唐星瑤,田 琳

(1首都醫(yī)科大學(xué)附屬第四臨床醫(yī)學(xué)院,北京 100069;2首都醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院;*通訊作者,E-mail:tianlin@ccmu.edu.cn)

矽肺是我國乃至全球發(fā)病率和死亡率最高的一種塵肺病[1]。矽肺是指在職業(yè)活動中長期吸入生產(chǎn)性粉塵并在肺內(nèi)潴留而引起的以肺組織彌漫性纖維化為主的全身性疾病,以矽結(jié)節(jié)的形成和廣泛肺纖維化為特征[2]。2015-2016年全國職業(yè)病報(bào)告情況顯示,2015年報(bào)告職業(yè)病29 180例,其中職業(yè)性塵肺病最多,為26 081例,而矽肺病例多達(dá)10 343例;2016年報(bào)告職業(yè)病31 789例,職業(yè)性塵肺病新病例27 992例,矽肺病例10 072例[3]。塵肺病潛伏期長、隱匿性強(qiáng),實(shí)際患病人數(shù)可能更多[4]。臨床上至今尚無有效的矽肺早期診斷和治療方法,現(xiàn)行的治療方法主要是減輕肺組織炎癥等對癥治療,但效果并不理想。對于晚期患者最佳選擇是進(jìn)行肺移植,但由于供體數(shù)量不能滿足需求,術(shù)后需要免疫抑制治療,以及存在慢性排斥、潛在疾病傳播等原因,肺移植手術(shù)的開展受到很大限制[5]。因此,迫切需要積極尋找有效的治療肺損傷、延緩肺纖維化發(fā)生發(fā)展的方法。干細(xì)胞治療越來越受到研究者的關(guān)注,研究人員在間充質(zhì)干細(xì)胞治療矽肺方面進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)和臨床研究,本文將間充質(zhì)干細(xì)胞在矽肺治療中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 間充質(zhì)干細(xì)胞(marrow mesenchymal stem cells,MSCs)的特征

間充質(zhì)干細(xì)胞是一種具有自我復(fù)制能力和多向分化潛能的成體干細(xì)胞,能夠發(fā)育成硬骨、軟骨、脂肪和其他類型細(xì)胞。MSCs最初在骨髓中發(fā)現(xiàn),因其具有多向分化潛能、造血支持和促進(jìn)干細(xì)胞植入、免疫調(diào)控和自我復(fù)制等特點(diǎn)而日益受到人們的關(guān)注[6]。MSCs屬于中胚層的一類多能干細(xì)胞,主要存在于結(jié)締組織和器官間質(zhì)中,以骨髓組織中含量最為豐富,由于骨髓是其主要來源,因此統(tǒng)稱為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)。BMSCs具有以下特性:具有強(qiáng)大的增殖能力和多向分化潛能,在適宜的體內(nèi)或體外環(huán)境下具有分化為肌細(xì)胞、肝細(xì)胞、成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞等多種細(xì)胞的能力;具有免疫調(diào)節(jié)功能,通過細(xì)胞間的相互作用及產(chǎn)生細(xì)胞因子抑制T細(xì)胞的增殖及其免疫反應(yīng),從而發(fā)揮免疫重建的功能;具有來源方便,易于分離、培養(yǎng)、擴(kuò)增和純化,多次傳代擴(kuò)增后仍具有干細(xì)胞特性,不存在免疫排斥的特性。這些特性都為間充質(zhì)干細(xì)胞治療肺纖維化的可能提供了理論基礎(chǔ)[7]。

2 間充質(zhì)干細(xì)胞治療矽肺的體內(nèi)研究

2.1 間充質(zhì)干細(xì)胞給藥途徑的選擇

在纖維化肺部疾病的研究中,BMSCs給藥途徑主要分為氣管內(nèi)給藥、靜脈內(nèi)給藥,這兩種方法均可有效減輕肺組織損傷,但是究竟哪種方法更加有效,目前還沒有定論。

在矽肺的研究中,國內(nèi)外學(xué)者多采用靜脈內(nèi)給予BMSCs的方式。安國亮等[8]對Wistar雌性大鼠染石英塵后,選擇尾靜脈給予BMSCs,發(fā)現(xiàn)BMSCs減輕了石英所引起的肺組織纖維化,同時Micro CT能夠反映BMSCs拮抗大鼠矽肺纖維化的效果。有學(xué)者[9]經(jīng)尾靜脈給予SD大鼠BMSCs后,BMSCs組第7天肺泡炎癥變化明顯減輕,第28天、56天肺組織內(nèi)結(jié)節(jié)數(shù)及其大小較矽肺組有所減少、減小,病變分布亦較輕,而且肺組織中膠原含量不同程度減少,表明BMSCs尾靜脈移植能減輕游離SiO2致肺損傷后的炎癥和纖維化。黃明等[10]比較BMSCs兩種移植方式效果的差異,發(fā)現(xiàn)經(jīng)靜脈和氣管兩種BMSCs移植方式均可減輕肺部炎癥和纖維組織增生,兩種移植方式的修復(fù)作用沒有顯著性差異。這些研究成果為臨床上根據(jù)患者具體情況采用不同注射方式治療矽肺提供了一定的參考依據(jù),但實(shí)驗(yàn)還需進(jìn)一步深入研究。

2.2 間充質(zhì)干細(xì)胞干預(yù)時間與劑量的選擇

對于BMSCs移植時間,文獻(xiàn)報(bào)道各不相同。朱會興等[11]在探討B(tài)MSCs外源性移植對大鼠矽肺纖維化的療效及其時間窗的關(guān)系時,分別于染塵后第1天、第7天和第14天行BMSCs的干預(yù)治療,結(jié)果顯示與矽肺模型組相比,BMSCs在染塵后第1天及第14天移植的病理改變有明顯減輕,但在第28天移植時則無顯著減輕。然而,相反的研究認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)性矽肺晚期,應(yīng)用骨髓單核細(xì)胞(BMMC)治療可以通過減輕纖維化來改善肺功能[12]。

在肺纖維化疾病中,研究者對BMSCs的給藥劑量有不同的看法。在大鼠矽肺纖維化模型中,趙曼曼等[13]將BMSCs分三種劑量經(jīng)尾靜脈注射(1×106個細(xì)胞/只,3×106個細(xì)胞/只,5×106個細(xì)胞/只),發(fā)現(xiàn)與大鼠矽肺模型組相比,前兩組的病理改變減輕,其中3×106個細(xì)胞/只BMSCs組減輕的作用更加顯著,但是5×106個細(xì)胞/只BMSCs組較矽肺模型組病理改變加重。說明外源性BMSCs移植對大鼠矽肺纖維化有一定的拮抗作用,但該作用與BMSCs的劑量有關(guān)。類似的研究也發(fā)現(xiàn)給予染石英塵大鼠BMSCs 2.5×106個細(xì)胞/只,肺組織炎癥和纖維化程度比染塵組輕[14]。這些研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞干預(yù)矽肺纖維化的時間與劑量的不同會產(chǎn)生不同的治療效果。

2.3 間充質(zhì)干細(xì)胞結(jié)合基因治療

目前基因治療已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里一個新的研究熱點(diǎn),BMSCs被認(rèn)為具有極大潛力成為這一傳遞系統(tǒng)的載體細(xì)胞。Li等[15]將過表達(dá)BMP-7基因的BMSCs(BMP-7-BMSCs)移植入石英誘導(dǎo)的肺纖維化大鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)與石英組相比,BMP-7-BMSCs組肺泡內(nèi)炎癥滲出、結(jié)節(jié)的數(shù)量及膠原纖維的藍(lán)色面積均減少。無論是羥脯氨酸的含量,還是肺組織中Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白、纖維粘連蛋白的表達(dá)均有顯著降低。結(jié)果表明BMP-7-BMSCs能夠拮抗石英誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化,與單純的BMSCs組相比,BMP-7-BMSCs組的拮抗作用更顯著。翁澤平等[16]發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞生長因子(HGF)轉(zhuǎn)染的BMSCs對SiO2誘導(dǎo)的肺泡炎和早期纖維化的抑制作用優(yōu)于BMSCs,認(rèn)為轉(zhuǎn)染HGF的BMSCs對矽肺纖維化有更好治療效果。這些研究成果表明間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合不同的表達(dá)基因?qū)ξ卫w維化可產(chǎn)生不同的治療效果。

3 間充質(zhì)干細(xì)胞治療矽肺的體外研究

3.1 間充質(zhì)干細(xì)胞可能通過分化為上皮細(xì)胞治療矽肺

Banerjee等[17]發(fā)現(xiàn)通常用于維持和生長成熟細(xì)胞的培養(yǎng)基可以成功誘導(dǎo)多能胚胎干細(xì)胞分化為三種成熟的肺組織特異性非纖毛細(xì)胞。而Krause等[18]則通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)骨髓來源的細(xì)胞在體外和體內(nèi)均可呈現(xiàn)肺上皮細(xì)胞的基因表達(dá)譜。Spees等[19]將人間充質(zhì)干細(xì)胞(hMSCs)與熱休克的小氣道上皮細(xì)胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)一部分hMSCs迅速分化為上皮樣細(xì)胞,并恢復(fù)了上皮單層。同樣地,Wang等[20]將MSCs與肺泡上皮細(xì)胞(AECs)共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)從肺中分離出的原發(fā)性AECs完全分化,形成典型的氣道假復(fù)層上皮細(xì)胞。燕玲等[21]將染矽塵大鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞與健康大鼠的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞共培養(yǎng),實(shí)驗(yàn)組的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞水通道蛋白5和表面活性蛋白C均較同時間點(diǎn)對照A組和對照B組增強(qiáng),說明染矽塵大鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞能夠在體外誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化為Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞。這些研究都說明間充質(zhì)干細(xì)胞可能通過分化為肺的相關(guān)上皮細(xì)胞,達(dá)到拮抗矽肺的目的。

3.2 間充質(zhì)干細(xì)胞治療矽肺的其他體外研究

Gupta等[22]將肺泡巨噬細(xì)胞與MSCs共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)可減輕脂多糖(LPS)對巨噬細(xì)胞的刺激,從而減緩肺間質(zhì)纖維化的進(jìn)程。Rojas等[23]在體外實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),來自小鼠受損肺細(xì)胞可產(chǎn)生可溶性因子,使BMSCs增殖并向受損肺遷移。而Li等[24]在體外將BMSCs和大鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞RLE-6TN用Transwell小室共培養(yǎng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)BMSCs可下調(diào)膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ的表達(dá),減少RLE-6TN細(xì)胞的增殖,但未直接轉(zhuǎn)化為肺泡上皮細(xì)胞,認(rèn)為可能通過旁分泌的途徑促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞的增殖,抑制石英誘導(dǎo)的肺纖維化。這些研究為間充質(zhì)干細(xì)胞治療矽肺可能的機(jī)制提供了理論依據(jù),為其發(fā)展與運(yùn)用提供理論基礎(chǔ)。

4 間充質(zhì)干細(xì)胞治療矽肺的臨床研究

4.1 中國在MSCs治療矽肺的臨床研究

Liu等[25]進(jìn)行了一項(xiàng)非隨機(jī)的非對照試驗(yàn),包括4名發(fā)生肺纖維化的矽肺患者,并接受了先前由含有人類HGF cDNA(MSC/HGF)的載體轉(zhuǎn)染的自體骨髓MSCs,觀察到這些患者的血清IgG水平降低并達(dá)到正常范圍(P<0.05),CT掃描顯示肺部結(jié)節(jié)和網(wǎng)狀結(jié)節(jié)病灶部分吸收。隨后,該團(tuán)隊(duì)深入研究,從嚴(yán)重的矽肺患者體內(nèi)分離出BMSCs進(jìn)行純化和體外培養(yǎng),轉(zhuǎn)染入HGF基因,培養(yǎng)后將這些HGF-MSCs再重輸入患者體內(nèi),發(fā)現(xiàn)患者癥狀改善,認(rèn)為HGF聯(lián)合BMSCs移植治療矽肺患者可能具有一定的潛在作用[26]。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了另一項(xiàng)研究,用HGF基因修飾的BMSCs治療10例患者中有3例發(fā)現(xiàn)HGF基因修飾的自體BMSCs治療的胸片和CT均有不同程度的改善,認(rèn)為HGF基因修飾的自體BMSCs治療對矽肺有益[27]。孫莉莉等[28]將大容量雙肺同期灌洗術(shù)與MSCs移植聯(lián)合應(yīng)用,對10例塵肺病進(jìn)行臨床研究,發(fā)現(xiàn)此法可以有效抗炎及抗纖維化,患者術(shù)后情況良好。

4.2 其他國家在間充質(zhì)干細(xì)胞治療矽肺的臨床研究

Morales等[29]通過支氣管鏡將骨髓源性單核細(xì)胞(BMDMCs)植入5例矽肺患者體內(nèi)進(jìn)行治療,并在治療開始前和BMDMCs治療后360 d進(jìn)行掃描,且在灌注后2 h和24 h進(jìn)行全身和平面掃描,結(jié)果顯示治療后無不良反應(yīng),患者的肺功能也得到一定改善,提示經(jīng)支氣管給予BMDMCs治療急性和慢性矽肺是可行和安全的。這些研究為間充質(zhì)干細(xì)胞應(yīng)用于矽肺的臨床治療提供了依據(jù),但仍需進(jìn)一步探索。

5 結(jié)語

除了矽肺外,還有其他肺部疾病會發(fā)生肺纖維化,如特發(fā)性肺纖維化、放射性肺纖維化、慢性阻塞性肺氣腫等,已有的研究顯示間充質(zhì)干細(xì)胞對這些疾病起治療作用[30]。間充質(zhì)干細(xì)胞對矽肺的治療有很大的應(yīng)用前景,為肺纖維化的治療提供了可能,但目前還不能將其廣泛應(yīng)用于臨床治療,其安全性、可靠性等問題還需通過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究,間充質(zhì)干細(xì)胞作為治療矽肺的一種可能方案,具有強(qiáng)大的潛在應(yīng)用價值,等待學(xué)者們進(jìn)一步探究。