骨髓间充质干细胞移植对急性肺损伤大鼠的治疗作用(1)
[摘要] 急性肺损伤(ALI)是急性呼吸窘迫综合征的前期表现，严重时可发展为多器官功能障碍综合征，具有较高的发病率及病死率。目前对于ALI的治疗主要以机械通气和对症治疗为主，但病死率仍居高不下。随着干细胞研究的深入，骨髓间充质干细胞(BMSCs)对ALI的治疗作用被逐渐认可。在大量研究的基础上，本研究归纳了BMSCs通过增殖分化、抑制炎症反应、免疫调节等方面治疗ALI的机制与特点。
[关键词] 骨髓间充质干细胞；急性肺损伤；移植
[中图分类号] R563 [文献标识码] B [文章编号] 1674-4721(2014)01(c)-0188-04
急性肺损伤(acute lung injury，ALI)是由非心源性的各种肺内、外因素引起的，呈急性、进行性呼吸衰竭临床表现的疾病。ALI可由多种不同的病因引起，发病率与病死率也因病因的差异而有所不同，在疾病的后期能迅速进展为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)[1]。随着近年对于干细胞研究的逐渐增加，骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BMSCs)移植后能增殖分化修复肺组织结构、调节肺内凋亡机制，抑制炎症及免疫调节的能力[2]，越来越受到呼吸疾病研究工作者的重视，有望成为治疗ALI的新方法。
1 ALI
1.1 ALI的发病机制
ALI/ARDS多由相关的临床疾病引起，可以分为肺内因素和肺外因素。肺内因素包括肺炎、误吸、挫伤、栓塞、吸入性损伤和缺血-再灌注。肺外因素包括肺外脓毒症、创伤、烧伤、大量输血、冠状动脉旁路移植术、中毒与急性胰腺炎等[3]。病理特征主要有肺泡上皮细胞和肺毛细血管内皮细胞损伤，进而两者通透性增加，造成弥漫性肺间质水肿，肺泡充满富含蛋白质的渗出液，约72 h后形成透明膜，导致肺容积减少、肺顺应性降低、严重的通气/血流比例失调。临床上表现为进行性血氧降低和呼吸窘迫，肺部影像学上出现斑片状以至大片状的浸润阴影[4]。
1.2 ALI的诊断
1994年欧美联席会议提出了ALI/ARDS的诊断标准[1]，中华医学会呼吸病学分会也于2000年提出了我国ALI/ARDS的诊断标准。①有ALI/ARDS的高危因素；②急性起病、呼吸频数和(或)呼吸窘迫；③低氧血症：ALI时动脉血氧分压(PaO2)/吸入氧分数(FiO2)值≤300，ARDS时PaO2/FiO2≤200；④胸部X线检查显示两肺浸润阴影；⑤肺动脉楔压(PAWP)≤18 mm Hg或临床上能除外心源性肺水肿。同时符合以上5项条件，可以诊断为ALI或ARDS[5]。
1.3 ALI的流行病学现状
据美国华盛顿医疗中心统计，在美国的重症监护病房(ICU)，每年约有190 000例患者诊断为ALI，而在急诊科接受机械通气的非创伤患者中，符合ALI诊断标准的比例为8.7%[6]。在普通呼吸病房中，出现急性肺部浸润的患者达66%，其中9%的患者符合ALI的诊断标准，2%的患者诊断为ARDS[7]。有研究显示，1994～2006年，ALI/ARDS的病死率约为43%，与以往相比虽有明显下降，但仍需要极高度的关注[8]。
1.4 ALI的治疗现状
ALI的临床治疗分为药物治疗和机械辅助治疗。药物治疗：皮质类固醇激素、体液管理、神经肌肉阻断剂[9]。机械辅助治疗：低潮气量通气、呼气末正压通气、高频通气与常规通气[10-11]。其他辅助治疗：预防应激性溃疡和静脉血栓，营养支持和治疗相关的伤害等[12]。上述治疗在挽救和维持患者生命中起着重要的作用，但却未能大幅度降低病死率，对于ALI的肺泡浸润、肺泡上皮和毛细血管损坏、肺部及全身的炎症不能很好地统一兼顾，致使病死率居高不下，急需寻求ALI/ARDS更完善的治疗方法。随着对ALI发病机制的研究和上述治疗并发症方法的增加，ALI的治疗重点逐渐转向非机械通气手段。
2 BMSCs
有研究显示，BMSCs移植后，能归巢到肺组织损伤部位，并通过释放可溶性因子，减轻肺毛细血管内皮的通透性及肺泡水肿、缓解肺部炎症、促进细胞增殖、抑制细胞凋亡、帮助肺部血管重建等，起到治疗ALI/ARDS的效果[13-14]。下面将从三方面介绍BMSCs移植治疗ALI大鼠的研究现状。
2.1 BMSCs归巢与增殖分化
ALI病理改变发展过程中，逐渐出现肺泡上皮受损坏死，成纤维细胞增生和胶原沉积。在BMSCs治疗ALI的研究中，将β-半乳糖苷酶标记的BMSCs经尾静脉输入博来霉素引起的大鼠肺损伤模型中，BMSCs可迁移到肺组织，并分化为具有Ⅰ型肺泡上皮的形态特征及特异性表面标记：T1α和水通道蛋白-5的细胞[15]。Ma等[16]在体外建立了模拟肺部微环境的培养基，植入BMSCs，发现BMSCs能成功分化为具有表面蛋白C(surfactant protein C，SP-C)的人Ⅱ型肺泡上皮细胞特异性表面标志蛋白。将荧光原位杂交技术标志的雄性大鼠的BMSCs在第一时间移植到博来霉素引起的雌性肺损伤大鼠模型中，发现雄性大鼠的BMSCs能快速增殖为移植数目的3倍，同时显现出Ⅱ型肺泡细胞样形态并显著减轻肺部炎症和胶原沉积[17]。有研究证明，移植的BMSCs能归巢到损伤肺组织并增殖分化修复肺部结构，减少肺部结构改变。
2.2 BMSCs对细胞因子的调节作用
BMSCs可产生肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)[18]，HGF对BMSCs有多重生物学效应。弹性蛋白酶引起的肺损伤大鼠，经鼻腔吸入HGF后，可显著改善肺泡腔的扩大和肺泡壁的破坏。经2周的HGF治疗后，明显提高静态肺顺应性、肺部增殖细胞核抗原(PCNA)和细胞角蛋白-19的水平，提示BMSCs分泌HGF有促肺泡新生和动员干细胞修复损伤的能力[19]，减缓ALI的小气道闭陷和肺泡萎陷不张。 (廖画 刘华)
[关键词] 骨髓间充质干细胞；急性肺损伤；移植
[中图分类号] R563 [文献标识码] B [文章编号] 1674-4721(2014)01(c)-0188-04
急性肺损伤(acute lung injury，ALI)是由非心源性的各种肺内、外因素引起的，呈急性、进行性呼吸衰竭临床表现的疾病。ALI可由多种不同的病因引起，发病率与病死率也因病因的差异而有所不同，在疾病的后期能迅速进展为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)[1]。随着近年对于干细胞研究的逐渐增加，骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BMSCs)移植后能增殖分化修复肺组织结构、调节肺内凋亡机制，抑制炎症及免疫调节的能力[2]，越来越受到呼吸疾病研究工作者的重视，有望成为治疗ALI的新方法。
1 ALI
1.1 ALI的发病机制
ALI/ARDS多由相关的临床疾病引起，可以分为肺内因素和肺外因素。肺内因素包括肺炎、误吸、挫伤、栓塞、吸入性损伤和缺血-再灌注。肺外因素包括肺外脓毒症、创伤、烧伤、大量输血、冠状动脉旁路移植术、中毒与急性胰腺炎等[3]。病理特征主要有肺泡上皮细胞和肺毛细血管内皮细胞损伤，进而两者通透性增加，造成弥漫性肺间质水肿，肺泡充满富含蛋白质的渗出液，约72 h后形成透明膜，导致肺容积减少、肺顺应性降低、严重的通气/血流比例失调。临床上表现为进行性血氧降低和呼吸窘迫，肺部影像学上出现斑片状以至大片状的浸润阴影[4]。
1.2 ALI的诊断
1994年欧美联席会议提出了ALI/ARDS的诊断标准[1]，中华医学会呼吸病学分会也于2000年提出了我国ALI/ARDS的诊断标准。①有ALI/ARDS的高危因素；②急性起病、呼吸频数和(或)呼吸窘迫；③低氧血症：ALI时动脉血氧分压(PaO2)/吸入氧分数(FiO2)值≤300，ARDS时PaO2/FiO2≤200；④胸部X线检查显示两肺浸润阴影；⑤肺动脉楔压(PAWP)≤18 mm Hg或临床上能除外心源性肺水肿。同时符合以上5项条件，可以诊断为ALI或ARDS[5]。
1.3 ALI的流行病学现状
据美国华盛顿医疗中心统计，在美国的重症监护病房(ICU)，每年约有190 000例患者诊断为ALI，而在急诊科接受机械通气的非创伤患者中，符合ALI诊断标准的比例为8.7%[6]。在普通呼吸病房中，出现急性肺部浸润的患者达66%，其中9%的患者符合ALI的诊断标准，2%的患者诊断为ARDS[7]。有研究显示，1994～2006年，ALI/ARDS的病死率约为43%，与以往相比虽有明显下降，但仍需要极高度的关注[8]。
1.4 ALI的治疗现状
ALI的临床治疗分为药物治疗和机械辅助治疗。药物治疗：皮质类固醇激素、体液管理、神经肌肉阻断剂[9]。机械辅助治疗：低潮气量通气、呼气末正压通气、高频通气与常规通气[10-11]。其他辅助治疗：预防应激性溃疡和静脉血栓，营养支持和治疗相关的伤害等[12]。上述治疗在挽救和维持患者生命中起着重要的作用，但却未能大幅度降低病死率，对于ALI的肺泡浸润、肺泡上皮和毛细血管损坏、肺部及全身的炎症不能很好地统一兼顾，致使病死率居高不下，急需寻求ALI/ARDS更完善的治疗方法。随着对ALI发病机制的研究和上述治疗并发症方法的增加，ALI的治疗重点逐渐转向非机械通气手段。
2 BMSCs
有研究显示，BMSCs移植后，能归巢到肺组织损伤部位，并通过释放可溶性因子，减轻肺毛细血管内皮的通透性及肺泡水肿、缓解肺部炎症、促进细胞增殖、抑制细胞凋亡、帮助肺部血管重建等，起到治疗ALI/ARDS的效果[13-14]。下面将从三方面介绍BMSCs移植治疗ALI大鼠的研究现状。
2.1 BMSCs归巢与增殖分化
ALI病理改变发展过程中，逐渐出现肺泡上皮受损坏死，成纤维细胞增生和胶原沉积。在BMSCs治疗ALI的研究中，将β-半乳糖苷酶标记的BMSCs经尾静脉输入博来霉素引起的大鼠肺损伤模型中，BMSCs可迁移到肺组织，并分化为具有Ⅰ型肺泡上皮的形态特征及特异性表面标记：T1α和水通道蛋白-5的细胞[15]。Ma等[16]在体外建立了模拟肺部微环境的培养基，植入BMSCs，发现BMSCs能成功分化为具有表面蛋白C(surfactant protein C，SP-C)的人Ⅱ型肺泡上皮细胞特异性表面标志蛋白。将荧光原位杂交技术标志的雄性大鼠的BMSCs在第一时间移植到博来霉素引起的雌性肺损伤大鼠模型中，发现雄性大鼠的BMSCs能快速增殖为移植数目的3倍，同时显现出Ⅱ型肺泡细胞样形态并显著减轻肺部炎症和胶原沉积[17]。有研究证明，移植的BMSCs能归巢到损伤肺组织并增殖分化修复肺部结构，减少肺部结构改变。
2.2 BMSCs对细胞因子的调节作用
BMSCs可产生肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)[18]，HGF对BMSCs有多重生物学效应。弹性蛋白酶引起的肺损伤大鼠，经鼻腔吸入HGF后，可显著改善肺泡腔的扩大和肺泡壁的破坏。经2周的HGF治疗后，明显提高静态肺顺应性、肺部增殖细胞核抗原(PCNA)和细胞角蛋白-19的水平，提示BMSCs分泌HGF有促肺泡新生和动员干细胞修复损伤的能力[19]，减缓ALI的小气道闭陷和肺泡萎陷不张。 (廖画 刘华)