间充质干细胞治疗放射性肺损伤研究进展

孙 月， 王东辉

北部战区总医院 医学信息数据室，辽宁 沈阳 110003

放射治疗是胸部晚期恶性肿瘤治疗的主要方法，而放射性肺损伤是放射治疗过程中较常见的并发症。放射性肺损伤发生早期主要表现为放射性肺炎，若治疗不及时，会发展为放射性肺纤维化。肺纤维化一旦形成，损伤不易逆转，表现为胸闷、气短、干咳以及呼吸困难等，严重影响患者的生活质量和生存时间。由于放射性肺损伤的发生，使胸部肿瘤放射治疗的有效剂量受到限制。目前，临床上治疗放射性肺损伤主要应用抗生素、激素、抗组胺类药物以及一些中医药疗法，这些方法主要通过抑制炎性因子的释放和表达，减轻临床症状，延缓放射性肺纤维化的发展进程，但无法修复已经受损的组织[1]。间充质干细胞是一种具有多向分化潜能及自我更新能力的多能干细胞，其可促进组织再生，调节免疫功能，且易于体外培养和增殖，使其成为近年来医学研究的热点之一[2-3]。本文对不同组织来源间充质干细胞治疗放射性肺损伤的研究进展作一综述，旨在为临床治疗提供参考依据。

1 放射性肺损伤的特点及发病机制

放射性肺损伤是胸部恶性肿瘤患者(食管癌、肺癌、乳腺癌等)接受放射治疗时，其正常肺组织受到射线照射而引起的损伤，是放射治疗过程中较常见的并发症。在胸部肿瘤放射治疗中，放射性肺损伤的发生率约为15%[4]。放射性肺损伤的发生、发展是由多种细胞因子共同调控的复杂过程。其病程包括早期放射性肺炎和晚期肺纤维化两个阶段。早期放射性肺炎的发生始于炎症急性期，患者肺部受到电离照射后，可诱导组织细胞产生活性氮和活性氧物质，其作用于肺泡巨噬细胞、上皮细胞、成纤维细胞及血管内皮细胞等，从而引起肺组织损伤相关性反应，并分泌多种细胞炎性因子、促纤维生长因子及趋化因子等[5]。该阶段的病理检查可见肺泡壁上皮细胞脱落、炎症细胞浸润以及肺泡蛋白渗出等；临床症状表现为咳嗽、发热、浓痰以及胸痛等[6]。肺内受损细胞释放的大量细胞因子，可刺激成纤维细胞的增殖和分裂，从而导致大量胶原蛋白的合成、沉积，最终形成放射性肺纤维化[7-8]。肺实质的纤维病变形成后，其临床症状可表现为干咳、胸痛、胸闷及呼吸困难等[6]。有研究显示，转化生长因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)与放射性肺损伤的发生、发展密切相关，可预测其发生的独立危险因子[9]。TGF-β/Smads信号通路的激活在肺纤维化形成过程中起关键作用[10].因此，放射性肺损伤是以电离辐射为诱因，多种细胞共同参与、相互作用，致使肺组织细胞发生炎性损伤、成纤维细胞大量积累、肺泡结构遭到破坏的复杂过程[11]。

2 治疗放射性肺损伤间充质干细胞的来源及特性

2.1 间充质干细胞的来源 间充质干细胞是一类来源于中胚层的多能干细胞，其广泛存在于全身器官间质及结缔组织中[12]。间充质干细胞最初在骨髓中被发现，因其具有自我增殖的多向分化潜能、低免疫原性、来源丰富、可进行免疫调控等优点而备受关注。有研究显示，在脐带血中发现的间充质干细胞免疫表型与脊髓中的相同[13]；另外，外周血、脂肪组织亦是间充质干细胞的重要来源，从人体脂肪组织中分离培养的间充质干细胞表面抗原与骨髓相似，且在一定条件下，诱导分化方向与骨髓间充质干细胞移植相似，外周血产生的为非融合贴壁细胞，且其表面标志为造血细胞，但外周血来源的间充质干细胞数量有限[14-16]。

2.2 间充质干细胞的特性 干细胞是机体的始祖细胞，可形成人体的各种组织和器官。间充质干细胞是干细胞家族的重要成员，其主要来源于骨髓，且可通过特定条件诱导分化为多种组织和器管。间充质干细胞有以下特点：(1)间充质干细胞具有较强的增殖及自我分化潜能，在特定的环境下可分化为肝细胞、心肌细胞、神经细胞、成骨细胞及软骨细胞等，替代衰退、受损的细胞和组织。(2)免疫原性低，无主要组织相容性复合物限制，不会引起免疫排斥反应，且可通过细胞间作用产生细胞因子，抑制炎症反应，发挥其免疫调节作用。(3)来源广泛，易于获取，分离培养方法简单，且多次传代扩增后仍具有干细胞特性。鉴于间充质干细胞的多种特性，使其广泛应用于自身免疫性疾病以及无法自然修复组织和器官损伤再生的临床治疗。但间充质干细胞取得了一定疗效的同时，仍存在肿瘤发生风险、自体间充质干细胞体外扩增能力差异较大，以及体外扩增需要培养时间等问题亟待解决。

3 不同来源干细胞治疗放射性肺损伤机制及应用前景

间充质干细胞治疗放射性肺损伤具有其独特优势，可通过多向分化潜能及免疫调节功能参与放射性肺损伤的修复，并在抗炎与抗纤维化等方面发挥重要作用[4，17-20]。虽然间充质干细胞治疗放射性肺损伤的临床应用较少，但其在放射性肺损伤动物模型中应用已取得了较佳的效果，以间充质干细胞治疗为核心技术再生医学的发展未来将给放射性肺损伤患者带来了新的希望。目前。间充质干细胞已成功从骨髓、脐带、脂肪等组织中分离，并进行体外扩增培养。虽然不同来源的间充质干细胞有相似的特点，但仍存在一些差异，在治疗放射性肺损伤的临床疗效方面今后仍有待进一步研究。

3.1 骨髓间充质干细胞治疗放射性肺损伤 骨髓间充质干细胞不仅具有多向分化潜能，还支持造血和免疫功能，是骨髓中存在的一类非造血干细胞。骨髓中的间充质干细胞含量较低，占有核细胞总数的0.001%～0.010%，但其易于体外分离、培养、扩增和纯化[21]。有研究显示，在博来霉素诱导的小鼠肺损伤模型中，受损肺组织分泌的可溶性因子可诱导骨髓间充质干细胞的归巢[22]。另有研究证实了骨髓间充质干细胞对放射治疗后受损肺组织的归巢作用[23]。电离辐射可产生自由基，损伤细胞膜和DNA。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是机体超氧自由基的消除因子，具有强抗氧化作用，可通过测定其活性间接反映其消除超氧自由基的能力。有研究表明，骨髓间充质干细胞可通过提高SOD活性治疗放射性肺损伤[23]。另外，电离辐射亦可直接破坏DNA结构，使DNA双链断裂[24]。有研究表明，骨髓间充质干细胞可高效修复DNA双链损伤[25]。肺组织受到电离辐射的损伤后，会分泌干扰素γ(interferon γ，IFN-γ)、肿瘤坏死因子等多种炎性因子。当IFN-γ、TNF-α明显增加时，骨髓间充质干细胞可分泌细胞色素氧化酶2(cytochrome oxidase，COX-2)，而COX-2可抑制TGF-β1诱导的上皮间质转化(epithelial mesenchymal transition，EMT)，从而减缓肺组织纤维化进程[26]。另有研究显示，骨髓间充质干细胞可通过上调细胞因子的表达，刺激上皮细胞的增殖，抑制上皮细胞的EMT，从而减轻肺组织损伤[27]。TGF-β1是人类转化生长因子(transforming growth factor β，TGF-β)家族成员。TGF-β家族成员参与细胞分化、凋亡、迁移等的调节，在早期胚胎发育、组织器官形成等生理过程中发挥重要作用。有研究证实，骨髓间充质干细胞治疗能减轻放射性肺损伤小鼠肺组织损伤和纤维化程度，降低TGF-β1水平，并推测其可能抑制了TGF-β/Smad信号通路的激活，且在观察时间内，未发现其心、肝、肾等重要器官的损伤[23]。

3.2 人脐带间充质干细胞治疗放射性肺损伤 脐带间充质干细胞是以新生儿脐带组织中存在的一种多能干细胞，具有多向分化潜能，并在免疫炎症反应、造血支持等功能上起重要调节作用。有研究显示，脐带间充质干细胞与骨髓间充质干细胞具有相似的生物学特性，但较骨髓间充质干细胞具有更高的增殖能力，且免疫原性更低[28]。脐带间充质的组织来源丰富，且不会给捐赠者带来不适，无伦理道德争议，在再生医学领域具有广泛的应用前景。有研究显示，脐带间充质干细胞治疗放射性肺纤维化，可改善患者的临床症状、CT肺密度值以及圣乔治呼吸困难评分，且未发现其对肝、肾功能以及骨髓造血功能的不良反应，分析其可能是通过降低TGF-β1的分泌，从而降低肺纤维化程度[29]。另有研究显示，人脐带间充质干细胞可能通过抑制单核巨噬细胞分泌白细胞介素1(interleukin 1，IL-1)，从而减轻放射性肺损伤的严重程度[30-31]。有研究通过miRNA-seq测序和生物信息学分析脐带间充质干细胞治疗放射性肺纤维化相关度较高的miRNA为mmu-miR-466i-3p、mmu-let-7f-1-3p、mmu-miR-450a-2-3p，并且获得了与脐带间充质干细胞改善放射性肺纤维化进展相关的蛋白及通路，推测脐带间充质干细胞治疗放射性肺纤维化可能是通过mmu-miR-466i-3p、mmu-let-7f-1-3p、mmu-miR-450a-2-3p的表达，从而使蛋白Prkcb、Prkca、smad2表达发生改变，导致丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、P13K-Akt、Wnt、TGF-β、mTOR以及细胞外基质(extra cellular matrix，ECM)通路被抑制[32]。

3.3 自体脂肪间充质干细胞治疗放射性肺损伤 脂肪来源的间充质干细胞即脂肪间充质干细胞是具有多向分化潜能的干细胞，其来源丰富，易于取材，对机体创伤性小，且受供体年龄的影响较小，自体移植无伦理道德争议，免疫原性低。有研究显示，每毫升吸脂剂中干细胞数量较骨髓中高约8倍，且增殖分化能力稳定[33-34]。有研究显示，脂肪间充质干细胞能够迁移到受损肺组织，参与肺损伤的修复，干预基质金属蛋白酶的表达，且可降低肺损伤及纤维化形成中主要细胞因子肿瘤细胞坏死因子(tumor necrosis factor α，TNF-α)、血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)以及IL-1等的表达[35]。亦有研究发现，人脂肪间充质干细胞可通过分泌肝细胞生长因子(hematopoietic growth factor，HGF)保护Ⅱ型肺泡上皮细胞免受辐射[36]。另有研究显示，人脂肪间充质干细胞分泌的HGF可能通过结合c-Met以增加细胞内Smad7水平，并依赖PI3K/Akt/p70信号通路上调肺损伤部位基质金属蛋白酶(matrix metallo proteinase,MMP)-1、MMP-3和MMP-9表达水平，从而抑制EMT[37]。目前，关于脂肪间充质干细胞治疗放射性肺损伤的相关研究较少，大多数研究仅基于动物模型，临床应用效果仍有待进一步分析。但随着研究的不断深入，脂肪间充质干细胞有望成为治疗放射性肺损伤较好的种子细胞。

4 结语

放射性肺损伤是通过电离辐射诱导多种细胞因子共同参与的复杂过程。目前间充质干细胞治疗放射性肺损伤的具体机制尚未完全清楚，但其可降低炎症反应，延缓肺组织纤维化进程，参与受损组织的修复，可作为放射性肺损伤治疗的重要靶细胞。但间充质干细胞的来源不同，给药方式、剂量以及途径均可能会对疗效产生影响，未来尚需大量的研究进一步探讨。