间充质干细胞治疗严重烫伤诱导的肝脏损伤研究进展

林卉 庞荣清

中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院干细胞与免疫细胞生物医药技术国家地方联合工程实验室、云南省细胞治疗技术转化医学重点实验室、昆明市干细胞与再生医学重点实验室、基础医学实验室（昆明 650032）

根据世界卫生组织的统计，全世界每年有近30万人死于烫伤[1]。烫伤是最具破坏性的损伤之一，不仅可以直接造成局部的皮肤组织坏死，而且可以引发全身炎症反应导致胃肠、肺、肝脏等众多远端重要器官衰竭，致残率和病死率居高不下[2]。肝脏是人体最大的代谢和解毒器官，同时又是特殊的免疫器官，肝脏功能一旦受损，必然引起代谢紊乱和免疫功能紊乱而加重下游器官的损伤。可见，肝脏处于上游特殊地位，是防治严重烫伤后远端重要器官衰竭的关键靶器官，研究探索严重烫伤后的肝脏损伤治疗方法就显得意义重大[3]。间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）近年来在组织工程和再生医学领域展现出广阔的应用前景，加之肝脏结构特殊，开展MSCs治疗严重烫伤诱导的肝脏损伤可能效果更好、科学意义更大、潜在应用价值更突出。本文将结合严重烫伤诱导肝脏损伤的病理生理变化关键环节、从MSCs抗氧化、代谢调节、免疫调节和组织修复等方面综述研究进展。

1 烫伤与肝损伤

烫伤严重程度取决于伤口的大小、深度和位置等，严重烫伤后，皮肤组织基本结构破坏，组织渗透性增加，大量液体渗出，循环血量明显减少，直接影响胃肠、肺、肝等器官的灌流，导致全身性氧化应激[4]和高代谢反应形成[5]，一个突出的病理变化就是胃肠粘膜变性、坏死甚至脱落，微生物及其毒素趁机异位形成感染，形成“二次打击”，激活机体神经内分泌和免疫系统[6]，释放大量应激激素和炎症介质，逐步发展为“细胞因子风暴”或“瀑布效应”[7-8]，极易引发全身炎症反应综合征，甚至发展为多器官功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）。值得注意的是，肝脏和肠道通过门静脉循环相连，肝脏通过门静脉从肠道获得超过70%的血液，血液从肠道经门静脉到达肝脏的窦道进行解毒[9]。可见，严重烧伤本身就会因氧化应激反应和炎症反应导致胃肠和肝脏损伤，而胃肠损伤后内源性感染的结果首当其冲的就是毒害肝脏，让肝脏雪上加霜。而肝脏的一个重要生理功能就是解毒，肝脏雪上加霜的后果，必然进一步毒害其它器官。可见，肝脏是机体炎症介质的倍增器，既是MODS的动力部位，也是MODS的靶器官。那么，运用MSCS来治疗烫伤诱导的肝脏损伤有哪些策略呢？

2 间充质干细胞与烫伤诱导的肝损伤

2.1 脂肪降解与代谢紊乱高代谢反应是严重烫伤后的一个标志性事件，过度的糖酵解、脂肪降解、蛋白质分解陆续发生，游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）大量释放增加，FFA被证明会诱发胰岛素抵抗。研究表明炎症因子TNF-α、IL-6等可以加速脂肪分解，结果就是增加FFA的释放，加重肝脏和其他器官的脂肪浸润[10]。BARRET[11]已经表明，伴有脂肪浸润的肝肿大与脓毒症和死亡率的增加有关。烫伤后儿茶酚胺的持续分泌会引发白色脂肪组织褐变，除了肾上腺素外，极化的M2型巨噬细胞也可以分泌儿茶酚胺激活WAT褐变，IL-6是调节白色脂肪组织褐变的调节因子，因其可以在烧伤后诱导巨噬细胞向M2型极化从而介导白色脂肪组织褐变[12-13]。研究表明，白色脂肪组织的褐变与烫伤后小鼠肝脏的脂肪累积有关，在IL-6基因敲除后小鼠肝脏脂肪渗透与肝脏甘油三酯含量均降低，表明IL-6的敲除可以保护小鼠免受烫伤引起白色脂肪组织褐变所致损伤[14]。解耦联蛋白1是白色脂肪组织褐变的调节器，IL-6和解耦联蛋白1基因缺失就完全保护了小鼠免于肝脏脂肪变性[14]。烧伤后给予小鼠IL-6受体阻断剂就能降低白色脂肪组织中解耦连蛋白1的表达，缓解烧伤诱导的白色脂肪组织褐变及其相关的肝脏脂肪变性[15]，这提示MSCs可以从纠正代谢紊乱这个切入点用于严重烫伤治疗。比如，ABDEL-GAWAD等[16]在骨髓间充质干细胞在烫伤治疗中的疗效研究中发现，与对照组相比，进行骨髓间充质干细胞治疗的烫伤大鼠体内IL-6、TNF-α的表达显著降低，表明MSCs移植通过抑制促炎症因子的产生直接减弱炎症反应，从而促进伤口愈合。提示MSCs有望通过降低IL-6水平缓解脂肪分解速度，减少FFA的释放，减轻肝脏和其他器官的脂肪浸润。可见，肝脏作为脂肪的合成代谢中心，脂肪代谢紊乱又使肝脏成为直接受害者，至少通过IL-6、TNF-α因子，把脂肪代谢与炎症反应连接起来，二者间的因果关系和调控机制需要进一步研究，MSCs的治疗效果和机制也需要更多的实验来证明。

2.2 氧化应激严重烫伤后肝脏内有大量中性粒细胞聚集活化的吞噬细胞产生并释放大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）引发肝细胞内外的氧化应激，氧化应激是肝脏损伤发生和发展的一种致病机制。MSCs已被证明可以降低ROS及氧化应激损伤生物标志的水平。在四氯化碳诱导的小鼠肝损伤模型中，通过移植人脐带间充质干细胞衍生的外泌体可以使ROS显著下降[17]。在大鼠肝脏缺血再灌注损伤模型中，通过尾静脉注射脂肪来源间充质干细胞外泌体显著降低了肝脏中丙二醇和ROS等氧化损伤指标的水平[18]。这些研究表明，外泌体是MSCs抗氧化治疗烫伤诱导的肝损伤的作用机制和理论依据。MSCs还可以通过分泌抗氧化分子如谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等上调宿主抗氧化防御的能力来抑制氧化应激。众所周知，肝脏等脏器内就可以产生大量的谷胱甘肽，而谷胱甘肽一个重要作用就是抗氧化而成为最经典的保肝药。而MSCs可以通过增加肝脏谷胱甘肽含量从而提高机体抗氧化能力[19]。研究表明，MSCs在与受损的肝细胞接触后会分泌超氧化物歧化酶保护体内组织免受氧化应激的伤害[20]。此外，人脐带间充质干细胞衍生的外泌体使谷胱甘肽过氧化物酶1增加，而谷胱甘肽过氧化物酶1敲除延迟了人脐带间充质干细胞衍生的外泌体诱导的急性肝损伤恢复，因此YAN等[17]认为谷胱甘肽过氧化物酶1是人脐带间充质干细胞衍生的外泌体介导的抗氧化活性和肝脏保护的重要因素。这些研究表明，MSCs分泌的抗氧化分子有助于抑制氧化应激，有力证明了MSCs在治疗氧化应激导致肝损伤方面的作用，为MSCs治疗烫伤诱导的肝损伤提供了依据。研究显示[21]烫伤后氧化应激反应先于炎症反应发生，因此，如何针对抗氧化改进提高MSCs的疗效，就能有效降低氧化应激反应、就能减少机体炎症因子的释放[22]，优先考虑抗氧化作用对延缓或阻止烫伤引发的免疫紊乱的发生发展具有重要意义。

2.3 抗炎治疗严重烫伤后可促发机体炎症反应的发生，而若机体炎症反应一旦失控，便会造成肝细胞的损伤，导致肝脏功能受损，MSCs调节全身性炎性反应的研究报道已经很多。肝脏除了有全身循环的巨噬细胞等免疫细胞之外，还有自身独有的驻留在肝血窦壁的巨噬细胞被称为Kupffer细胞[23]，这个特殊的组织结构是为应对肝门静脉来源的毒素而产生的，因此，可以肯定严重烫伤后肝脏一定有自己特色的免疫反应。在酒精中毒后的烫伤中，Kupffer细胞中的P38-MAPK被激活产生IL-6从而造成肝脏的损伤[24]。有研究表明脐带间充质干细胞可以调节肝脏中p38MAPK蛋白的磷酸化水平，从而减轻炎症反应。这些作用可以继续减少炎症因子hMGB-1、IL-6和肿瘤坏死因子-α的产生，并增加抗炎因子IL-10[25]。此外，在一项骨髓间充质干细胞治疗减轻酒精中毒烫伤后肝肺炎症的研究中，与中毒和烫伤小鼠比较，间充质干细胞治疗小鼠的肝组织IL-6和CXCL1表达显著减少，肝损伤生物标志物天冬氨酸转氨酶和丙氨酸转氨酶显著降低，并减少肝细胞的凋亡[2]。以上研究表明，间充质干细胞是恢复烫伤患者炎症性肝脏损伤的新方法，其可能机制是通过抑制肝脏Kupffer细胞p38MAPK的激活减少炎症因子的释放而实现，但是目前暂未发现有这一方面的相关报道，有待进行进一步研究。研究表明，M1型Kupffer因子分泌促炎症因子，相反，M2型Kupffer细胞释放抗炎细胞因子在肝脏修复中起到重要作用[26]。MSCs可以通过巨噬细胞向M2表型分化，增强M2巨噬细胞向多个器官和组织（包括胰岛，肝脏，脂肪和肌肉）的募集以及抑制Kupffer细胞向M1表型的分化从而减轻炎症反应，促进组织修复[27-28]。上述研究表明MSCs可以通过调节巨噬细胞的功能从而减轻烫伤诱导的炎症反应，为MSCs治疗烫伤诱导的肝脏损伤治疗提供了依据。

此外，MSCs还可以通过与免疫细胞相互作用及旁分泌机制，调节烫伤引发的免疫紊乱，减轻组织炎症损伤。MSCs对辅助性T（T helper cells，Th）细胞的增殖具有抑制作用[29]，从而导致Th1和Th17细胞分泌的IFN-γ和IL-17的产生减少，而Th细胞分泌的IL-4增加，表明T细胞从促炎表型极化为抗炎表型[30-31]。MSCs还可以通过下调促炎性酶、细胞因子和趋化因子来减轻炎症反应[32]。ZHANG等[33]MSCs移植在烧伤治疗中的疗效研究中发现与对照组相比，进行MSCs皮下注射的烧伤大鼠的白细胞、急性反应蛋白、TNF-α、IL-6等炎症标志物表达都表现出不同程度的降低，表明MSCs移植通过抑制烧伤大鼠烧后炎症，降低了全身炎症反应水平。总体而言，MSCs可以通过调节免疫细胞以及分泌生物活性分子来抑制炎症反应。

2.4 促进组织再生促进创面快速修复和防止感染是治疗烧伤的基本目标。拆东墙补西墙的自体皮肤移植是修复严重烧伤的常用方法，但往往没有合适的皮肤可以移植，况且难保移植获得成功。研究[34]发现MSCs在伤口闭合、抗炎作用、新生血管形成、再上皮化、重塑和疤痕等方面有着积极的影响，MSCs能通过多重机制促进创面皮肤组织再生，从而促进创面的快速修复，为烧伤导致的多种组织修复带来新的希望。

烧伤不仅可以直接造成局部的皮肤组织坏死，而且可以导致远端重要器官的损伤。近年来，许多研究者的研究结果表明MSCs对于治疗肝脏损伤具有较好的效果，有望给治疗烫伤诱导的肝脏损伤带来新的希望。陈浩[35]研究表明，骨髓间充质干细胞的静脉移植对严重烫伤引起的肝损伤有明显的修复作用，其修复机制可能与MSCs促进肝细胞增殖和抑制细胞凋亡有关，但其具体修复机制尚不明确。而CAI等[36]发现，MSCs通过抑制促凋亡蛋白Bax及促进抗凋亡蛋白Bcl-2的表达从而减少肝细胞的凋亡，表明MSCs可以通过线粒体依赖途径减少肝细胞凋亡，从而促进肝脏的修复。

MSCs可以分化为肝细胞，有助于肝脏的损伤修复。研究表明，人脂肪间充质干细胞[37]，羊水间充质干细胞[38]或骨髓间充质干细胞[39]等都可以在特定的条件下分化为功能性肝细胞样细胞。研究表明，将MSCs诱导分化的肝细胞样细胞移植入动物模型体内可以促进肝脏的修复[40]。除此之外，MSCs还可以通过旁分泌机制发挥抑制炎症、抗凋亡、促进受损组织的修复等作用。JIAO等[41]的研究表明，脂肪MSCs移植可以在微型猪肝缺血再灌注损伤模型中起到减少肝脏损伤、减轻炎症、促进血管生成和肝脏再生的作用。据报道，在四氯化碳诱导的急性肝损伤小鼠模型中，人胚胎干细胞来源的MSCs通过上调增殖细胞核抗原和Cyclin D1细胞周期调节因子的表达而促进组织再生[42]。由此可见，MSCs有望为治疗烧伤诱导的肝损伤提供了一个新的可能。

3 小结与展望

MSCs具有独特的生物学特性，近年来在组织工程和再生医学领域展现出广阔的应用前景，为严重烫伤诱导的肝脏损伤带来了新的希望。虽然MSCs在严重烫伤与肝损伤模型中具有显著的治疗效果，但是关于MSCs对于烫伤诱导的肝脏损伤的治疗效果以及相关作用机制方面的研究有待继续开展。研究MSCs治疗严重烫伤诱发的肝损伤的可行性以及作用机制对降低多种急危重症死亡率具有重要科学意义和潜在应用价值。相信随着医学工作者对MSCs生物学特性的不断深入研究必将在不远的将来造福人类，应用MSCs治疗烫伤诱导的肝脏损伤给烫伤患者带来新的希望。