骨髓间充质干细胞在肺纤维化中抑制上皮-间充质转化的研究进展.pdf

04文章编号：10 0 7 42 8 7（2 0 2 3)0 6 0 7 45第2 7 卷第6 期中国实验诊断学2023年6 月745骨髓间充质干细胞在肺纤维化中抑制上皮-间充质转化的研究进展李鑫丽，张春媚，赵忠岩*（吉林大学中日联谊医院重症医学科，吉林长春130 0 33）骨髓间充质干细胞（BMSCs）是一群具有自我更新能力并具有多项分化潜能的祖细胞，研究显示其能通过多种机制改善已经发生纤维化的肺内结构，恢复肺通气功能1，其作用机制可能与抑制上皮-间充质转化（EMT），改善肺泡上皮损伤等多种途径有关 2-3。本文就BMSCs在肺纤维化中抑制上皮-间充质转化的研究进展做一综述。1BMSCs抑制上皮-间充质转化的途径上皮-间充质转化是指上皮细胞在细胞因子如转化生长因子(TGF-)等介导下失去其特定的内皮细胞标志物如内皮钙黏素（E-Cad），变为拥有间质标记，如-平滑肌肌动蛋白（-SMA）的肌成纤维细胞并在受损肺泡基底膜处聚集，成为“成纤维细胞灶”，过量分泌细胞外基质，如胶原蛋白从而发生肺纤维化的过程 4)。Jiang等发现在二氧化硅（SiO,）诱导的小鼠肺纤维化模型中，-SMA表达增加，血管结构破坏，内皮细胞损伤，BMSCs治疗两周抑制了SiO2诱导的E-Cad表达降低和间充质标志物表达增加，阻断SiO，诱导的胶原沉积持续增加，表明BMSCs对外界刺激引起的EMT产生治疗作用 5这一过程可能是通过多种途径实现的。1.1BMSCs抑制细胞外基质沉积BMSCs除减轻肺上皮损伤并启动其修复外，还能通过减少细胞外基质（ECM)沉积的作用治疗肺纤维化。ECM沉积主要指胶原蛋白的沉积，是肺纤维化的典型病理改变，是肺功能丧失的直接原因，它既是EMT的结果，也是诱导EMT发生的直接因素。Wei等通过实验发现BMSCs移植通过下调矽肺大鼠ECM成分，包括纤维连接蛋白和胶原蛋白 6 ，从而抑制EMT，T G F-/SMAD信号通路被认为是这一过程的主要参与者 7-8 。结缔组织生长因子(CTGF)是一种ECM相关蛋白，与纤维化的形成直接相关，并可与TGF-协同作用促进ECM的*通讯作者产生。Abdel等发现用BMSCs治疗胺碘酮诱导的肺纤维化大鼠，可使肺组织中I型胶原和CTGF基因表达降低，胶原分泌减少，肺组织学改善 9 。因此，BMSCs可能在基因水平和分子水平同时作用减轻ECM沉积。也有研究支持BMSCs通过调节肺纤维化过程中不同阶段基质金属蛋白酶（MMPs）和基质金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）的含量来延缓肺纤维化的进展。在博莱霉素致肺损伤的早期阶段，MMPs的表达增多，活性增加，而TIMPs的表达相对降低,肺组织的胶原溶解活性增加。相反，在肺纤维化形成期，二者比例倒置，肺组织的胶原溶解活性降低，促进胶原蛋白沉积，加速肺纤维化 10 。Zhao等 3 通过分析比对一系列此类研究发现，在肺损伤的早期炎症阶段，BMSCs可以通过下调MMPs的表达来减少MMPs对肺组织的损伤，而在纤维化后期，BMSCs上调MMPs的表达，抑制TIMPs的活性，从而促进MMPs对胶原蛋白的溶解作用，恢复受损组织的结构和功能。1.2BMSCs改善组织内稳态在肺纤维化早期阶段，持续存在的异常刺激物导致肺泡内炎症反应发生，大量炎症因子释放，破坏肺内免疫稳态，促进上皮-间充质转化的发生 11Chen等发现BMSCs移植可抑制百草枯中毒小鼠肺组织中肿瘤坏死因子（T NF-）、白细胞介素-1(IL-1）、白细胞介素-6(IL-6)等促炎细胞因子的产生，最终减轻肺纤维化 12 。这与Gad等的实验结果一致 7 。Wei等 6 研究表明，BMSCs可抑制SiO2诱导的大鼠肺组织和支气管肺泡灌洗液中炎性细胞因子TNF-、I L-1和IL-6的表达。也有多项研究显示BMSCs可直接分泌抑炎因子如白细胞介素-10(IL-10）、前列腺素E2、白细胞介素-1受体拮抗剂等 13，起到抑制炎症反应，减轻肺泡上皮损伤的作用。同时，BMSCs治疗还可显著改善丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽和氧化谷胱甘肽等氧化损伤ChinJLabI023,Vol27,No.6746指标，对肺组织起到保护作用141BMSCs对炎症或损伤部位具有趋向性 2 ,表现出很强的迁移能力，归巢至受损的肺组织 131-17 ，起到免疫调节作用。有研究发现 18 在结缔组织病导致的间质性肺炎及肺纤维化过程中，细胞毒性T细胞水平升高，并伴随调节性T细胞水平降低，而体外添加BMSCs可以逆转这一变化，并促进抗纤维化因子（干扰素诱导蛋白-10）的产生，阻止肺纤维化的进展。这与Takao等 19 的研究结果一致，BM-SCs通过诱导调节性T细胞入肺，纠正细胞因子平衡失调，从而抑制博莱霉素诱导的肺部炎症和纤维化。BMSCs本身具有免疫原性，可减轻宿主的免疫排斥反应，进而减弱肺纤维化发生时的炎症反应，起到保护肺组织的作用2 0 1。也有研究显示BMSCs通过产生免疫抑制分子促进巨噬细胞从促炎表型向抗炎表型极化，发挥抗炎作用 2 1，从而减轻肺上皮细胞及内皮细胞损伤，从而阻断其发展为肺纤维化。1.3BMSCs的修复作用肺泡上皮损伤被认为是肺纤维化早期的重要特征，持续的上皮损伤激活成纤维细胞，促进纤维化 2 2 。反复发生、迁延不愈的上皮细胞损伤和异常的修复过程最终导致肺纤维化 2 3。BMSCs具有多项分化潜能，可分化为不同类型的细胞，如型肺泡上皮细胞，参与肺损伤的修复过程 13.2 0 。肺纤维化的发展过程中，BMSCs可分化为I型肺泡上皮细胞，增加受损部位的肺泡上皮细胞来源，增强其损伤修复能力来缓解肺纤维化的发生。另一方面,BM-SCs还可以通过抑制肺泡上皮细胞凋亡减少肺组织损伤 2 0 1。有研究者发现在体外实验中BMSCs减少百草枯诱导的肺上皮细胞凋亡 12 。Zhao等 2 4 研究显示给予矽肺小鼠模型移植BMSCs后凋亡相关蛋白包括Bax显著下调，Bcl-2/Bax显著上调，热裂解相关蛋白显著减少，而对自噬相关蛋白无显著影响，因此BMSCs主要通过抑制调亡和焦亡保护肺组织免受严重纤维化。2BMSCs抑制上皮-间充质转化的分子机制BMSCs通过多种途径抑制上皮-间充质转化，其分子机制涉及多条信号通路的参与2.1经典Wnt信号通路Wnt/-catenin信号通路在进化过程中高度保守，通过调节干细胞的多能性，在发育过程中决定细胞的分化命运。Wnt11通路的激活还被证实可以诱导肌成纤维细胞分化，使-SMA表达增加，发生间质性变。越来愈多的研究显示Wnt/-catenin信号通路参与了由各种原因导致的肺纤维化 2 5-2 6 Zhang等 2 7 通过检测EMT和Wnt/-catenin通路相关蛋白的表达证实BMSCs移植可抑制EMT，减轻大鼠SiO2诱导的肺纤维化，并发现其抗纤维化作用可能是通过减弱Wnt/-catenin信号通路来实现的。2.2外泌体的作用外泌体是由细胞分泌的双层脂质膜囊泡 2 8 1越来越多的证据表明，外泌体通过装载miRNAs、蛋白质和脂质等物质进行细胞间的信息传递，在包括细胞分化、免疫反应等多种细胞活动中发挥重要作用 2 9。miR-466f-3p是外泌体携带的一种miR-NAs，主要通过抑制AKT/GSK3通路发挥保护作用。Li等 2 6 通过miRNAs微阵列分析显示，骨髓间充质干细胞外泌体通过分泌miR-466f-3p进而靶向AKT/GSK3信号通路可以减轻外源性辐射诱导的EMT，支持外体miR-466f3p的抗纤维化特性。2.3SMAD蛋白家族的作用SMAD蛋白家族是位于细胞质中的TGF-受体激酶的下游底物。它将TGF-信号从细胞膜传递到细胞核，调节促纤维化基因，激活-SMA的基因表达，促进成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，诱导EMT，并通过SMAD蛋白增强胶原蛋白和基质沉积 8 。Wei等 6 研究显示BMSCs抑制硅诱导的TGF-1、SM A D 2 和SMAD3升高和SMAD7降低。表明TGF-1/SMAD信号通路可能是BMSCs抑制EMT的作用靶点，而这一作用也与外泌体的分泌功能密切相关 8.30 O3展望与小结一部分学者认为BMSCs不但在炎症的最初阶段，而且能在随后的慢性纤维化阶段改善肺纤维化 31。但也有研究表明BMSCs对肺纤维化的逆转作用仅局限于疾病早期。Srour等 32 发现，在损伤后早期给予BMSCs可减轻炎症反应并减轻博莱霉素诱导的小鼠肺纤维化程度。然而，博莱霉素给药后7 天给予BMSCs对小鼠或猪肺中已建立的纤维化变化没有影响，并且会增加受损组织中的瘢痕形成，恶化疾病进程。BMSCs的作用时机仍需进一步研究探索。另一方面，为了提高BMSCs向受损肺组织的迁移速度及提高利用率，有学者提出气管内或支气管内途径可能增强BMSCs的功效 2 。因此，BMSCs对肺纤维化的逆转作用的最佳时机、作用途径等需要进一步研究阐明。第6 期2023年6 月第2 7 卷747中国实验诊断学参考文献：1JZakaria DM,Zahran NM,Arafa SAA,et al.Histological andphysiological studies of the effect of bone marrow-derived mes-enchymal stem cells on bleomycin induced lung 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2 ，应用当血管局部流速增加时血管壁的剪切力*通讯作者升高导致血管扩张、内径增大的原理，测量平静状态下及袖带充气肱动脉内径变化率，即血流介导的内皮舒张功能，正常值为6%，其值 6%时表示存在血管内皮功能障碍，是目前应用最广的检测技术。Ghiadoni等 3 的多中心实验首次证明通过严格和标准化的程序，包括操作员培训、标准化实验设置和自动图像边缘检测系统，FMD研究内皮功能可重复性较好；Kanahara等对此内上法与传统FMD方法操作者内部及操作者间重复性的差异，证明内上法较传统方法重复性更高 4 。范桃红等 5 人通过FMD方法检测8 0 组原发性高血压及健康人群在平静状态及中等运动强度之后的血清，得出原发性高血压患者运动血压与内皮功能不全相关，FMD可以作为判断血管内皮损伤的指标，为判断原发性高血压及脉压差较大的患者是否发生血管内皮损伤提供了诊断依据。Konigstein等 6 对4 57 例2 0-9 1岁不吸烟的健康成人进行FMD检测，发现女性和男性的FMD分别下降了6 3.6%和4 7.1%，FMD对升高风险的鉴别临界值为6.4%（敏感性=0.7 1，特异性=0.6 0)提示健康男性和女性的内皮功能随年龄增加而降低，FMD可用于健康人群内皮功能受损的筛查手段。以上研究均表明FMD法可评估内皮功能障碍情况，估测目前外周大血管动脉粥样硬化状况，作为无创检测内皮功能的“金标准”，是评估近期疾病发展、预后、是否发生心血管事件有力的预测手段之一。但FMD法也存在一定的局限性，比如受机体自身及周围环境温度影响，Alali等 7 报道在全身温度增加情况下，可显著提高桡动脉剪切速率、直径和血流，降低FMD测值，Vosseler等 8 研究发现FMD在清晨显著下降（2.9 士3.4%；6.2 士2.9%；6.0 4.0%；P=0.0 0 7）。FMD 测值亦可能与以下因素有关：（1)高度依赖超声操作人员，测量