骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在肺纖維化中抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展

李鑫麗,張春媚,趙忠?guī)r

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科,吉林 長春130033)

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)是一群具有自我更新能力并具有多項分化潛能的祖細(xì)胞,研究顯示其能通過多種機制改善已經(jīng)發(fā)生纖維化的肺內(nèi)結(jié)構(gòu),恢復(fù)肺通氣功能[1],其作用機制可能與抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT),改善肺泡上皮損傷等多種途徑有關(guān)[2-3]。本文就BMSCs在肺纖維化中抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展做一綜述。

1 BMSCs抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的途徑

上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化是指上皮細(xì)胞在細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)等介導(dǎo)下失去其特定的內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物如內(nèi)皮鈣黏素(E-Cad),變?yōu)閾碛虚g質(zhì)標(biāo)記,如α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)的肌成纖維細(xì)胞并在受損肺泡基底膜處聚集,成為“成纖維細(xì)胞灶”,過量分泌細(xì)胞外基質(zhì),如膠原蛋白從而發(fā)生肺纖維化的過程[4]。Jiang 等發(fā)現(xiàn)在二氧化硅(SiO2)誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型中,α-SMA表達(dá)增加,血管結(jié)構(gòu)破壞,內(nèi)皮細(xì)胞損傷,BMSCs治療兩周抑制了SiO2誘導(dǎo)的E-Cad表達(dá)降低和間充質(zhì)標(biāo)志物表達(dá)增加,阻斷SiO2誘導(dǎo)的膠原沉積持續(xù)增加,表明BMSCs對外界刺激引起的EMT產(chǎn)生治療作用[5]。這一過程可能是通過多種途徑實現(xiàn)的。

1.1 BMSCs抑制細(xì)胞外基質(zhì)沉積

BMSCs除減輕肺上皮損傷并啟動其修復(fù)外,還能通過減少細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)沉積的作用治療肺纖維化。ECM沉積主要指膠原蛋白的沉積,是肺纖維化的典型病理改變,是肺功能喪失的直接原因,它既是EMT的結(jié)果,也是誘導(dǎo)EMT發(fā)生的直接因素。Wei等通過實驗發(fā)現(xiàn)BMSCs移植通過下調(diào)矽肺大鼠ECM成分,包括纖維連接蛋白和膠原蛋白[6],從而抑制EMT,TGF-β/SMAD信號通路被認(rèn)為是這一過程的主要參與者[7- 8]。結(jié)締組織生長因子(CTGF)是一種ECM相關(guān)蛋白,與纖維化的形成直接相關(guān),并可與TGF-β協(xié)同作用促進(jìn)ECM的產(chǎn)生。Abdel等發(fā)現(xiàn)用BMSCs治療胺碘酮誘導(dǎo)的肺纖維化大鼠,可使肺組織中Ⅰ型膠原和CTGF基因表達(dá)降低,膠原分泌減少,肺組織學(xué)改善[9]。因此,BMSCs可能在基因水平和分子水平同時作用減輕ECM沉積。

也有研究支持BMSCs通過調(diào)節(jié)肺纖維化過程中不同階段基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)的含量來延緩肺纖維化的進(jìn)展。在博萊霉素致肺損傷的早期階段,MMPs的表達(dá)增多,活性增加,而TIMPs的表達(dá)相對降低,肺組織的膠原溶解活性增加。相反,在肺纖維化形成期,二者比例倒置,肺組織的膠原溶解活性降低,促進(jìn)膠原蛋白沉積,加速肺纖維化[10]。Zhao等[3]通過分析比對一系列此類研究發(fā)現(xiàn),在肺損傷的早期炎癥階段,BMSCs可以通過下調(diào)MMPs的表達(dá)來減少MMPs對肺組織的損傷,而在纖維化后期,BMSCs上調(diào)MMPs的表達(dá),抑制TIMPs的活性,從而促進(jìn)MMPs對膠原蛋白的溶解作用,恢復(fù)受損組織的結(jié)構(gòu)和功能。

1.2 BMSCs改善組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)

在肺纖維化早期階段,持續(xù)存在的異常刺激物導(dǎo)致肺泡內(nèi)炎癥反應(yīng)發(fā)生,大量炎癥因子釋放,破壞肺內(nèi)免疫穩(wěn)態(tài),促進(jìn)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生[11]。Chen等發(fā)現(xiàn)BMSCs移植可抑制百草枯中毒小鼠肺組織中腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)等促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,最終減輕肺纖維化[12]。這與Gad等的實驗結(jié)果一致[7]。Wei等[6]研究表明,BMSCs可抑制SiO2誘導(dǎo)的大鼠肺組織和支氣管肺泡灌洗液中炎性細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表達(dá)。也有多項研究顯示BMSCs可直接分泌抑炎因子如白細(xì)胞介素-10(IL-10)、前列腺素E2、白細(xì)胞介素-1受體拮抗劑等[13],起到抑制炎癥反應(yīng),減輕肺泡上皮損傷的作用。同時,BMSCs治療還可顯著改善丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽和氧化谷胱甘肽等氧化損傷指標(biāo),對肺組織起到保護(hù)作用[14]。

BMSCs對炎癥或損傷部位具有趨向性[2],表現(xiàn)出很強的遷移能力,歸巢至受損的肺組織[13,15-17],起到免疫調(diào)節(jié)作用。有研究發(fā)現(xiàn)[18]在結(jié)締組織病導(dǎo)致的間質(zhì)性肺炎及肺纖維化過程中,細(xì)胞毒性T細(xì)胞水平升高,并伴隨調(diào)節(jié)性T細(xì)胞水平降低,而體外添加BMSCs可以逆轉(zhuǎn)這一變化,并促進(jìn)抗纖維化因子(干擾素誘導(dǎo)蛋白-10)的產(chǎn)生,阻止肺纖維化的進(jìn)展。這與Takao等[19]的研究結(jié)果一致,BMSCs通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞入肺,糾正細(xì)胞因子平衡失調(diào),從而抑制博萊霉素誘導(dǎo)的肺部炎癥和纖維化。BMSCs本身具有免疫原性,可減輕宿主的免疫排斥反應(yīng),進(jìn)而減弱肺纖維化發(fā)生時的炎癥反應(yīng),起到保護(hù)肺組織的作用[20]。也有研究顯示BMSCs通過產(chǎn)生免疫抑制分子促進(jìn)巨噬細(xì)胞從促炎表型向抗炎表型極化,發(fā)揮抗炎作用[21],從而減輕肺上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞損傷,從而阻斷其發(fā)展為肺纖維化。

1.3 BMSCs的修復(fù)作用

肺泡上皮損傷被認(rèn)為是肺纖維化早期的重要特征,持續(xù)的上皮損傷激活成纖維細(xì)胞,促進(jìn)纖維化[22]。反復(fù)發(fā)生、遷延不愈的上皮細(xì)胞損傷和異常的修復(fù)過程最終導(dǎo)致肺纖維化[23]。BMSCs具有多項分化潛能,可分化為不同類型的細(xì)胞,如Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞,參與肺損傷的修復(fù)過程[13,20]。肺纖維化的發(fā)展過程中,BMSCs可分化為Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞,增加受損部位的肺泡上皮細(xì)胞來源,增強其損傷修復(fù)能力來緩解肺纖維化的發(fā)生。另一方面,BMSCs還可以通過抑制肺泡上皮細(xì)胞凋亡減少肺組織損傷[20]。有研究者發(fā)現(xiàn)在體外實驗中BMSCs減少百草枯誘導(dǎo)的肺上皮細(xì)胞凋亡[12]。Zhao等[24]研究顯示給予矽肺小鼠模型移植BMSCs后凋亡相關(guān)蛋白包括Bax顯著下調(diào),Bcl-2/Bax顯著上調(diào),熱裂解相關(guān)蛋白顯著減少,而對自噬相關(guān)蛋白無顯著影響,因此BMSCs主要通過抑制凋亡和焦亡保護(hù)肺組織免受嚴(yán)重纖維化。

2 BMSCs抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的分子機制

BMSCs通過多種途徑抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,其分子機制涉及多條信號通路的參與。

2.1 經(jīng)典Wnt信號通路

Wnt/β-catenin信號通路在進(jìn)化過程中高度保守,通過調(diào)節(jié)干細(xì)胞的多能性,在發(fā)育過程中決定細(xì)胞的分化命運。Wnt11通路的激活還被證實可以誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞分化,使α-SMA表達(dá)增加,發(fā)生間質(zhì)性變。越來愈多的研究顯示W(wǎng)nt/β-catenin信號通路參與了由各種原因?qū)е碌姆卫w維化[25-26]。Zhang等[27]通過檢測EMT和Wnt/β-catenin通路相關(guān)蛋白的表達(dá)證實BMSCs移植可抑制EMT,減輕大鼠SiO2誘導(dǎo)的肺纖維化,并發(fā)現(xiàn)其抗纖維化作用可能是通過減弱Wnt/β-catenin信號通路來實現(xiàn)的。

2.2 外泌體的作用

外泌體是由細(xì)胞分泌的雙層脂質(zhì)膜囊泡[28]。越來越多的證據(jù)表明,外泌體通過裝載miRNAs、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等物質(zhì)進(jìn)行細(xì)胞間的信息傳遞,在包括細(xì)胞分化、免疫反應(yīng)等多種細(xì)胞活動中發(fā)揮重要作用[29]。miR-466f-3p是外泌體攜帶的一種miRNAs,主要通過抑制AKT/GSK3β通路發(fā)揮保護(hù)作用。Li等[26]通過miRNAs微陣列分析顯示,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體通過分泌miR-466f-3p進(jìn)而靶向AKT/GSK3β信號通路可以減輕外源性輻射誘導(dǎo)的EMT,支持外體miR-466f 3p的抗纖維化特性。

2.3 SMAD蛋白家族的作用

SMAD蛋白家族是位于細(xì)胞質(zhì)中的TGF-β受體激酶的下游底物。它將TGF-β信號從細(xì)胞膜傳遞到細(xì)胞核,調(diào)節(jié)促纖維化基因,激活α-SMA的基因表達(dá),促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化,誘導(dǎo)EMT,并通過SMAD蛋白增強膠原蛋白和基質(zhì)沉積[8]。Wei等[6]研究顯示BMSCs抑制硅誘導(dǎo)的TGF-β1、SMAD2和SMAD3升高和SMAD7降低。表明TGF-β1/SMAD信號通路可能是BMSCs抑制EMT的作用靶點,而這一作用也與外泌體的分泌功能密切相關(guān)[8,30]。

3 展望與小結(jié)

一部分學(xué)者認(rèn)為BMSCs不但在炎癥的最初階段,而且能在隨后的慢性纖維化階段改善肺纖維化[31]。但也有研究表明BMSCs對肺纖維化的逆轉(zhuǎn)作用僅局限于疾病早期。Srour等[32]發(fā)現(xiàn),在損傷后早期給予BMSCs可減輕炎癥反應(yīng)并減輕博萊霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化程度。然而,博萊霉素給藥后7天給予BMSCs對小鼠或豬肺中已建立的纖維化變化沒有影響,并且會增加受損組織中的瘢痕形成,惡化疾病進(jìn)程。BMSCs的作用時機仍需進(jìn)一步研究探索。另一方面,為了提高BMSCs向受損肺組織的遷移速度及提高利用率,有學(xué)者提出氣管內(nèi)或支氣管內(nèi)途徑可能增強BMSCs的功效[2]。因此,BMSCs對肺纖維化的逆轉(zhuǎn)作用的最佳時機、作用途徑等需要進(jìn)一步研究闡明。