间充质干细胞调控免疫细胞治疗急性呼吸窘迫综合征的研究进展

吕敏捷 张长文 朱常军 解立旭 冯旰珠

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)的常见病因，包括细菌性或病毒性肺炎、脓毒症、严重创伤和胃内容物误吸等，临床表现为呼吸窘迫和难治性低氧血症。ARDS目前缺乏有效的治疗措施，预后差、病死率高[1-3]。间充质干细胞(mesenchymal stem cell, MSC)通过多种机制调控ARDS的炎症反应，参与肺血管内皮细胞损伤的修复，从而减轻肺损伤[4]。MSC的免疫调节作用主要是通过细胞外囊泡(extracellular vesicle, EV)介导的[5]，MSC-EV具有免疫原性低、存储简单等优点，可替代MSC细胞治疗，减轻肺损伤，促进组织修复。本文将对MSC的免疫调节作用及其在ARDS中的应用进展作一综述，为寻求ARDS的有效治疗手段提供新的思路和方向。

MSC及其EV

MSC是来源于中胚层的具有多向分化潜能的干细胞，可以从骨髓、脐带、脂肪、肌肉及羊水等多种组织中分离制备。近年来，MSC在治疗心血管疾病、肾损伤重建、免疫系统重建等方面取得了显著的进展[6]。多项研究证实，MSC在炎症、肺动脉高压和辐射等诱导肺损伤的动物模型中，能够减轻肺损伤。

EV是由各种类型的细胞释放的球形膜结构的异质性群体，在生理和病理条件下释放，其功能包括在细胞间转移细胞成分，而实现细胞间通讯[7]。根据大小和生物发生机制，EV通常分为三种亚型:外泌体(50～150nm)、微囊泡(100～1000nm)和凋亡小体(500～5000nm)。MSC-EV可从静止的MSC中释放出来，在细胞激活或细胞应激时可显著增加[8]。MSC-EV有着与MSC相似的抗炎和再生作用，因此具有类似的治疗效果，并且具有免疫原性低、存储简单等优点[9]。MSC-EV参与ARDS、肺纤维化、肺癌等多种肺部疾病的病理生理过程，可作为MSC的代替疗法，治疗多种疾病[10]。

MSC的免疫调节作用

一、MSC与固有免疫

1 巨噬细胞

巨噬细胞对组织免疫稳态的维持至关重要，能够极化为炎症(M1)表型和免疫抑制(M2)表型。在肿瘤和炎症性疾病中，M1/M2表型失衡是一个重要的致病因素。在ARDS急性渗出期，肺泡巨噬细胞M1极化，持续的M1极化，可释放TNF-α、白细胞介素(interleukin, IL)-1、一氧化氮和活性氧诱导严重的炎症反应。M2极化，则有助于ARDS后期纤维增生的病理性纤维增生反应和肺纤维化[11]。因此，维持 M1/M2 型巨噬细胞在肺内相对平衡，可为治疗 ARDS 提供新的方向。多项研究表明，MSC能够通过调控线粒体的转移、糖酵解等多种途径来调控巨噬细胞极化[12-13]，从而缓解ARDS肺损伤。近年来，大量的研究聚焦于MSC-EV调控巨噬细胞向M2型极化[14-16]。携带miRNA的MSC-EV已经成为治疗ARDS的研究热点。 SuYuan等[17]的研究表明，MSC-EV携带的miRNA-17抑制脂多糖诱导的巨噬细胞炎症反应和凋亡，进而通过BRD4调控EZH2/TRAIL轴来阻止脓毒症的发展。此外，研究发现MSC-EV通过将miR-27a-3p转移到肺泡巨噬细胞来减轻急性肺损伤。miR-27a-3p作用于NFKB1，是M2巨噬细胞极化的关键调控因子[18]。由于MSC-EV表现出的巨大潜力，许多研究者开始关注影响MSC-EV治疗效果的因素。Yao M.等[19]的研究发现，在iL-1β介导的促炎刺激下，MSC-EV中的miR-21通过靶向PDCD4促进了M2巨噬细胞的极化，并缓解了盲肠结扎穿刺(cecal ligation and puncture, CLP)导致的脓毒症。HuangRuoqiong等[20]比较了来自年轻和衰老MSC的EV对脂多糖(LPS)诱导的小鼠肺损伤的不同影响。他们发现，与年轻的MSC-EV相比，衰老的MSC-EV不能改变巨噬细胞的表型和减少巨噬细胞的募集，同时也不具有对于肺损伤的保护作用。本课题组也发现MSC-EV能够被小鼠巨噬细胞摄取，进而调控小鼠巨噬细胞的极化。

2 树突状细胞

树突状细胞(dendritic cells, DC)在免疫系统中起着重要的作用，是固有免疫和适应性免疫之间的桥梁。DC在肺部迁移并分化成熟，MSC调节肺部过度炎症的关键环节是诱导产生耐受性树突状细胞(tolergenic dendritic cells, DCreg)，MSC诱导成熟或未成熟DC、单核细胞/造血干细胞分化为DCreg。此外，MSC还可通过Notch通路、Ras相关的C3肉毒毒素底物信号通路等其他途径诱导DCreg的生成[21-23]。值得一提的是，DC的募集和成熟能够导致早期急性肺损伤。MSC通过旁分泌肝细胞生长因子(paracrine hepatocyte growth factor, HGF)诱导DC分化为DCreg，参与免疫应答，进而缓解急性肺损伤[24]。MSC-EV调控DC的机制也与DCreg相关。目前有体外研究[25]证实了MSC-EV将未成熟和成熟的DC诱导成共刺激标志物低表达的DCreg。它们能够抑制淋巴细胞活性，增加抗炎相关因子IL-10和TGF-β的分泌，减少炎症因子IL-6的分泌。这些炎症因子与ARDS致病机制密切相关。

3 自然杀伤细胞

早有研究表明，MSC与自然杀伤细胞(natural killer cell，NK)相互抑制[26]。胎儿肝脏来源的MSC-EV抑制NK细胞功能是通过TGF-β实现的[27]。此外，MSC通过抑制NK细胞来治疗脓毒症已经在小鼠模型中得到了证实。这一生物学过程可能涉及IL-10、细胞因子信号转导抑制剂3、Janus激酶/信号转换器和转录途径激活剂中的其他成分[28]。

二、MSC与适应性免疫

1 T淋巴细胞

CD4+T细胞介导的肺部炎症可能与ARDS的发病有关[29]。早期ARDS患者外周血中Th17和Treg细胞增多，Th17 / Treg比例越高，疾病的预后越差。Th17/Treg失衡倾向于Th17移位是缓解早期ARDS患者肺损伤的潜在治疗靶点和新的风险指标[30]。IL-2诱导T细胞激酶(T-cell kinase，TK)通过控制多种转录因子在Th17细胞发育中起关键作用。ITK信号在脓毒症诱导的急性肺损伤中通过上调Th17细胞和氧化应激发挥重要作用[31]。针对Th17/Treg失衡这一靶点治疗急性肺损伤的药物已有报道，如Maresin1、鱼腥草多糖以及茴香主要成分反式茴香醚等[32-34]。MSC及其EV能够抑制T细胞的增殖，调控其分化，影响不同T细胞亚群释放的细胞因子[35]。Chen J.等[36]的研究表明，过表达TGFβ1的MSC调控Th17/Treg平衡来调节肺部炎症，减轻ARDS小鼠肺损伤。MSC-EV在调控Th17/Treg平衡方面，表现出巨大的潜力。近年来多项研究表明MSC-EV能够调控幼稚的CD4+T细胞分化为Th17和Treg细胞。例如，MSC-EV能够通过装载miRNA-10a，同时促进Th17和Treg免疫应答[37]，此外，MSC在TGF-β和IFN-γ刺激下分泌的EV促进外周血单个核细胞向Treg细胞分化[38]。表皮生长因子(Epidermal growth factor，EGF)诱导MSC-EV表达miR-21，通过增强Treg中Foxp3的表达[39]，从而提高MSC-EV的治疗效果。这些都为预处理MSC提高临床疗效提供了方向和理论依据。

2 B淋巴细胞

MSC能够通过细胞间接触、释放可溶性因子和EV等途径，诱导B细胞和调节B细胞的产生[40]。羊膜MSC能够通过阻碍肺B淋巴细胞的募集、保留和成熟来减轻肺纤维化[41-42]。此外，研究表明，MSC-EV具有抑制B淋巴细胞增殖的作用[43]。MSC-EV能够抑制巨噬细胞激活和B细胞的免疫反应[44]，后者可能是通过阻断T滤泡辅助细胞和生发中心B细胞的相互作用以及降低B细胞活化因子与B细胞的比例来实现的。关于MSC-EV调控B淋巴细胞的报道较少，具体的机制可能仍需进一步研究。

MSC治疗ARDS

MSC的疗效与其来源、分化程度、剂量、给药时间、给药途径、频率等因素密切相关，不同个体的差异、不同致病因素导致的ARDS的差异同样会对MSC的疗效产生影响。研究表明，基因修饰、预处理、与其他药物联合使用，能够提高MSC对ARDS的治疗潜力。ZhengGuoping等[45]的研究表明，同种异体的MSC治疗ARDS，未发现明确的副反应，但其对ARDS的治疗效果较弱。利拉鲁肽能够通过减少MSC的凋亡减轻肺损伤，有望在未来用于辅助MSC治疗[46]。MSC输注可改善新型冠状病毒肺炎(COVID-19)并发ARDS患者的肺功能和总体预后[47]。严重COVID-19 ARDS的患者经单次静脉注射MSC-EV后，缺氧、免疫重建和细胞因子风暴都发生了一定程度的下调，并且没有出现治疗导致的不良反应[48]。研究者证实了MSC对COVID-19 ARDS患者具有确切的疗效[49-51]。

总结及展望

综上所述，MSC通过调控巨噬细胞极化及T淋巴细胞生成等途径发挥免疫调节作用，从而减轻ARDS患者的炎症反应，并促进肺组织修复，具有良好的临床应用前景。然而，MSC调控组织微环境中的巨噬细胞、T淋巴细胞及其他免疫细胞的具体机制及这些免疫细胞之间的相互作用尚需进一步研究。通过基因修饰、预处理MSC、调控MSC-EV疗效相关的影响因素(如给药时间、途径、剂量等)，以优化MSC及MSC-EV的治疗效果，是进一步研究的重点。