人羊膜上皮細(xì)胞改善缺血再灌注損傷的研究進(jìn)展

李長(zhǎng)春 劉敏 張強(qiáng) 尹熙惠 洪蘭 方成虎

(1延邊大學(xué)附屬醫(yī)院,吉林 延吉 133000;2上海市虹口區(qū)江灣醫(yī)院(上海健康醫(yī)學(xué)院附屬第一康復(fù)醫(yī)院);3延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)與病理生理學(xué)教研室)

缺血-再灌注損傷(IRI)是近年來臨床醫(yī)生所面臨的一個(gè)比較棘手的問題。IRI引起的組織損傷分為缺血損傷和再灌注損傷兩部分。如冠狀動(dòng)脈硬化導(dǎo)致的心肌梗死、器官移植、肢體損傷、創(chuàng)傷性休克、腦卒中等都可能引起組織缺血損傷和再灌注損傷。重度IRI引起的細(xì)胞損傷可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、自噬和壞死〔1～3〕;中度IRI可能通過自噬引起細(xì)胞功能障礙,如果損傷嚴(yán)重,可通過凋亡或壞死途徑誘導(dǎo)細(xì)胞死亡〔4〕;輕度IRI可能激活細(xì)胞生存程序,以控制活性氧(ROS)的產(chǎn)生和細(xì)胞損傷〔5〕。因此,IRI程度取決于整個(gè)組織損傷的嚴(yán)重程度〔6〕。在缺血性疾病搶救和治療過程中發(fā)現(xiàn),缺血和低氧可引起組織細(xì)胞壞死和凋亡,并伴有細(xì)胞因子、趨化因子和ROS的釋放,這些信號(hào)啟動(dòng)炎癥細(xì)胞如中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的浸潤(rùn),導(dǎo)致炎癥增強(qiáng)和進(jìn)一步細(xì)胞損傷和破壞〔7〕。此外,黏附白細(xì)胞介導(dǎo)的內(nèi)皮損傷和微血管堵塞導(dǎo)致管周毛細(xì)血管丟失,從而加重缺血〔8〕。缺血狀態(tài)下還可誘導(dǎo)無氧代謝,導(dǎo)致三磷酸腺苷(ATP)產(chǎn)生水平降低,離子交換通道失效從而導(dǎo)致細(xì)胞腫脹和細(xì)胞質(zhì)中的酶活性受損;再灌注狀態(tài)下線粒體損傷和電解質(zhì)失衡從3個(gè)主要系統(tǒng)促進(jìn)氧化應(yīng)激:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶系統(tǒng)、一氧化氮合酶系統(tǒng)和黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)。ROS保留誘導(dǎo)細(xì)胞損傷,通過自噬、有絲分裂、壞死和凋亡4種途徑導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此,恢復(fù)缺血組織血流量后的臨床結(jié)果并不理想〔9〕。由于其多因素的病理生理機(jī)制一旦建立,就沒有有效的藥理學(xué)方法來阻止IRI的發(fā)展或逆轉(zhuǎn)組織損傷〔10〕。因此,臨床上迫切需要有效的治療方法解決相關(guān)問題。研究表明,以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的療法有可能減輕許多嚴(yán)重疾病的負(fù)擔(dān),該法主要依賴于干細(xì)胞的兩種特性:向3種胚層的分化能力(多能性)及免疫調(diào)節(jié)功能〔11〕。多能性允許干細(xì)胞分化成所需類型的細(xì)胞,以達(dá)到細(xì)胞替代的目的;免疫調(diào)節(jié)特性可用于控制免疫介導(dǎo)的炎癥和組織排斥反應(yīng)〔12〕。傳統(tǒng)上,多能性被認(rèn)為是胚胎干細(xì)胞的特性,而免疫調(diào)節(jié)被認(rèn)為是來自成體組織的間充質(zhì)干細(xì)胞的特性。多項(xiàng)研究表明,某些圍生期細(xì)胞代表了一類新的干細(xì)胞,在體外和體內(nèi)都具有多能性和免疫調(diào)節(jié)作用,即人羊膜上皮細(xì)胞(hAECs)。hAECs來源于羊膜上皮層,是一種具有類似于干細(xì)胞分化能力和成熟干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)特性的細(xì)胞,由于其多能性、低突變頻率、免疫原性低,致瘤性低,來源豐富,無倫理風(fēng)險(xiǎn),在再生醫(yī)學(xué)中受到廣泛關(guān)注〔13〕,且該細(xì)胞在許多疾病治療中取得了良好的效果,本文對(duì)hAECs在治療腎、肝臟和腦IRI方面的作用及機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 hAECs治療腎IRI

急性腎損傷(AKI)是由缺血引起的一種常見的臨床事件,其發(fā)病率和死亡率都很高,也可發(fā)展為慢性腎臟疾病〔14〕。目前治療AKI主要方法還是腎臟替代治療和腎移植,而IRI又是腎移植的重要危險(xiǎn)因素。在腎IRI過程中,會(huì)發(fā)生一系列事件,如隨著腎小管上皮細(xì)胞的凋亡和壞死,ROS代謝產(chǎn)物的蓄積,鈣超載,炎癥介質(zhì)和能量代謝紊亂等,從而導(dǎo)致腎功能障礙,引起代謝異?！?5〕。研究發(fā)現(xiàn),干細(xì)胞療法在多種腎臟疾病中具有腎保護(hù)作用,但尚未檢測(cè)到干細(xì)胞可分化足夠數(shù)量的細(xì)胞來重建腎組織器官〔16〕。Wang等〔17〕通過神經(jīng)膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(GDNF)促進(jìn)羊水干細(xì)胞(AFSCs)抑制小鼠腎小管上皮細(xì)胞凋亡的能力,建立了體外缺氧-復(fù)氧模型模擬腎臟損傷微環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)GDNF-AFSCs處理后顯著抵消了氧化/硝化應(yīng)激,GDNF-AFSCs可以促進(jìn)衰老細(xì)胞凋亡,增加生長(zhǎng)因子含量,這在腎損傷細(xì)胞治療方面具有優(yōu)勢(shì)。Ren等〔18〕通過改變雙側(cè)腎蒂夾持時(shí)間來控制損傷程度,建立小鼠缺血性腎損傷模型。33 min-IRI組7 d死亡率達(dá)到90.0%,注射hAECs使7 d死亡率從90.0%降低到47.4%;注射hAECs后第1天和第2天血清肌酐水平下降;與對(duì)照組比較,注射hAECs后腎皮質(zhì)和外髓質(zhì)區(qū)壞死和損傷小管的比例更低。由此說明,hAECs可促進(jìn)小鼠腎功能,增加IRI小鼠的生存率。

2 hAECs治療腦IRI

顱腦IRI指的是再灌注后神經(jīng)功能障礙加重〔19〕,包括抗氧化治療在內(nèi)的大多數(shù)治療方法被證明是無效的〔20〕,此類損傷與炎癥反應(yīng)程度有密切關(guān)系〔21〕。因此,如何控制炎癥反應(yīng)在腦IRI的進(jìn)展是本病治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn),hAECs可表達(dá)羊階段特異性表面抗原(SSEA)-3、SSEA-4、八集體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子(Oct)-4、Nanog等干細(xì)胞標(biāo)志,具有多向分化潛能〔22,23〕。hAECs可分化為神經(jīng)細(xì)胞并表達(dá)與神經(jīng)細(xì)胞相關(guān)的多種標(biāo)志物〔24〕。Sakuragawa等〔25〕報(bào)道培養(yǎng)的hAECs中有超過50%的細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)元標(biāo)志物,如膠原三螺旋重復(fù)蛋白(RC)1、波形蛋白、神經(jīng)絲蛋白、微管相關(guān)蛋白(MAP)2激酶,有20%表達(dá)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物,如膠質(zhì)纖維酸性蛋白、環(huán)核苷酸磷酸二酯酶、髓鞘堿性蛋白和半乳糖腦苷脂。有研究證實(shí),體外培養(yǎng)和誘導(dǎo)的hAECs以不同比例分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞〔26～28〕。Okawa等〔29〕在hAECs治療成年沙鼠腦缺血損傷時(shí),發(fā)現(xiàn)hAECs移植入海馬后可遷移到海馬CA1錐體層,并轉(zhuǎn)化成神經(jīng)元樣細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞。Evans等〔30〕報(bào)道,將hAECs移植到腦缺血小鼠模型后,腦炎癥、腦梗死發(fā)展和功能缺陷明顯減輕和緩解;hAECs可通過趨化因子受體4依賴機(jī)制向缺血腦組織遷移,早期注射hAECs可有效控制絨猴腦缺血后梗死發(fā)展。此外,研究表明磷酸肌醇3-激酶和絲氨酸/蘇氨酸激酶信號(hào)通路是介導(dǎo)細(xì)胞存活的重要途徑。如Ding等〔31〕通過川芎嗪治療可激活蘇氨酸激酶通路,促進(jìn)氧葡萄糖剝奪后hAECs中一氧化氮生成,而川芎嗪對(duì)正常hAECs中磷酸肌醇3-激酶和絲氨酸/蘇氨酸激酶通路和一氧化碳生成無顯著影響。由此表明,川芎嗪在腦IRI損傷中的作用很可能是通過激活磷酸肌醇3-激酶和絲氨酸/蘇氨酸激酶通路,從而激活內(nèi)皮型一氧化碳合酶/一氧化碳信號(hào)通路增加一氧化氮的產(chǎn)生來實(shí)現(xiàn)的。由此可見川芎嗪作為激活物使得hAECs在腦IRI中發(fā)揮保護(hù)細(xì)胞作用。

3 hAECs對(duì)肝臟IRI治療的作用

IRI是肝切除、肝移植等手術(shù)過程中發(fā)生肝損傷的重要原因〔32〕。當(dāng)肝臟恢復(fù)血供,容易進(jìn)一步加重缺血造成的損傷〔33〕。內(nèi)皮細(xì)胞和枯否細(xì)胞腫脹〔34〕、血管收縮〔35〕、白細(xì)胞浸潤(rùn)〔36〕和竇內(nèi)血小板聚集是IRI的特征〔37〕。枯否細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的激活導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子〔38〕和自由基〔39〕釋放,進(jìn)一步加重肝臟損傷。腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素是參與肝臟IRI最常見的強(qiáng)效細(xì)胞因子〔40～42〕。王新黨等〔43〕在大鼠IRI肝模型(干細(xì)胞移植組、模型組、正常對(duì)照組)建立2 w后進(jìn)行hAECs移植,發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞移植組門冬氨酸轉(zhuǎn)移酶、丙氨酸轉(zhuǎn)移酶和丙二醛表達(dá)量較模型組下降,但丙二醛仍較正常對(duì)照組高。以上結(jié)果說明了干細(xì)胞移植組大鼠肝功能在hAECs 移植后明顯改善,脂質(zhì)過氧化反應(yīng)程度減輕,由此證明了hAECs移植可促進(jìn)修復(fù)肝臟IRI。

綜上,hAECs在IRI的作用及相關(guān)機(jī)制有些證據(jù)還停留在臨床前實(shí)驗(yàn)階段,但為今后臨床治療過程提供了新的思路,例如該細(xì)胞在治療心肌IRI治療中還無具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但該細(xì)胞在治療心肌梗死、預(yù)防心室重構(gòu)等方面已有明確的作用。推測(cè)hAECs在治療心肌IRI可能也會(huì)有積極作用,但仍需驗(yàn)證。