间充质干细胞抑制动脉粥样硬化机制的研究进展*

石婷, 张少衡， 韦建瑞

1暨南大学医学院附属广州红十字会医院心血管内科(广东广州 510220); 2广州市妇女儿童医疗中心(广东广州 510623)

心血管疾病已经上升成为全球发病率及病死率最高、有效寿命减少的首要原因，成为主要的公共卫生问题，产生了巨大的健康和经济负担[1]。动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是全世界心血管疾病的主要原因。动脉粥样硬化是一种慢性动脉疾病，目前普遍认可的发病机制为“内皮损伤反应学说”[2]， 即动脉对长期血脂异常、高血压、糖尿病、吸烟等危险因素损伤动脉内膜后做出的炎症-纤维增生性反应，包括血管脂质的积累、氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein cholesterol，oxLDL)产生、巨噬细胞活化和泡沫细胞形成、免疫系统激活、炎症和氧化应激的发生、内皮细胞激活等，最终动脉壁中产生特征性的动脉粥样硬化斑块。根据斑块的部位、血管闭塞的程度和速度，有不同的临床表现，主要包括缺血性心脏病、缺血性卒中和外周动脉疾病。目前，针对动脉粥样硬化的治疗主要集中在相关风险因素治疗如高脂血症、高血压等，而针对动脉粥样硬化的免疫反应和炎症相关的治疗较少，因此，研究免疫和炎症过程的调节将有较好的应用前景。间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是一类具有良好自我更新和多能分化特性，并具有免疫调节和抗炎作用的细胞，已报道可用于治疗免疫相关性疾病，如系统性红斑狼疮、克罗恩病、移植物抗宿主病[3]，许多基础研究及临床试验证明MSCs可减轻动脉粥样硬化。

1 MSCs的生物学特征

MSCs是中胚层成体干细胞的一种，具有多向分化和自我更新的潜能,国际上认为，MSCs最低标准需满足3个条件：第一，细胞在标准培养条件下呈贴壁生长；第二，MSCs必须特异性表达CD105、CD73和CD90，而缺乏CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79α或CD19和HLA-DA表面分子表达；第三，必须在体外分化为成骨细胞、脂肪细胞、成软骨细胞[4]。

2 MSCs抑制动脉粥样硬化

随着对MSCs的深入研究，人们已经越来越多地认识其对自身免疫性和炎性疾病的抗炎和免疫调节作用。MSCs能够与各类型的免疫细胞相作用，影响先天免疫系统和适应性免疫系统，影响炎症过程[5-6]。动脉粥样硬化是一种炎症性疾病,无论是先天性免疫还是适应性免疫应答均在动脉粥样硬化中起重要作用[7]。目前普遍认为，MSCs主要通过对免疫细胞的作用调节发挥免疫调节作用，影响脂代谢过程及调节内皮细胞功能，减轻动脉粥样硬化，目前尚无直接证据表明其通过直接作用减轻动脉粥样硬化[8]。

2.1 MSCs的免疫调节作用

2.1.1 MSCs与巨噬细胞 巨噬细胞在内膜中积聚，导致泡沫细胞的形成，后者分泌许多炎性细胞因子，它们是动脉粥样硬化发病机制的关键参与者。巨噬细胞被分为两种表型，其中M1巨噬细胞，也称为经典活化的巨噬细胞，在组织损伤早期被γ干扰素(IFN-γ)、脂多糖和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)激活，表现促炎表达谱；稍后由IL-4和IL-13激活，呈现M2表型，显示出抗炎表达谱[9]，通过改变巨噬细胞的表型，可调整机体的免疫状态。研究人员在体外试验中将MSCs与巨噬细胞直接共培养，发现MSCs阻止脂多糖刺激的巨噬细胞分化成M1表型，使M1巨噬细胞的特异性标志物CD11c的表达降低和释放的炎性细胞因子水平降低[10]。而近期的一项研究中，也有人将巨噬细胞和MSCs共培养后发现，巨噬细胞表达指示抗炎“M2”表型的基因[11]。Zhang等[12]将人牙龈衍生的MSCs输注载脂蛋白E基因敲除(apoE-/-)小鼠体内，发现MSCs可以抑制M1巨噬细胞的表达并促进M2巨噬细胞的表达，改变M2 / M1之间的平衡，进而减轻动脉粥样硬化，并发现吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)信号和CD73信号在MSCs对巨噬细胞分化的调节起部分作用。

除了调节巨噬细胞的极性外，MSCs还通过其他机制影响巨噬细胞。近年在对动脉粥样硬化的研究中发现通过向apoE-/-小鼠中注射皮肤来源的MSCs，发现其优先被转运至斑块，并且向巨噬细胞迁移，减弱动脉粥样硬化的斑块大小，这可能是通过增加释放前列腺素E2，作用于EP2和EP4受体，刺激了抗炎细胞因子白细胞介素(IL)-10的释放和炎症因子TNF-α和IL-1β的释放，从而发挥巨噬细胞的免疫抑制作用[13]。MSCs可减少巨噬细胞向病变的募集和改善局部巨噬细胞的吞噬功能[12]。

2.1.2 MSCs与T细胞 动脉粥样硬化的发展受促炎效应T细胞和抗炎调节T(Treg)细胞之间的平衡的影响，致动脉粥样硬化的主要子集是Th1型，Treg细胞为表达转录因子Foxp3的CD4+CD25+T细胞，通过抑制IL-10和转化因子-β(TGF-β)等抗炎因子的分泌和抑制效应T细胞产生，持续抑制炎症反应,发挥其抗动脉粥样硬化作用[14]。MSCs增加Treg细胞数量和增强Treg细胞功能。有研究者将人MSCs和纯化的CD4+T细胞行直接共培养发现，可升高FoxP3和CD25的mRNA和蛋白表达水平[15]。Melief等[16]的研究也得出同样的结果，并认为MSCs可通过分泌TGF-β1的直接途径，也通过单核细胞向抗炎性型巨噬细胞分化的间接途径，促进Tregs的生成。此外，人类CD4(+)淋巴细胞和MSC共培养物中，MSCs的Toll受体(TLR3或TLR4)的活化增强Treg的产生，而TLR3和TLR4基因沉默则消除这一效应[17]。但是进一步研究发现，CD4+T细胞数量虽轻度下降，但其T分化能力则显著受抑制[18]，这表明影响Treg细胞数量变化可能存在其他机制。有研究发现，给小鼠全身输注骨髓MSCs，可通过Fas配体依赖性Fas途径诱导T细胞凋亡，巨噬细胞随后可摄取凋亡T细胞的碎片并释放TGF-β，增加Treg细胞产生，导致免疫耐受[19]。因此，目前研究表明MSCs可能通过多种潜在机制上调Treg细胞，发挥免疫抑制作用，减轻动脉粥样硬化，但是具体机制仍需研究人员进一步探究。

2.1.3 MSCs与树突状细胞 树突状细胞(dendritic cells，DC)主要作为抗原提呈细胞，激活T细胞，后者可产生IFN-γ、TNF-α等强烈致动脉粥样硬化的炎性细胞因子，进而产生持续的炎症反应，是早期和晚期动脉粥样硬化损害部位的主要成分。按阶段分为未成熟树突状细胞(immature dendritic cells，iDC)阶段、完全成熟树突状细胞阶段，和处于两者之间的半成熟树突状细胞阶段，iDC的成熟过程上调了CD80和CD86，进而表现免疫原性[20]。研究表明iDC通过启动细胞凋亡和诱导调节性T细胞，抑制效应T细胞的炎症反应，而成熟DC则支持幼稚T细胞向致动脉粥样硬化的效应细胞的分化，促进免疫反应[21]。简而言之，iDC起抗粥样硬化作用，成熟DC起致粥样硬化作用。

目前普遍认为，MSCs可使DC数量减少，及抑制DC的分化、成熟和功能。MSCs的存在情况下，DC对诱导成熟信号的反应能力受损，其机制可能通过减少促炎性细胞因子(TNF-α和IL-12)的表达，并增加抗炎细胞因子TGF-β和IL-10的表达[22]。Zhang等[23]则发现MSCs可以促进DC的增殖，显着降低其Ia、CD11c、CD80、CD86和CD40的表达，同时增加CD11b表达，使其趋于不成熟状态[23]。有研究发现，慢性粒细胞白血病患者骨髓来源的MSCs可以诱导DC分化为不同的调节群体，与iDC类似，显示出强大的吞噬能力，诱导T 细胞的免疫无反应性，通过TGF-β1诱导调节细胞或T 细胞的无反应性，抑制T细胞的增殖[24]。Aldinucci等[25]研究则显示小鼠MSCs可通过损害Toll样受体-4信号转导而诱导DC活化，阻碍抗原呈递，抑制细胞因子分泌，阻止了骨髓来源DC的成熟。有研究提出MSCs通过干扰细胞骨架结构形成来调节DC功能，不能与T细胞发生有效的免疫突触，进而抑制免疫反应[26]。

2.2 MSCs与脂代谢 在正常脂代谢过程中，大部分血浆低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)由LDL受体介导的内吞途径降解，其余主要由网状内皮细胞系统的巨噬细胞介导的清道夫受体(scavenger receptor，SR)途径及周围组织非受体介导途径清除。研究表明，巨噬细胞表面的SR摄入oxLDL-C，形成泡沫细胞，是动脉粥样硬化的限速步骤。MSCs可通过影响巨噬细胞进而影响血脂代谢。研究人员将MSCs移植到LDL受体敲除小鼠体内，可诱导动脉粥样硬化，发现血清极低密度脂蛋白胆固醇(VLDL-C)水平降低了33%，且该影响仅在治疗后4～5周出现，这表明MSCs的作用可能是间接的，进一步发现这可能通过抑制库普弗细胞活化，降低硬脂酰辅酶A去饱和酶-1和脂蛋白脂肪酶的表达，影响肝脏脂肪的生成[18]。MSCs还可通过调节清道夫受体如ABCA1、CD36和SRA1的表达影响巨噬细胞中的脂质稳态，抑制泡沫细胞的形成，从而减少斑块大小和脂质沉积[27]。MSCs可增加抗炎因子IL-10的表达，改变巨噬细胞的脂质代谢能力,促进胆固醇摄取和胆固醇逆向转运[28]。

2.3 MSCs与内皮细胞 内皮功能障碍被认为是动脉粥样硬化的最早变化。MSCs可通过修复患病的内皮细胞和改善内皮功能治疗动脉粥样硬化。体外和体内研究表明，MSCs通过激活p38 MAPK途径分泌IL-8，或旁分泌巨噬细胞炎性蛋白-2(MIP-2)，对oxLDL处理的内皮细胞发挥保护作用[29]。持续的内皮细胞活化导致炎性疾病的机体损伤，MSCs也可保护内皮细胞免受单核细胞黏附和内皮细胞增殖引起的炎症激活[30]。培养人羊膜MSCs发现，培养后的细胞具有成血管特性，但下调促血管因子、上调抗血管生成因子，阻止MSCs向成熟内皮细胞分化，并增强内皮细胞的活性，稳定内皮网络形成[31]。

3 展望

MSCs可有效预防和治疗动脉粥样硬化。许多研究证明，MSCs可有效治疗缺血性心脏病、缺血性卒中和外周动脉疾病等动脉粥样硬化性疾病[32-34]。但仍存在许多争论，如MSCs治疗动脉粥样硬化的机制尚未完全阐明；临床MSCs移植的患者样本少，并不能确切地得出其安全性结论；还有其移植的最少和最大细胞数量、移植效果时间、最佳注射途径等尚无统一定论。虽然MSCs移植作为动脉粥样硬化的新方法，具有潜在的应用前景，但仍有许多科学问题有待进一步探讨。