骨髓間充質干細胞治療腸道疾病的研究進展

張 靜 綜述，宋紅麗 審校

（天津市第一中心醫(yī)院器官移植中心，天津300192）

腸道疾病是一種常見病、多發(fā)病，嚴重影響著人們的生活質量。傳統(tǒng)方法是通過手術及藥物治療，但多產(chǎn)生明顯的副作用以及并發(fā)癥。骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）具有強大的增殖能力，多向分化潛能以及向損傷組織定位修復的功能，在一定條件下可以定向分化成為某種成體干細胞或者橫向分化為多種組織細胞，因而備受人們關注，成為細胞移植治療的新熱點。大量動物實驗研究己證明BMSCs在治療多系統(tǒng)疾病方面具有顯著效果。本文就BMSCs應用于腸道疾病的治療方面做一綜述。

1 BMSCs簡介

BMSCs是最近幾年被發(fā)現(xiàn)的、除造血干細胞以外的一種成體干細胞，具有自我更新和多向分化潛能，在適宜的外環(huán)境下可以分化為中胚層的間質組織細胞，還可以分化為脂肪細胞、骨細胞、軟骨細胞、心肌細胞、神經(jīng)元細胞及星形膠質細胞等[1]。已有研究證實BMSCs具有明顯的抗炎、促血管再生、免疫抑制等功能，而且其在體外易于分離、純化、培養(yǎng)和擴增。Dominici等[2]將轉染綠色熒光蛋白(GFP)的間充質干細胞用于治療小鼠成骨不全癥，結果表明間充質干細胞能夠成功植入受者體內(nèi)，具有明顯的可移植性。因此,BMSCs已經(jīng)成為細胞移植中極具潛力的細胞來源，廣泛應用于心血管、呼吸、消化、創(chuàng)傷等領域。隨著對BMSCs的不斷深入研究，它將更廣泛地應用于臨床上治療各種疾病。

2 BMSCs在治療腸道疾病中的作用

2.1 BMSCs在治療炎癥性腸病方面的作用 炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）是指一組病因未明的腸道疾病，包括潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UD）和克羅恩病(Crohn’s disease,CD)。是由于環(huán)境因素作用于遺傳易感患者，在腸道菌群的參與下，導致機體的免疫和炎癥反應，從而引起腸道黏膜的慢性損傷。腸道黏膜免疫系統(tǒng)在IBD的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用,免疫反應過程中釋放大量的免疫因子和炎癥介質，這些因子和介質激起腸道的炎癥反應，導致腸道疾病的發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)將BMSCs通過靜脈注入IBD患者的機體內(nèi)可以發(fā)揮免疫調節(jié)作用，抑制免疫炎癥的發(fā)生,加快腸黏膜的修復進程[3]。BMSCs發(fā)揮這一作用是通過抑制T細胞、B細胞的活化，降低樹突狀細胞（DC）的抗原呈遞作用而實現(xiàn)的[4]。研究表明，BMSCs體外能夠抑制成熟的DC1細胞產(chǎn)生TNF-α，而促進成熟DC2細胞分泌IL-10；同時能夠抑制輔助性T細胞1(Th1)細胞分泌IFN-γ，而促進Th2細胞分泌IL-4[5]。另外，間充質干細胞體外還能夠將B淋巴細胞阻滯于Go/G期，抑制B細胞分泌IgM、IgG、IgA，并下調B細胞表面分子CXCR4、CXCR5、CC類趨化因子受體7(CCR-7)、CXCL-12等的表達[6]。通過抑制這些細胞的活性，減少由于免疫反應造成的大量炎癥介質釋放，從而對腸道炎癥性疾病起到治療的作用。腸道上皮細胞是腸道機械屏障的重要組成部分，炎癥可以導致腸道上皮細胞的損傷，腸屏障遭到破壞，腸道通透性增加導致腸功能紊亂。Valcz等[7]發(fā)現(xiàn)BMSCs可以在損傷組織處表達的某些趨化蛋白的作用下進入腸黏膜隱窩，定植于黏膜受損處，分化為腸道間質或者上皮樣細胞，促進胃腸上皮再生。Hayashi等[8]將BMSCs注入潰瘍性結腸炎大鼠模型的腸黏膜下，通過肉眼和免疫組織學觀察到干細胞可以分化為結腸上皮細胞并且向損傷區(qū)域釋放VEGF和TGF-β1等組織因子，從而極大地加快潰瘍黏膜的愈合。這些發(fā)現(xiàn)表明BMSCs在維持腸道屏障功能的完整性方面發(fā)揮著巨大的作用。已經(jīng)證實BMSCs釋放的多種細胞因子在保護腸黏膜屏障方面同樣發(fā)揮著重要的作用，例如：它釋放的肝細胞生長因子可以減少細胞凋亡，促進細胞生長[9]；血管內(nèi)皮細胞生長因子可以促進腸黏膜的血管化，增加腸道的血運，使受損腸黏膜獲得豐富的營養(yǎng)物質，加快潰瘍的愈合[10]。由此可見，BMSCs強大的旁分泌功能在治療胃腸道疾病方面起著重要作用。BMSCs移植修復胃腸道損傷，對于治療胃腸道疾病有著重要的意義，它在治療IBD方面還有哪些機制，發(fā)揮哪些作用，有待進一步探索發(fā)現(xiàn)，相信對BMSCs臨床和基礎的不斷深入研究，將為日后的胃腸道疾病的治療開辟一條新的思路。

2.2 BMSCs在治療放射損傷性腸病方面的作用 臨床上放射治療是腹部和盆腔等惡性腫瘤圍手術期的一項主要治療手段，但是由于腸道上皮對于輻射高度敏感，放射線極易造成腸黏膜上皮的損傷，導致黏膜屏障破壞，腸的通透性增加，引起腸道功能紊亂，造成放射性腸道損傷。因此如何提高放射損傷后腸黏膜的修復功能，減輕放射治療的副作用，成為了臨床上研究的熱點問題。BMSCs具有強大的旁分泌功能，它分泌的組織因子包括：IGF-1、EGF、SDF-1[11]等。IGF-1可以通過PI3K/AKT/P53軸抑制PUMA，從而阻止由于放射損傷導致的腸道干細胞的凋亡[12]。SDF-1是一種骨髓干細胞的趨化因子，已有研究發(fā)現(xiàn)BMSCs可以向放射性損傷的小腸歸巢、定植并橫向分化，但其定植率比較低，難以進行有效的腸黏膜修復。因此只有提高BMSCs在腸道的定植率才能更充分的發(fā)揮其黏膜修復功能。張堅等[13]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)在放射性腸道中SDF-1因子表達增加，通過mCXCR4基因（SDF-1的受體）修飾可明顯提高BMSCs向腸道定植分化的能力，促進放射性腸損傷的修復。是否還有其他方法提高BMSCs在腸道的定植率，有待進一步研究。放射治療導致腸道干細胞衰竭，腸黏膜細胞萎縮變性，腸黏膜分泌的各種消化液及消化酶減少，植入外源性BMSCs可以加快腸道上皮細胞的自我更新，同時有助于腸道分泌功能的恢復。Semont等[14]發(fā)現(xiàn)在放射性腸損傷的大鼠體內(nèi)注入BMSCs后，小腸絨毛長度增加，從而進一步證實了BMSCs在腸道損傷中的修復作用。有研究發(fā)現(xiàn)將BMSCs注入放射性腸損傷的大鼠體內(nèi)，其可以通過調節(jié)小腸上皮細胞的穩(wěn)態(tài)，促進放射性損傷的上皮細胞增殖以及抑制其壞死等作用，明顯改善由于放射導致的可逆性腸功能紊亂[15]。研究表明，同基因小鼠骨髓來源的間充質干細胞能夠促進重度放射損傷小鼠的造血功能的恢復[16]。腸道的血運狀態(tài)恢復后，良好的血液灌注，有助于腸道營養(yǎng)物質的吸收，加強腸道的屏障功能，抵御外源微生物的入侵，早期恢復放射性腸道損傷。放射性胃腸道損傷一直是小腸放射生物學領域的研究熱點，深入研究其發(fā)生機制和救治方法，對于腹部腫瘤局部放療以及核事故引起的消化道損傷的理論與實踐有著積極的意義，基于BMSCs本身的多種功能，它將成為治療放射性腸損傷的主要研究熱點。

2.3 BMSCs在治療肝移植相關性腸病方面的作用 目前，各種原因引起的終末期肝衰竭的患者越來越多，肝移植已經(jīng)成為治療各種終末期肝病患者的最有效治療手段，但是肝移植術后并發(fā)的胃腸功能紊亂成為威脅手術成功與否的關鍵。肝移植術后胃腸功能紊亂的原因包括：手術本身的創(chuàng)傷、缺血再灌注損傷、移植物抗宿主病等。

BMSCs本身具有低免疫源性，初始T細胞對抗原發(fā)生免疫應答反應依靠主要組織相容性復合體(MHC)分子與抗原肽的復合物、T細胞受體(TCR)作為第一信號，同時需要CD28、B7、細胞間黏附分子1(ICAM-1)、細胞間黏附分子2(ICAM-2)等共刺激分子的作用作為第二信號。BMSCs不表達MHC II類分子和FasL，不表達共刺激分子B7-1、B7-2，也不表達或低水平表達MHC I類分子、CD40和CD40L[17]，因而使T細胞無法對抗原產(chǎn)生免疫應答，發(fā)揮其免疫抑制功能。研究發(fā)現(xiàn)在患有自身免疫源性腸病的大鼠模型中注入BMSCs可以在疾病的活動期減少腸系膜淋巴結的數(shù)量，并可以抑制活動性T細胞在腸系膜淋巴結的聚集。急性的移植物抗宿主病機制是供體成熟的T細胞遇到宿主抗原遞呈細胞(APC)時，發(fā)生激活、增殖等反應，BMSCs能抑制T細胞的活化與增殖，改變細胞因子的水平與成分，抑制免疫應答。此外BMSCs還可以通過影響T細胞及DC的遷移，誘導Treg細胞的擴增，抑制B淋巴細胞分泌抗體及調節(jié)NO、DO等可溶性因子的分泌，通過這些免疫調控機制來抑制干細胞移植后出現(xiàn)的移植物抗宿主病，因此臨床上可以將BMSCs應用于移植術后抗排斥反應，減少移植術后由于排斥原因造成的腸功能紊亂。

在肝移植手術中阻斷門靜脈的血流，肝臟缺血造成腸功能受損，當肝臟再通后腸道恢復血流，此時細胞的功能代謝及結構破壞更為嚴重，腸道組織釋放大量的氧自由基，造成缺血再灌注損傷。研究顯示間充質干細胞能夠降低缺血再灌注肝損傷的大鼠丙二醛水平，減少由于脂質過氧化造成的大量氧自由基的釋放[18]，從而可以推測間充質干細胞同樣能夠減輕大量自由基造成的腸道損傷。

在阻斷門靜脈血流造成的缺血缺氧條件下,BMSCs可以通過分泌多種細胞因子提高腸道上皮細胞的生存以及增殖能力，參與組織的修復[19]。它分泌的VEGF及其他血管發(fā)生蛋白，參與損傷區(qū)域的血管化，促進局部血液灌注[20]。同時VEGF還可以阻止白細胞的粘附和慢性炎癥反應，減輕由于炎癥造成的缺血反應[21]。分泌的HGF可以通過促進血管內(nèi)皮細胞增殖，增加血管生成，減少細胞凋亡[22]；FGF促進內(nèi)皮細胞增殖以及血管化，同時還可以使BMSCs在低氧條件下存活率更高[23]。以上可以看出間充質干細胞通過旁分泌功能可以促進細胞再生、抑制功能細胞的凋亡，改善損傷區(qū)域的血管微環(huán)境。BMSCs所顯示的低免疫原性、免疫調節(jié)特性及強大的旁分泌特性在肝移植術后腸病的治療上發(fā)揮著巨大作用，相信隨著對BMSCs研究的不斷深入，BMSCs將更廣泛應用于移植治療中，為控制肝移植相關性腸功能紊亂的發(fā)生帶來新的希望。

3 展望

盡管對間充質干細胞在治療腸道疾病方面的研究取得了巨大的成就，但是也存在很多問題，例如移植時機及移植方式的選擇；用于移植的間充質干細胞究竟輸注多少劑量合適?怎樣控制植入的干細胞由于排斥反應導致的干細胞死亡？如何增強植入細胞的生存力？怎樣避免植入的干細胞由于無限增殖能力導致的新生腫瘤的發(fā)生等一系列問題。相信在以后的研究中，這些問題將會迎刃而解，干細胞療法將會應用于更廣闊的領域，從而更好的服務于臨床。同時，干細胞在細胞和基因工程方面也具有廣泛的應用前景，值得進一步探索。

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