间充质干细胞外泌体通过调控巨噬细胞治疗急性肺损伤机制的研究进展.pdf

分分子子生生物物医医学学间充质干细胞外泌体通过调控巨噬细胞治疗急性肺损伤机制的研究进展许兰兰詹珮嘉王晓华辜慧(深圳大学第三附属医院麻醉科广东 深圳):/基金项目:深圳市罗湖区软科学研究计划项目()通信作者:辜慧:.中图分类号:.文献标识码:文章编号:()摘要:急性肺损伤()是一种严重的肺部损伤和呼吸功能衰竭病症目前主要治疗手段为机械通气和液体管理等对症治疗 由于缺乏有效的治疗策略大多数 患者的预后不佳 近年来间充质干细胞()移植作为一种细胞疗法正在进行广泛的临床试验评估其中包括 的治疗同时相关体内动物模型的研究也快速增加外泌体可通过多种机制调节巨噬细胞极化、自噬、焦亡等并通过下调相关信号通路减轻 衍生的细胞外泡包括外泌体和微泡其中 外泌体参与的细胞间相互作用可以影响组织对损伤、感染和疾病的反应关键词:急性肺损伤间充质干细胞外泌体巨噬细胞微 :.:().().:急性肺损伤()通常是由感染、创伤引起的肺部炎症反应可导致肺泡毛细血管壁破坏和通透性增加从而发生肺部渗出液和炎症细胞浸润等病理改变使氧合功能下降、肺泡通气/灌注比例失调最终可能引起急性呼吸窘迫综合征()是新型冠状病毒感染的主要致死原因之一间充质干细胞()是一种来源于骨髓的多能干细胞具有自我更新、增殖和分化为多种不同类型细胞的能力 近年实验研究证实 具有减轻炎症、促进机体修复、调节免疫等功能且已进入临床试验阶段 外泌体是细胞外囊泡包含多种类型的生物分子如蛋白质、核酸和脂质 其中含有的一些生长因子和细胞因子可以促进 的增殖和分化进而促进细胞再生并通过向免疫系统中释放调节分子调节免疫系统减少免疫排斥反应另外外泌体含有的一些具有抗炎作用的分子可以减轻炎症反应并可向受体医学综述 年 月第 卷第 期 细胞传递信号分子从而调节受体细胞的功能和代谢 近年研究认为外泌体是 旁分泌的主要有效成分并发挥着与之相近的生物学效应同时能够避免 直接移植的潜在风险及储存运输等问题 另有报道显示外泌体可通过多种机制抑制巨噬细胞焦亡并通过下调相关信号通路减轻 现就 外泌体治疗 机制的研究进展予以综述 外泌体概述.外泌体的生物特性 分泌的 外泌体直径为 具有良好稳定性和较长循环寿命并携带丰富的生物活性分子 根据来源和功能可将 外泌体分为不同类型包括外泌体囊泡、微囊泡和凋亡体 外泌体具有多种生物特性包括稳定性、靶向递送、基因调控、组织修复和免疫调节等其可以穿过细胞膜进入靶细胞内部调控其功能 此外 外泌体还具有低免疫原性和低毒性等优点在治疗中具有较好的安全性 以上特性使 外泌体成为一种有前景的治疗性分子在多种疾病的治疗中被广泛研究包括.外泌体的种类 根据 外泌体来源可将其分为骨髓、脂肪、胎盘、胎儿、羊水 和牙髓 等 还有一些新兴的 来源如可变受体器官胚胎细胞和间质化胚胎体()细胞等 这些不同来源的 具有不同的特性和功能骨髓 更适合治疗脑和脊髓损伤脂肪 是治疗生殖障碍和皮肤再生的潜在良好候选者而来自脐带的 对肺部疾病和 有良好疗效 在心力衰竭治疗中的疗效尚不明确需要更多设计严谨的大数据临床试验的验证.外泌体的给药途径 在临床试验和动物实验中研究人员尝试使用不同的给药途径包括通过静脉全身给药、局部注射、组织特异性给药及雾化给药等 使用标记方法通过静脉输注的人类细胞在骨骼、骨髓室、脾脏、肌肉和软骨中显示出 个月的长期持久性 随着纳米技术的飞速发展纳米颗粒载药系统也应用于 这些靶向给药系统较传统给药方式具有显著优势将治疗药物靶向输送至病变部位解决了 静脉注射后一段时间在肺部堆积的问题在一定程度上降低了药物的不良反应发生率也改善了药动学和药效学 外泌体对巨噬细胞的调控作用 外泌体主要通过在信使、微(/)和蛋白质水平上的转移发挥作用随后通过多种机制改变靶细胞的活性.免疫调节和抗炎作用 外泌体能够调节巨噬细胞的免疫功能并可抑制巨噬细胞的活化和分泌炎症因子减少过度的免疫反应从而抑制炎症过程 同时 外泌体能够促进巨噬细胞的抗病原微生物能力增强巨噬细胞的吞噬作用产生抗微生物因子 外泌体可以通过多种途径调节巨噬细胞的极化状态如通过转移、长链非编码()、蛋白质等分子影响巨噬细胞内部的信号通路调节病原体识别受体、核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族蛋白、胱天蛋白酶()、/等 在执行阶段细胞释放多种细胞因子白细胞介素()、高迁移率族蛋白 等从而诱导炎症反应和清除病原体 在清除阶段细胞焦亡通过自噬、巨噬细胞摄取和异染色质溶解等方式被及时清除 当细胞感知到病原体或细胞内有害分子时 样受体或其他受体通过激活炎症小体激活 激活的 酶促进促炎性细胞因子前体(如 和)的裂解并引发气孔形成和巨噬细胞的裂解.促进组织修复作用 外泌体能够促进巨噬细胞的修复和再生能力可以诱导巨噬细胞向组织修复型巨噬细胞(型巨噬细胞)转化产生抗炎和再生相关因子如抗纤维化因子、血管生成因子这些因子有助于组织修复、血管再生以及纤维化的抑制 有研究通过观察 细胞内吞 外泌体后的功能变化发现在内吞外泌体后缺氧/复氧损伤的 细胞的细胞活力和增殖能力显著改善.调节巨噬细胞极化 外泌体可以影响巨噬细胞的极化状态有助于巨噬细胞从促炎型(型)转化为抗炎型(型)型巨噬细胞具有抗炎和修复功能可以促进组织修复和再生 外泌体通过释放特定的分子和信号物质(如表面受体、细胞因子和)调节巨噬细胞的医学综述 年 月第 卷第 期 极化状态 研究表明 型巨噬细胞来源的外泌体 可能在结肠癌细胞免疫逃逸中发挥作用而外泌体 可能通过破坏 介导的 稳定性减少结肠癌的免疫逃逸 外泌体中含有丰富的 其可抑制细胞因子信号转导抑制因子 和含 的肌醇磷酸酶 等信号通路中的抑制剂进而激活 样受体信号通路最终促进 型巨噬细胞的极化 此外 外泌体中含有的 可以抑制信号转导及转录活化因子 信号通路从而抑制 型巨噬细胞的极化.调节巨噬细胞自噬过程自噬是一种通过自噬体形成和溶酶体融合完成细胞成分的降解和再利用的细胞死亡方式 外泌体可以促进细胞的自噬过程从而帮助细胞清除受损或老化的细胞器和蛋白质维持细胞的稳态和健康这有助于维持细胞功能并在某些疾病(如神经退行性疾病和心血管疾病)中发挥保护作用此外 外泌体可以通过不同通路调节心肌细胞、肝细胞和肾小管上皮细胞的自噬水平 外泌体和自噬通路在内皮细胞衰老中发挥重要作用通过分析外泌体和自噬通路相关蛋白的表达及功能发现外泌体释放对自噬通路的调节具有双向性诱导外泌体的分泌途径后、和 的表达显著上调处理后细胞内 的分布增加且处理后细胞中 和 显著上调微管相关蛋白 轻链/比值显著下降.调节巨噬细胞焦亡过程巨噬细胞焦亡是一种炎症相关的程序性细胞死亡方式其调节机制涉及炎症小体激活和免疫反应之间的相互作用 多种分子和途径参与巨噬细胞焦亡的调节包括核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白()炎症小体、消皮素 和焦孔素 炎症小体是焦亡的主要调节因子其激活受到各种胞内和胞外信号的调节 外泌体可通过、和蛋白质的介导调控巨噬细胞焦亡的分子机制 释放的外泌体中富含、和 等其中 可通过抑制人第 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因的表达促进磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶 信号通路的激活从而抑制巨噬细胞焦亡 可通过靶向 受体相关激酶 和肿瘤坏死因子受体相关因子 等信号通路的分子抑制巨噬细胞的炎症反应和焦亡可通过靶向受体相互作用蛋白 的表达抑制巨噬细胞焦亡 外泌体 可促进 型巨噬细胞的极化而外泌体 核富集转录本()已被证明可抑制 型巨噬细胞极化并促进免疫反应 巨噬细胞可以吞噬 外泌体释放的多种分子其中 通过与细胞核或细胞质内的蛋白质相互作用调控基因表达并参与巨噬细胞焦亡的调控 在巨噬细胞中的表达受到多种外源性和内源性信号的诱导包括细胞壁成分、细胞内环境改变等 水平上调可以促进巨噬细胞的极化和促炎分子的释放并促进 炎症小体的形成和活化导致细胞焦亡 同时 能够抑制巨噬细胞焦亡并与核因子 信号通路和 相互作用此外外泌体可通过释放多种蛋白质调控巨噬细胞焦亡其中包括转化生长因子、热激蛋白、核因子、一氧化氮合酶等 外泌体可通过释放免疫因子、分子伴侣蛋白、转录因子和氧化酶抑制巨噬细胞焦亡减轻巨噬细胞内的氧化应激从而促进其存活控制其焦亡其中转化生长因子 和核因子 在巨噬细胞中的作用可能更加显著 研究认为外泌体可以激活/信号通路的磷酸化进而抑制转化生长因子的表达和/的核转运从而降低炎症和细胞凋亡的程度 外泌体通过调控巨噬细胞治疗 的机制.中巨噬细胞的作用 及其严重形式 是由直接肺损伤和败血症、外伤及大手术等情况引起的间接全身炎症反应引起的 肺部和全身炎症之间的相互影响可增强肺部的炎症过程并促进 的发展 死亡的肺泡巨噬细胞()通过影响肺部其他免疫细胞群在肺部炎症的进展中发挥重要作用 肺是脓毒症和创伤期间促炎介质分泌和释放的最重要靶器官之一特别是机械通气过程中也会发生机械通气相关性医学综述 年 月第 卷第 期 肺损伤 随着 和 的发展其病理特征为肺浸润、低氧血症、血管内皮和肺泡上皮损伤 位于肺泡腔内直接暴露于空气和环境中但与肺泡上皮紧密贴合 除了吞噬外来颗粒外 对于分解代谢排列在肺泡表面的表面活性剂是必不可少的并有助于防止肺泡塌陷被认为在组织重塑和维持以及抗原呈递中起作用 通过合成和释放各种炎症介质在感染和非感染性刺激后促进 进展 死亡在影响肺部炎症的进展中起重要作用 有学者认为炎症和细胞死亡相互影响且两个因素形成自动放大循环 的恶化通常与炎症细胞浸润、肺泡结构完整性破坏、肺泡液体清除能力降低、细胞因子释放和相关细胞因子风暴、气道重塑和肺纤维化的发展有关 各种因素引起的 的传统治疗方式主要包括使用表面活性剂、人工呼吸支持、机械通气和抗生素/抗炎药物以缓解症状和预防疾病进展但其对受损气道、肺泡液清除和炎症反应引起的其他有害影响的作用有限 外泌体的免疫调节能力具有减少损伤、帮助受损肺组织恢复的潜力.中巨噬细胞的作用通路 有研究表明在新型冠状病毒肺炎和呼吸功能受损的患者中靶向 炎症小体途径和细胞因子在感染的炎症反应中起关键作用 选择性的 低分子量抑制剂通过 样受体/髓样分化因子/核因子 信号通路刺激 炎症小体激活并在随后激活 释放和 受体上调从而减轻 焦亡背景下肺损伤 重要的是脂多糖可上调 受体型的表达从而使 对 敏感并导致 焦亡 此外脂多糖激活的 受体型信号通路上调可促进 焦亡并放大肺损伤的新机制在 模型小鼠中 促分裂原活化的蛋白激酶()信号通路可调节 炎症小体和巨噬细胞焦亡 研究发现在肺部巨噬细胞中激活的 信号通路可增强炎症因子的产生并激活 炎症小体诱导焦亡而抑制 通路可减少炎症因子产生降低 炎症小体活化并抑制巨噬细胞焦亡表明在 中 信号通路在调节 炎症小体和巨噬细胞焦亡中起重要作用 外泌体在 治疗中的研究 外泌体在肺部停留相当一段时间后才会转移这可能会降低其全身治疗效果但其用于治疗呼吸系统疾病具有明显优势 的主要特征是肺顺应性下降、严重缺氧和进行性缺氧性呼吸衰竭其主要影像学特征是肺部弥漫性双侧渗出性病变主要病理生理特征为肺血管通透性增加、肺间质水肿、肺泡内纤维蛋白渗出、肺内分流增加和通气/灌注失衡 目前应用于/临床治疗的主要方式包括肺保护性通气和有限的液体管理越来越多的研究表明 外泌体可能是一种有效的治疗/的策略但是外泌体治疗/的研究多处于实验室研究、动物模型研究和小规模临床试验研究阶段尚未进行大规模的临床研究 虽然外泌体可以减轻 的病理损伤和炎症反应但其大规模应用于临床仍存在一些问题如外泌体的制备和质量控制、途径的选择、安全性和有效性的评估 外泌体主要通过免疫调节和细胞修复作用改善各种原因引起的 其含有多种免疫调节因子可以通过调节免疫反应降低炎症反应程度例如外泌体中 和 等可以抑制 细胞的激活减少免疫反应从而降低炎症水平此外外泌体中的一些生长因子(转化生长因子和干细胞因子等)也可以调节免疫反应而 来源的外泌体含有多种生长因子和细胞因子可以促进细胞增殖和修复 例如外泌体中的肝细胞生长因子和表皮生长因子等可以促进肺泡上皮细胞的增殖和修复从而恢复肺功能 此外外泌体中的、等也可以促进肺泡上皮细胞的增殖和修复.外泌体调节 的动物模型研究 外泌体在动物模型中表现出良好的治疗效果 一项动物实验表明 外泌体可以抑制肺组织中巨噬细胞聚集抑制 分泌降低肺组织中的炎症因子水平提高小鼠的存活率 另有报道显示外泌体释放的 在调控自噬过程中发挥作用并在脂多糖诱导的 中发挥治疗作用表明 外泌体通过携带 诱导肺部细胞的自噬过程从而减轻脂多糖诱导的 具体来说 通过下调肺部细胞中哺乳动物医学综述 年 月第 卷第 期 雷帕霉素靶蛋白调节关联蛋白表达抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路从而激活自噬过程 等将原代大鼠肺泡上皮细胞暴露于缺氧和细胞混合物中创建了肺泡上皮损伤的体外模型用于模拟肺泡炎症和缺氧对受损肺中 旁分泌的影响结果显示 外泌体中 受体拮抗剂和前列腺素 显著增加角质形成细胞生长因子明显减少而缺氧以及细胞混合增加了蛋白质通透性减少了顶膜中 上皮钠通道亚基的数量表明 外泌体可能是治疗 的有效手段.外泌体治疗 的临床研究 在基于人体临床试验的研究中接受 外泌体治疗患者临床症状改善时间显著缩短患者的治愈率和病死率均有改善 进一步的体外实验发现静脉注射同种异体人 可以有效地恢复肺泡上皮以正常速率清除肺泡液的能力并减少肺重量增加或肺水肿、增加灌注液中一氧化氮这与肺顺应性的改善以及肺动脉压力/阻力的降低有关 此外异基因 外泌体雾化治疗 是安全的相关研究未发现明显的不良反应患者临床症状和呼吸功能均改善且雾化组患者的炎症因子水平下降免疫功能增强 另有研究表明 外泌体通过抑制肺动脉平滑肌细胞增殖、肺动脉内皮细胞凋亡和迁移以及调节炎症及代谢水平改善肺血管重塑降低肺动脉压力 小 结肺部损伤可能导致 表现为肺泡壁破裂和血管渗漏导致呼吸衰竭和死亡 目前临床已有 的治疗方法(机械通气、吸氧和药物治疗等)仍存在局限性和不足 探索新的 治疗方式势在必行 外泌体可通过抑制炎症、促进肺泡上皮细胞修复、调节免疫反应等途径保护肺组织 此外外泌体作为一种天然的载体具有高度的稳定性和生物安全性有望成为一种安全有效的 治疗手段但是目前 外泌体用于 治疗的关键性分子及通路机制尚不明确且适用的临床治疗靶点及疗效评估标志物尚不清楚故仍需要进行深入的临床研究参考文献 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