骨髓间充质干细胞治疗脓毒症相关性器官损伤的研究进展

尹云玉 修光辉 凌斌 孙洁

作者单位：650021 云南昆明，昆明医科大学第四附属医院重症医学科

脓毒症一直是医疗界的难题，尽管目前有良好的监护措施和诊断方法，但近数十年来，脓毒症的发病率仍居高不下，病死率高达25%～30%，发展为脓毒性休克的患者的病死率高达40%～50%[1]。脓毒症病因较多，感染、创伤、休克等均可诱发。脓毒症爆发后，机体呈现出炎性因子大量释放、免疫功能紊乱、凝血功能异常的状态，甚至诱发脏器的损伤，包括脑、肺、心、肝、肾等重要脏器的损伤。若不及时合理采取治疗措施，可发展为多器官功能障碍综合征，增加治疗难度。

BMSCs来源于骨髓，是一种区别于造血干细胞的多能干细胞。BMSCs不仅具有干细胞自我复制和多向分化的能力，更具有低免疫原性的特性，因此移植BMSCs用于治疗疾病得到医学研究者的关注。既往大量研究显示，BMSCs能有效修复创伤、毒物、缺血性疾病、免疫性疾病等引起的器官损伤，改善器官功能。有研究发现，BMSCs能高效表达肿瘤坏死因子α-1受体（sTNFR1），阻断炎性因子TNF-α的作用，降低血清促炎因子IL-1、IL-6的水平，减轻脓毒症相关性凝血功能障碍。另外，BMSCs还能迁移归巢至受损组织或脏器，参与其修复，降低脓毒症死亡率[2，3]。有学者发现，BMSCs可减轻不同类型的脓毒症动物模型的器官损伤，其治疗效果应尤其体现在对受损的肺、肾、肝[4]。本研究就近年来BMSCs治疗脓毒症相关性器官损伤的相关报道作一综述。

1 肺损伤

肺部血流丰富，毒素、细菌容易到达肺部，因此，肺是脓毒症患者较常见的受损脏器之一。同理，静脉移植的BMSCs也容易归巢至肺部，发挥其治疗作用，修复受损肺组织。脓毒症相关性肺损伤动物的肺部往往出现肺大泡、肺间隔增厚、炎性细胞浸润、肺间质充血水肿、肺泡腔内透明膜形成等病理改变。及时给予BMSCs移植治疗，可明显降低肺大泡发生率，减轻肺间质充血水肿，减少炎性细胞浸润数量，增加肺部气体交换率[5]。BMSCs对肺损伤的治疗机制为：①上调受损肺部Claudin-4的表达水平，预防肺水肿[6]；②表达表面活性蛋白质-C（SP-C），保护肺泡上皮和内皮细胞屏障，提高肺泡结构的稳固性[6,7]；③减少胶原纤维形成，减轻肺纤维化[8]；④归巢至肺损伤炎症反应明显的肺组织和气管组织区域 ，并分化为肺泡I型上皮细胞、肺泡Ⅱ型上皮细胞和肺血管内皮细胞，参与受损组织修复[9]；⑤减弱肺泡巨噬细胞活性，抑制巨噬细胞向I型巨噬细胞极化，使其促炎细胞因子巨噬细胞炎性蛋白-2表达减少，进而减少中性粒细胞浸润[7,10]；⑥增强体内超氧化物歧化酶（SOD）的活性，抑制丙二醛（MDA）和髓过氧化物酶（MPO）生成，从而达到抗氧化、清除氧自由基的效应,保护肺组织[11]。脓毒症相关性肺损伤发病机制复杂，不仅涉及多种炎性介质和效应细胞，也作用于复杂的信号通路网。BMSCs的治疗作用与抑制NF-κ B信号通路和Wnt信号通路也有一定联系[12,13]。

2 肝损伤

肝是体内参与代谢、合成、解毒等过程的重要脏器，易受病原体、药物、毒物、自身免疫性疾病累及，轻者表现为肝损伤，重者可出现肝功能衰竭。脓毒症患者往往发生继发肝损伤，严重影响机体代谢、合成、解毒功能，甚至威胁患者生命。脓毒症相关的肝损伤往往表现为过度的炎性反应，肝功能的受损及肝细胞的凋亡，且呈现出不同程度的肝功能障碍。临床上治疗多以抗炎、保肝等对症治疗为主，但疗效有限。脓毒症小鼠肝脏病理切片显示，库普弗细胞显著增生，肝窦充血，肝细胞空泡样变性，肝汇管区大量炎性细胞浸润[14]。

目前，国内外有大量关于BMSCs治疗脓毒症相关性肝损伤的实验研究，得到了对临床应用具有参考价值的研究成果。对脓毒症小鼠血液检测发现，肝功能指标AST、ALT显著升高，而BMSCs治疗后两项指标水平较常规治疗组降低，白蛋白水平增加，提示BMSCs具有保肝功能，且优于常规治疗法。BMSCs移植治疗可明显提高脓毒症小鼠生存率，差异有统计学意义[14]。肝损伤动物给予BMSCs静脉移植后，血清活化的caspase-3水平降低，肝细胞凋亡减少，而生存素（survivin）基因、细胞外调节蛋白激酶（ERK）基因表达水平增加[15,16]。这两者的表达产物分别抑制细胞凋亡、调节细胞有丝分裂，此效应有利于肝损伤后细胞修复。此外，BMSCs可降低体内炎性介质HMGB1水平、增加血红素加氧酶1（HO-1）的水平、减少多形核中性粒细胞（Polymorphonuclear neutrophil，PMN）的渗入等作用，发挥了重要的抗炎和抗凋亡功能，并促使肝细胞再生，延缓病情进展[13,17]。You等[18]发现，BMSCs分泌的前列腺素E2（PGE2），抑制库普弗细胞活性，对过度的炎性反应起到抑制效应。已有大量研究表明，BMSCs分泌的细胞外囊泡具有重要的生理功能，其中富含Y-RNA-1，可参与肝损伤的修复，保护肝细胞[19]。受损后的肝脏可发生纤维化，影响其功能恢复，BMSCs分泌的BMP7，抵消转化生长因子β1（TGF-β1）的作用，抑制肝纤维化[20]。

3 心肌损伤

脓毒症发生后，严重的促炎和抗炎因子的失衡，可引起心肌功能受损，甚至出现心力衰竭。心脏彩超发现，脓毒症大鼠左室舒张末压显著升高，心脏排血异常。血液检测显示，CK-MB及cTnI显著升高。电镜结果提示，脓毒症造模成功后，线粒体肿胀、破碎、形成空泡。心肌纤维则排列紊乱，肌丝断裂、肌节破坏，最终出现心肌功能抑制[21]。脓毒症患者往往具有高水平的TNF-α及IL-1,这两者抑制心肌收缩，激活JNK和NF-κ B相关的炎性反应，产生氧自由基，损伤心肌[22]。过度的炎症反应、脂质过氧化等也是脓毒症大鼠心脏功能受损的重要原因。间充质干细胞可以通过抑制过度炎症反应、减轻脂质过氧化损伤等改善脓毒症大鼠的心脏功能[23]。BMSCs治疗脓毒症相关性心肌损伤的动物，可作用于调控与心肌收缩、血管平滑肌收缩及舒张相关的基因表达，治疗心肌损伤，增强心脏射血能力[24]。保证以冠状动脉为主的血管的血供，是维持心脏功能及心肌存活的关键，丰富的血供也有利于受损后脏器营养和药物的供给。BMSCs可以通过增加受损后心肌血管增生，促进损伤后心肌修复[25]。 脓毒症相关性心肌损伤伴有机体免疫反应异常，BMSCs通过激活mTORC2-Akt信号通路，阻断mTORC1-p70S6K信号通路，调节免疫反应，减轻脓毒症相关性心肌损伤[26]。

4 肾损伤

肾脏是人体重要的排泄器官。在各种致病因子的作用下，肾小球和肾小管发生结构和（或）功能的损伤。脓毒症相关性肾损伤往往出现肾小球毛细血管扩张、充血，肾小管上皮细胞水肿、空泡样变性或者颗粒样变性，近端肾小管刷状缘脱落，肾小管损伤评分升高。用LPS诱发小鼠脓毒症相关性肾损伤，予以BMSCs治疗后，小鼠生存率增加，肾功能得以改善[27]。研究表明，BMSCs能在不同程度上降低肾损伤大鼠的BUN和Scr水平，降低急性肾小管坏死评分，保护急性肾损伤相关的小管旁毛细血管改变，如内皮细胞的异常、白细胞漏出、低内皮细胞密度等[21，28]。近年来发现，BMSCs分泌的胞外囊泡（MVs）可改变器官局部和系统的微环境。在急性肾损伤动物模型体内，囊泡内部分因子可诱导小管细胞增殖，促使肾小管再生，促进急性肾损伤修复。在IRI期（缺血再灌注损伤期），单独注射纯化的MVs能预防急性肾损伤和慢性肾损伤，可预防急性肾损伤发展为慢性肾损伤[29]。郎宏等[30]发现，BMSCs可阻断TGF-β1/Smad3信号通路，降低PAI-1蛋白的表达，减少细胞外基质的累积，平衡纤溶系统，抑制损伤肾纤维化，最终改善肾功能，提高脓毒症患者的生存率。

5 肠损伤

肠道具有发达的血管网，脓毒症患者往往出现肠道功能异常，如肠道炎症，增加治疗难度。脓毒症相关性肠损伤往往伴有肠道通透性增加，可导致体内酸碱平衡紊乱，肠道菌群异位，最终诱发全身性的炎性反应，牵连其它脏器，加重病情。而BMSCs治疗可明显降低这种通透性。病理切片显示，脓毒症相关性肠损伤小肠绒毛减少或断裂，腺体减少，柱状上皮坏死，炎性细胞渗出增多，出现功能障碍。BMSCs移植治疗则可增加绒毛长度，减轻炎症，保护肠道屏障功能[27]。有学者发现BMSCs可通过TGF-β受体信号通路，作用于巨噬细胞，缓解肠道炎症[31]。BMSCs也可增加小肠水孔蛋白1（AQP1）的表达，保护小肠毛细血管内皮屏障[32～34]。

6 展望

干细胞治疗疾病是目前较热门的研究方向，具有较大的应用潜能，为脓毒症治疗带来了希望。BMSCs治疗脓毒症的研究取得了一些进展，其修复受损脏器的作用也得到肯定。但BMSCs在体内是否充分发挥其治疗效应还不得而知，有无更有效的方式促使其归巢并发挥治疗作用还需要进一步探讨。目前的研究多局限于动物实验和细胞实验，离临床应用的道路还很漫长，相信随着对干细胞研究的深入，脓毒症患者将受益于BMSCs移植。