间充质干细胞治疗缺血性胆道损伤的研究进展

代鑫 程龙 王强 骆助林 汪涛

缺血性胆道损伤（ischemic-type biliary lesion，ITBL）是指各种致病因素造成的胆道血供中断而引起的局灶性或弥漫性胆道损伤[1]，广泛存在于肝移植、胆道手术、经肝动脉灌注化学药物治疗（化疗）和部分内科疾病中。ITBL在临床上主要表现为胆道铸型、胆道狭窄或扩张、肝内胆汁瘤形成，在疾病的后期，甚至会出现瘙痒和黄疸，并可能发展为肝衰竭。目前对于ITBL的治疗常以内镜治疗为首选，对于常规疗法无效的ITBL，治疗手段及疗效十分有限，唯一的根治性治疗手段是进行肝移植。

间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）作为干细胞家族的重要成员，不但具有自我更新及多向分化潜能，如分化为多个谱系的细胞，包括软骨细胞、脂肪细胞以及外胚层和内胚层细胞等[2]，还具有促血管形成、抗炎、抗凋亡以及免疫调节等特性[3-6]。MSC的异体移植作为一种新型的细胞治疗方法，在各类疾病中的治疗作用已被广泛研究，具有广阔的临床应用前景。目前MSC移植已在一些疾病中成功开展并取得了较好疗效，如肺移植缺血-再灌注损伤、急性胰腺炎、心肌梗死、肝硬化、肾纤维化等[7-11]。近年来，MSC在治疗ITBL方面也取得了一些进展，研究发现MSC移植到ITBL动物模型后，不但可归巢到损伤区域，而且可通过抗炎、抗凋亡及促血管新生作用等促进胆道组织的修复。本文就MSC治疗ITBL的研究进展做如下综述。

1 MSC的生物学特性

1.1 增殖与多向分化潜能

MSC来源于中胚层，具有干细胞的自我更新能力和多向分化潜能。MSC增殖能力强，在特定的诱导条件下，可分化为软骨、骨、骨骼肌、脂肪等多种细胞类型[12-14]。

1.2 归巢特性

归巢是MSC在目标组织的脉管系统中被捕获，穿过血管内皮细胞迁移至目标组织的过程，是干细胞对损伤组织发挥修复作用的重要条件[15]。组织在缺血、缺氧等损伤时释放趋化因子、黏附分子、生长因子和酶，如基质细胞衍生因子（stromal cell derived factor，SDF）-1、粒细胞集落刺激因子、单核细胞趋化蛋白等，它们与MSC上相应受体结合介导MSC迁移归巢于损伤区域[16]。

1.3 低免疫原性

MSC表面表达 CD105、CD90、CD73受体及主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）Ⅰ类分子，MHC Ⅱ类分子表达极低， 而 CD45、CD34、CD14、CD11b、CD79a或CD19则不表达[17]。此外，MSC也不表达共刺激因子CD80、CD86及CD40等[18]，因此MSC具有低免疫原性，不会激发免疫应答及移植排斥反应。

1.4 免疫调节特性

大量研究表明，免疫调节作用则是由MSC分泌的各种细胞因子，如转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β、 吲 哚 胺 2，3-双 加 氧 酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）或外泌体与各种免疫细胞相互作用产生的，包括参与先天免疫的细胞[树突状细胞（dendritic cell，DC）、自然杀伤（natural killer，NK）细胞、中性粒细胞和巨噬细胞]和获得性免疫的细胞（B细胞和T细胞）[19-20]。

1.5 促血管形成特性

MSC通过旁分泌作用分泌大量促血管生长因子，如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管生成素（angiopoietin，Ang）-1、酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor，Tie）-2、SDF-1等促进血管新生，从而促进损伤组织的修复[21]。研究表明，在特定条件下，MSC亦可直接分化为血管内皮细胞促进血管生成[22]。

2 MSC治疗ITBL的机制

2.1 MSC特异性归巢组织损伤部位

MSC具有向损伤部位归巢的特性，当组织损伤后，静脉或局部注射外源性MSC，其将以有限的效率优先向损伤组织区域归巢，从而发挥治疗作用[23]。如吕俊生等[24]将BrdU示踪剂标记的同种系小鼠骨髓单个核细胞悬液均匀注射于环绕缺血胆道的大网膜周围，术后21 d发现骨髓单个核细胞集中分布于缺血胆道周围，并且其中一些已分化成血管内皮细胞。王桥等[25]将人脐带MSC（human umbilical cord MSC，hUC-MSC）移植于兔ITBL模型的研究结果显示，hUC-MSC治疗组不同时间节点的各项生化指标及术后第4周胆道造影结果均优于未移植hUC-MSC组，提示MSC能向损伤组织特异性归巢并有效减轻ITBL病变的程度，预防ITBL的发生。大量研究结果亦证实体外输注的MSC有向缺血损伤组织迁移与定植的特性[26-29]。

2.2 MSC促血管形成

与肝脏具有来自肝动脉和门静脉的双重供血不同，胆道系统仅依赖于动脉供血，因此，胆道较肝脏对缺血损伤更为敏感，继而发生胆道狭窄。缺血-再灌注损伤一直被认为是ITBL发生的始动因素，在ITBL的病理生理过程中扮演着关键一环。大量研究结果显示MSC能促进损伤组织血管新生。赵德芳等[30]研究发现MSC移植治疗后可通过转变为血管内皮细胞，分泌血管生成因子（VEGF、CD31、CD34），促进血管生成，改善胆道供血。促进损伤胆道的血管增生能充分有效地改善胆道血液供应、加快胆道恢复，因此增强MSC的促血管生成能力，或许能更加有效地修复损伤胆道。

2.3 MSC抗凋亡

目前，多数观点认为凋亡机制在缺血性病变的发生发展中起着重要作用，诱导抗凋亡相关基因的表达可能是MSC移植对缺血性损伤起保护作用的主要机制之一[31-32]。在ITBL中，赵德芳等[33]研究发现局部多点注射骨髓MSC（1×106个细胞/点，共8点），可通过上调survivin和B淋巴细胞瘤（B cell-lymphoma, Bcl）-2表达，阻止缺血胆道上皮细胞凋亡，减轻胆道缺血损伤后胆道狭窄程度。大量研究证实，MSC移植对缺血性损伤具有显著的抗凋亡作用[34-35]，然而对于MSC如何减少细胞凋亡，促进胆道损伤组织修复的调控机制还缺乏进一步相关研究。

2.4 MSC抗纤维化

ITBL后良性胆道狭窄（benign biliary stricture，BBS）的发生机制尚不清楚，成纤维细胞增殖活跃、细胞外基质过度沉积及病理性瘢痕增生是形成BBS的重要因素。王永等[36]研究发现，在小鼠BBS模型中TGF-β1和结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）表达上调，且二者具有协同作用，引起成纤维细胞增殖、细胞外基质过度沉积，从而导致胆道狭窄。Li等[37]通过研究地塞米松对BBS中TGF-β1/ Smad信号通路的影响也得到了类似的结果。在一项MSC移植治疗肝纤维化的实验中发现，MSC对肝纤维化有显著的治疗作用，并通过TGF-β1/Smad信号通路减轻纤维化的进展[38]。大量研究结果显示，MSC移植对肺纤维化、肾纤维化亦有显著的抗纤维化作用[39-40]。笔者由上述实验结果推测，纤维化机制在ITBL后BBS的发展中起着关键作用，并且调控纤维化相关细胞因子的表达可能会是MSC移植对ITBL发挥保护作用的潜在机制之一。

2.5 MSC免疫调节与抗炎

大量研究提示，免疫与炎症因素在移植术后ITBL的发生发展中发挥着重要的作用，如肝移植术后发生排斥反应时，细胞毒性T细胞可激活供肝内的枯否（Kupffer）细胞释放炎症因子，并在多种细胞因子的参与下，攻击胆道上皮和血管内皮细胞，引发凝血和炎症反应，从而导致胆道周围血管丛血管闭塞、胆道上皮细胞缺血坏死、管壁纤维化，最终形成非化脓性胆道炎及ITBL。目前MSC已经成功地应用于移植物抗宿主病和自身免疫性疾病等的治疗[41-42]。尽管关于MSC的许多问题仍未得到解决，但MSC的免疫调节与抗炎作用已使其成为基于细胞移植的组织修复和疾病治疗的理想种子细胞。在维持体内平衡（免疫调节和抗炎活性）方面，MSC可通过细胞因子、趋化因子、细胞表面分子和代谢途径介导与免疫细胞相互作用，调控免疫细胞（T细胞、B细胞、DC、NK细胞）分化、增殖和细胞毒性[43]。由此可知，MSC移植可能通过调控免疫细胞及炎症因子对肝移植术后ITBL发挥保护作用。

3 MSC治疗ITBL的临床应用

目前关于MSC移植治疗ITBL的临床研究尚处于探索阶段，但大量的动物实验已经证实MSC可以有效地治疗ITBL。在一项前瞻性、单中心、随机对照研究中发现，与治疗前比较，ITBL患者接受hUC-MSC治疗后第20周和第48周血清总胆红素、γ-谷氨酰转移酶和碱性磷酸酶水平显著降低[44]。此外，hUC-MSC移植组患者对介入治疗的需求显著降低，并且1年和2年移植物存活率显著高于对照组。同时对输注hUC-MSC后2年内的不良事件进行密切监测，在试验期间并没有观察到与hUC-MSC治疗相关的重大不良事件。由此可见，hUC-MSC移植治疗ITBL临床效果安全可靠、近期疗效良好，有望成为治疗ITBL的新方案。

4 小结与展望

ITBL是一种较为常见但尚未引起重视的胆道损伤，此类损伤一旦形成 ，将使临床医师在选择治疗策略时面临极大困境。目前MSC治疗ITBL的机制主要集中在抗凋亡和促血管新生方面，尚缺乏抗纤维化、抗炎及免疫调节方面的研究。除了单独的MSC治疗外，越来越多的研究考虑将MSC修饰、MSC来源的外泌体以及MSC与其他治疗方法结合应用于ITBL的治疗。以往的动物研究表明MSC有助于治疗ITBL，但相关临床研究仍较少，将MSC移植治疗ITBL应用于临床的过程中仍需解决许多问题，如MSC移植的最佳时间、剂量、途径、安全性以及MSC在胆道损伤部位的定植率和存活率等。

综上所述，MSC移植可以有效地治疗ITBL，因此MSC移植有望成为治疗ITBL的新方案。但其作用机制尚不完全清楚，未来研究需要更多地集中于MSC的作用机制、药物组合、临床研究等方面，进一步探索MSC移植在ITBL中的作用，以推进MSC早日进入ITBL的临床治疗。