性的内皮祖细胞表达蛋白，大量研究发现CD34、CD133和血管内皮细胞生长因子受体2阳性(VEGFR-2+)细胞具有分化为成熟内皮细胞并促进血管形成的能力[5]。因此，通常采用CD34、CD133和VEGFR-2+鉴定内皮祖细胞。此外，无论是早期还是晚期内皮祖细胞均能吞噬稀释DIL标记的乙酰化低密度脂蛋白(DIL-ac-LDL)和结合异硫氰酸荧光素(FITC)标记的荆豆凝集素(FITC-UEA-Lectin)，故体外扩增培养的内皮祖细胞也可以用DIL-ac-LDL和FITC-UEA-Lectin鉴定。

2 内皮祖细胞在脓毒症中的机制研究

脓毒症是由于感染后所致的全身炎性反应，严重者出现脓毒性休克，导致多器官功能不全，是重症监护室和急诊室患者死亡的主要原因，预后极差[6-7]。脓毒症所致循环内皮功能的诸多免疫学事件，常伴有各种炎性因子和抗炎因子的释放。研究表明，血管内皮损伤，特别是微血管的损伤是创伤和严重脓毒症发生多器官功能障碍的首要原因[8-10]。广泛内皮功能不全可能使微血管丧失屏障功能，血管通透性增加，导致组织器官水肿，加重循环血流量不足，最终促进脓毒性休克的发生，出现多器官功能衰竭。

2.1 脓毒症中内皮祖细胞与血管内皮及内皮细胞的关系 由于血管内皮在脓毒症发病中占有重要地位，脓毒症患者临床预后取决于内皮的损伤程度，而内皮祖细胞能够分化为内皮细胞，促进受损内皮的修复[8]。已有研究证实，来源于基质膜的内皮祖细胞归巢能够维持血管内皮的完整性并促进血管修复、血管再生及血管新生[11]，而内皮祖细胞在血管受损后的再内皮化能力，亦与急性炎性反应有关[12]。KUNG等[12]发现，多器官功能障碍综合征(MODS)的发病进程可能与内皮祖细胞数量和功能的下降有关，而内皮祖细胞能否在体内分化为成熟内皮细胞直接影响MODS患者的预后。SCHLICHTING等[13]认为，内皮祖细胞在严重脓毒症病理过程中具有高分化增殖能力，从而可修复受损的内皮细胞，因此循环内皮细胞和内皮祖细胞水平能够提示脓毒症患者的预后，这为严重脓毒症患者内皮细胞的受损机制提供了新视野。

2.2 脓毒症中内皮祖细胞与促血管再生递质的关系 包括血管内皮细胞生长因子(VEGF)在内的各种促血管再生递质在血管再生和微血管渗出中具有重要作用，VEGF表达的下调降低了内皮祖细胞的功能[14]，因此VEGF促进内皮祖细胞动员和功能的增强在脓毒症的病理机制中具有重要作用。PATSCHAN等[9]研究认为，脓毒症的发生、发展与循环内皮祖细胞受损程度明显相关，增加内毒素含量可促进脓毒症相关性内皮祖细胞的动员而减弱其增殖能力，其机制可能与促血管再生递质，如VEGF、基质细胞源因子1(SDF-1)及血管紧张素Ⅱ(Ang-Ⅱ)等释放增加有关。PAI等[15]认为，静脉注射谷氨酰胺能增强脓毒症大鼠循环内皮祖细胞的动员并减少脓毒症所致的肺损伤，可能与谷氨酰胺对内皮祖细胞的动员作用与其促进趋化因子12(CXCL-12)、VEGF和一氧化氮(NO)的释放有关，同时通过调节血管紧张素-酪氨酸激酶免疫球蛋白表皮生长因子2轴平衡而改善血管功能，进而减轻炎性反应和肺组织受损。

2.3 脓毒症中内皮祖细胞与相关炎性细胞、炎性因子及激素等的关系 脓毒症患者常伴有肿瘤坏死因子(TNF)-α、白介素(IL)-1β、IL-6、C反应蛋白、白细胞等炎性因子和细胞的升高及IL-10水平的下降，同时由于炎性所致应激亦伴有血清激素水平的变化。MAYR等[16]通过对32例志愿者静脉注射低剂量(2 ng/kg)脂多糖造成早期急性炎性模型，发现早期急性炎性反应伴有循环内皮祖细胞数量的下降，其原因主要是脂多糖诱导的血清TNF-α水平的显著升高。FAN等[17]通过动物实验发现，SDF-1α有利于脓毒症动物内皮祖细胞的募集和循环内皮祖细胞数量的增加，增加巨噬细胞的IL-10合成，抑制肺血管渗漏，减少肝肾的损伤，并通过上调micRNA-126和micRNA-125b表达而改善内皮细胞功能和减轻炎性反应。GULDNER等[18]研究发现，扩增的内皮祖细胞在体内能够减少IL-1β、IL-6及TNF-α等炎性因子的释放而促进血清IL-10水平的升高，进而减少炎性反应所致的血管损伤和肺组织受损。ZAHRAN等[19]通过临床试验发现，脓毒症患儿循环内皮祖细胞数量与白细胞计数、序贯器官衰竭评估(SOFA)评分及C反应蛋白水平呈负相关，而与血清清蛋白水平呈正相关，同时认为结合循环内皮祖细胞数与上述指标能够提示脓毒症患儿的预后。同时，有研究发现，神经肌肉电刺激能够显著增强脓毒症患者循环内皮祖细胞的动员能力并改善患者预后，其机制可能与激素释放有关[20]。

3 移植内皮祖细胞对脓毒症的治疗

目前，临床对脓毒症的治疗主要依赖抗生素和液体灌注，特别是液体灌注在治疗过程中起重要作用，并在一定程度上能够减少血管内皮的损伤。事实上，药物的干预治疗加速了血管内皮的修复并促进受损器官和组织的血流恢复[21]，而严重脓毒症及脓毒性休克导致的MODS与循环内皮祖细胞数量和功能的下降有关[8,10,13,22]。因此，自体移植内皮祖细胞可作为一种新的治疗选择，为恢复缺血再灌注和改善器官功能提供了新的方向。

自体移植的内皮祖细胞可迁移至受损的器官和组织并促进血管内皮的修复而恢复血流，从而改善器官功能，减少MODS的发生[22]，显著降低创伤、感染、失血导致的病死率。GULDNER等[18]在脓毒症小鼠的研究中发现，移植间充质干细胞共孵育扩增的内皮祖细胞能够促进血管内皮的修复，减轻弥漫性肺损伤和减少MODS的发生，降低了脓毒症小鼠的死亡率。LAM等[23]发现，移植内皮祖细胞通过恢复肺内皮功能和保存肺泡毛细血管屏障而改善脂多糖诱导的急性肺损伤兔的换气功能。急性肺损伤兔经内皮祖细胞移植后动脉血氧分压显著提高，且肺动脉内皮依赖舒张反应得到恢复。MAO等[24]通过对脂多糖诱导的急性肺损伤小鼠静脉输入内皮祖细胞，发现植入的内皮祖细胞迁移至受损的肺组织，保护肺泡-毛细血管屏障的完整性，通过改善血管内皮功能和减轻炎性反应而减少急性肺损伤，降低死亡率。HU等[25]研究发现，移植的内皮祖细胞直接归巢至受损肺血管并保持肺血管内皮的完整性，且促红细胞生成素改善移植内皮祖细胞生存和增殖能力而促使内皮祖细胞归巢至受损部位，其修复功能的机制可能与PI3K/Akt上调有关。TIANHANG等[22]也发现，移植内皮祖细胞促进多器官功能修复的机制除改善血管内皮功能外，还与内皮祖细胞血管再生有关，移植后动物重要脏器(如心、肝、肾、肠、肺等)毛细血管密度明显增加。大量证据表明，移植循环内皮祖细胞能够迁移至器官或肢体的受损内皮而修复血管，同时通过诱导血管再生而恢复血流[23,26-27]。XU等[28]通过对脓毒症大鼠移植内皮祖细胞研究发现，内皮祖细胞不仅修复受损血管，而且，因其具有免疫调节作用而减少炎性细胞的渗出和黏附，从而减轻炎性反应，最终减少肺、肝、肾等多器官的损伤。FAN等[17]在研究中发现，盲肠结扎诱导的脓毒症小鼠24 h后循环内皮祖细胞数量下降，而通过外源性内皮祖细胞的补充可提高小鼠的存活率，提示提高循环内皮祖细胞的数量可显著改善脓毒症的预后。

4 内皮祖细胞对脓毒症治疗的展望

自体移植的内皮祖细胞通过动员、迁移、归巢至受损血管，稳定血管内膜，促进受损血管的修复和新生血管的形成，改善局部组织器官的缺血缺氧，减轻炎性反应，为脓毒症提供新的治疗方法。但是，由于内皮祖细胞自主的、无意识的增殖分化和凋亡，特别是在移植数小时后大量移植细胞的死亡限制了其临床应用。同时，大量的内皮祖细胞又有促进肿瘤血管形成及导致血管纤维化的风险，且移植后内皮祖细胞抗炎反应和血管修复的细胞分子机制亦不明确，故对移植细胞的数量控制及其抗炎和血管修复的机制仍需进一步研究。总之，随着对内皮祖细胞研究的不断深化，外周血内皮祖细胞的提取和体外诱导培养扩增将为内皮祖细胞的移植治疗提供更为充足的种子细胞，为脓毒症的干细胞治疗提供更为广阔的前景。

本文文献检索策略：

以关键词“Sepsis、Endothelial progenitor cells、Vascular repair、Treatment”检索PubMed数据库，以“脓毒症、内皮祖细胞、血管修复、治疗”检索万方数据知识服务平台，时间限定为建库至2016年4月，筛选内皮祖细胞在脓毒症中的机制及治疗的相关文献。

作者贡献：刘斌进行文章的构思与设计、进行文献整理、撰写论文；宾文凯负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责，监督管理；杨震进行论文的修订；吴小林进行文献收集。

本文无利益冲突。

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(本文编辑：吴立波)

Research Progress of Endothelial Progenitor Cells in Sepsis

LIUBin1,BINWen-kai1*,YANGZhen2*,WUXiao-lin1

1.DepartmentofEmergency,theAffiliatedNanhuaHospital,UniversityofSouthChina,Hengyang421000,China

2.DepartmentofCardiology,theFirstAffiliatedHospital,SunYat-senUniversity,Guangzhou510080,China

*Correspondingauthor：BINWen-kai,Chiefphysician;E-mail：syybwk@163.comYANGZhen,Associateprofessor;E-mail：yangzhen10710710@163.com

The endothelial progenitor cells promote vascular repair and neovascularization through their mobilization,migration and homing to the damaged area,proliferation and differentiation into endothelial cells and secretion of various cytokines when there are damages in vascular endothelium.It is well known that damages of vascular endothelium and steady state maladjustment of microcirculation are the main characteristics of sepsis.Recently,a growing number of studies have found that variations in numbers and function of circulating endothelial progenitor cells are often associated with sepsis,and such variations can not only used for the diagnosis and prognosis evolution of sepsis,but also provide new thoughts in stem cell treatment of sepsis.The paper aims to review the research and application of endothelial repair capacity of endothelial progenitor cells in sepsis,and provide new research directions of stem cell treatment of sepsis.

Sepsis;Endothelium,vascular;Endothelial progenitor cells;Vascular repair;Inflammatory response;Review

国家自然科学基金资助项目(31270992)；南华大学研究生科研创新项目(2016XCX49)

R 631

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.05.026

2016-05-18；

2016-11-11)

1.421000湖南省衡阳市，南华大学附属南华医院急诊科

2.510080广东省广州市，中山大学附属第一医院心血管内科

*通信作者：宾文凯，主任医师；E-mail：syybwk@163.com 杨震，副教授；E-mail：yangzhen10710710@163.com

刘斌，宾文凯，杨震，等.内皮祖细胞在脓毒症中的研究进展[J].中国全科医学，2017，20(5)：628-631.[www.chinagp.net]

LIU B,BIN W K,YANG Z,et al.Research progress of endothelial progenitor cells in sepsis[J].Chinese General Practice，2017，20(5)：628-631.