間充質干細胞治療慢性阻塞性肺疾病機制研究進展

金志賢，周開華，畢虹，杜俊毅，陳敏，王清(昆明市第一人民醫(yī)院，昆明650011)

·綜述·

間充質干細胞治療慢性阻塞性肺疾病機制研究進展

金志賢，周開華，畢虹，杜俊毅，陳敏，王清(昆明市第一人民醫(yī)院，昆明650011)

摘要：目的慢性阻塞性肺疾病(COPD)主要采用藥物治療，但暫無可治愈COPD的藥物。目前，關于間充質干細胞(MSCs)治療肺部疾病的研究較多。本文總結了COPD發(fā)病機制的研究進展，在此基礎上探討MSCs治療COPD的療效及其可能的機制，主要包括抑制炎癥反應、糾正蛋白酶/抗蛋白酶失衡、抗細胞凋亡、抑制氧化應激及轉分化為肺泡上皮細胞等，為MSCs應用于臨床提供理論依據。

關鍵詞：慢性阻塞性肺疾??；肺氣腫；間充質干細胞；炎癥；蛋白酶/抗蛋白酶失衡；細胞凋亡；氧化應激

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是最常見的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，發(fā)病率及病死率均高[1]。其為一種以氣流受限為特征的疾病，這種氣流受限與有害顆?；驓怏w所致的氣道及肺部慢性炎癥有關，通常呈進行性發(fā)展，COPD病理改變包括小氣道炎癥及肺氣腫。目前，COPD的治療主要是藥物治療，包括抗炎藥物(激素)、茶堿類及支氣管舒張劑，這些藥物可減輕氣道阻塞，限制COPD急性加重，但無法阻止疾病進展。研究表明，間充質干細胞(MSCs)移植已經用于肺纖維化[2]、肺動脈高壓[3]及急性肺損傷[4]的治療?，F結合COPD的發(fā)病機制，對MSCs治療COPD機制的相關研究進展綜述如下。

1抑制炎癥反應

2糾正蛋白酶/抗蛋白酶失衡

正常情況下，內源性蛋白酶抑制劑控制著蛋白酶的活性。蛋白酶與抗蛋白酶之間動態(tài)平衡對于維持正常的肺泡結構非常重要。有研究表明，與非吸煙者相比，吸煙者α1-抗胰蛋白酶(α1-AT)的活性下降約40%[8]。吸煙可刺激炎性細胞進入肺部、活化，活化的炎性細胞及肺上皮細胞釋放大量蛋白酶，如中性白細胞彈性蛋白酶(NE)、基質金屬蛋白酶(MMP)等。炎癥和氧化應激可使蛋白酶活化，蛋白酶又可促進炎性因子產生及激活，促進黏液高分泌，使氣道反復發(fā)生細菌感染。故蛋白酶釋放、激活與炎癥反應之間形成正反饋回路。另一方面，吸煙可使蛋白酶抑制劑活性降低。二者共同導致蛋白酶/抗蛋白酶失衡，從而加速細胞外基質降解，使肺結構細胞凋亡，肺泡壁破壞，肺泡腔擴大，并能放大炎癥反應，最終導致肺實質持續(xù)性破壞。

有學者給吸煙誘導的肺氣腫大鼠肺內輸注MSCs，發(fā)現大鼠肺氣腫減輕，肺功能得到改善，血清MMP-9、MMP-12水平明顯降低[6]。MSCs的肺保護機制可能與糾正蛋白酶/抗蛋白酶失衡有關，具體機制尚不清楚，可能通過阻斷蛋白酶釋放、激活與炎癥反應之間形成正反饋回路而糾正蛋白酶/抗蛋白酶失衡[9]。

3抗細胞凋亡

細胞凋亡是一種嚴密控制的細胞程序性死亡，有利于清除無用的、受損傷的及被感染的細胞，對于維持正常組織穩(wěn)態(tài)非常重要。正常情況下，細胞凋亡與細胞增殖處于動態(tài)平衡狀態(tài)。肺泡壁細胞凋亡是肺氣腫形成的重要機制[10]。COPD患者肺泡上皮細胞凋亡增加，細胞凋亡與增殖處于失衡狀態(tài)[11]。

研究表明，VEGF可促進肺泡上皮細胞增殖、維持正常的肺泡結構，予VEGF受體抑制劑則可加速肺泡上皮細胞凋亡[12]。在肺氣腫患者或吸煙者的肺組織、誘導痰及BALF中，VEGF及其受體的基因、蛋白表達水平明顯降低[13]。多項研究發(fā)現，MSCs可促進VEGF分泌[6, 14]及誘導VEGF受體-2的表達[6]，且在木瓜酶[15]或吸煙[6]誘導的肺氣腫大鼠模型中，MSCs移植均可減少肺泡上皮細胞凋亡，故推測MSCs可能通過逆轉吸煙暴露對VEGF信號通路的抑制作用，抑制肺泡上皮細胞凋亡，達到治療COPD的目的。MSCs移植還可通過改變凋亡基因及抗凋亡基因表達水平來抑制肺泡上皮細胞凋亡。有學者[16]發(fā)現，MSCs移植可上調木瓜酶誘導的肺氣腫大鼠肺組織中抗凋亡基因Bcl-2的表達水平，下調促凋亡基因Bax的表達水平。另外，MSCs移植也可通過降低Caspase-3的活性從而抑制細胞凋亡[17]。

4抑制氧化應激

外源性途徑(吸煙及空氣污染)及內源性途徑(機體代謝反應)產生的ROS參與COPD的發(fā)病過程。吸煙是ROS的主要外源性來源[18]，因吸煙而激活的炎性細胞(巨噬細胞、嗜中性粒細胞、嗜酸性粒細胞等)可產生高水平內源性ROS，進一步增加氧負荷。正常情況下，肺臟擁有廣大的細胞內及細胞外抗氧化防御系統(tǒng)，可快速滅活ROS，保護肺部細胞免受氧化損傷。而吸煙使ROS產生過多，當抗氧化劑產生不足或抗氧化功能遭到損害時，機體的氧化/抗氧化平衡將被打破，發(fā)生氧化應激[19～21]。

氧化應激在COPD的發(fā)病機制中起樞紐性作用。氧化應激可上調氧化還原敏感性轉錄因子(如NF-κB)及活化蛋白-1(AP-1)表達，激活其下游信號傳導通路，調控多種炎性因子基因表達；還可通過降低中性粒細胞的可塑變形性，使中性粒細胞滯留于肺部，放大慢性炎癥反應。同時，炎性細胞又可釋放大量ROS，使氧化應激與炎癥反應之間形成正反饋回路。氧化應激還可促進蛋白酶產生、激活，降低蛋白酶抑制劑活性，從而導致蛋白酶/抗蛋白酶失衡；通過抑制VEGF、激活NF-κB及直接損傷DNA等途徑誘發(fā)肺泡上皮細胞凋亡。氧化應激與細胞凋亡之間也存在正反饋回路，二者在肺泡結構破壞、肺氣腫形成過程中起協(xié)同作用。

MSCs在調節(jié)氧化還原環(huán)境中的作用是目前研究的熱點。有研究報道，對脂多糖誘導的肺損傷大鼠行MSCs移植能提高大鼠存活率，同時降低氧化應激水平[22]。MSCs移植可降低過氧化物丙二醛(MDA)水平，上調血紅素氧化酶-1水平，后者具有很強的抗氧化應激及細胞保護作用[23]。在自發(fā)性中風動物模型中，MSCs移植也可降低腦組織氧化應激水平[24]。還有學者[25]發(fā)現，MSCs移植有助于降低肺氣腫大鼠肺組織的氧化應激水平，具體機制尚不明確。

此外，MSCs還可能通過分化為肺泡上皮細胞起到治療肺氣腫的效果。對于MSCs能分化為哪型肺泡上皮細胞，目前仍存在爭議。在脂多糖和吸煙誘導的肺氣腫大鼠模型中[26]及博來霉素誘導的肺損傷大鼠模型中[2, 27,28]，MSCs可分化為肺泡Ⅰ型上皮細胞和(或)肺泡Ⅱ型上皮細胞。有研究表明，MSCs分化為肺泡Ⅱ型上皮細胞可能與wnt經典信號通路的激活有關[29]，確切機制尚需進一步研究。

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(收稿日期：2014-09-17)

通信作者：王清

基金項目：云南省應用基礎研究資助項目(2012FB106)。

中圖分類號：R563.3

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2015)02-0096-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.02.039