骨髓间充质干细胞在特发性肺纤维化治疗中的潜在应用价值

1、刘盈盈,等. 胚胎干细胞在帕金森病治疗中的应用综 述骨髓间充质干细胞在特发性肺纤维化治疗中的潜在应用价值邹健勇，罗红鹤，陈振光potential value of bone marrow mesenchymal stem cells in the treatment of idiopathic pulmonary fibrosiszou jian-yong, luo hong-he, chen zhen-guangdepartment of chest surgery, first affiliated hospital, sun yat-sen university, guangzhou 5

2、10080, guangdong province, chinazou jian-yong, studying for master's degree, department of chest surgery, first affiliated hospital, sun yat-sen university, guangzhou 510080, guangdong province, chinacorrespondence to: chen zhen-guang, associate professor, associate chief physician, tutor of mas

3、ter, department of chest surgery, first affiliated hospital, sun yat-sen university, guangzhou 510080, guangdong province, chinachenzhenguangreceived:2008-04-18accepted:2008-07-25中山大学附属第一医院胸外科，广东省广州市 510080邹健勇，男，1982年生，广东省广州市人，汉族，中山大学附属第一医院胸外科在读硕士，主要从事胸外科方面的研究。通讯作者：陈振光，副教授，副主任医师，硕士生导师，中山大学附属第一医院胸外科，

4、广东省广州市 510080 chenzhenguang 中图分类号: r394.2文献标识码: a文章编号: 1673-8225(2008)47-09339-04收稿日期：2008-04-18修回日期：2008-07-25(54200804180023/m·q)abstract: idiopathic pulmonary fibrosis is a diffuse pulmonary fibrosis disease. at present, there are still no effective treatments for this disease, so the progno

5、sis is poor and 5 years of survival rates was only 20%. bone marrow mesenchymal stem cells (bmscs), derived from bone marrow, is a kind of multipotent stem cells, which have potential to differentiate into many lineages of cells. so, they are considered to have great latent values in clinic. in rece

6、nt years, related studies had found that bmscs might participate in the repair of the lung injury, even they can reverse the pathological progress in idiopathic pulmonary fibrosis. but the mechanism is still unclear and needs more research to elucidate.zou jy, luo hh, chen zg.potential value of bone

7、 marrow mesenchymal stem cells in the treatment of idiopathic pulmonary fibrosis.zhongguo zuzhi gongcheng yanjiu yu linchuang kangfu 2008;12(47):9339-9342(china) 摘要：特发性肺纤维化是一种弥漫性的肺纤维化病变。在目前，仍没有有效的治疗手段可以对该病进行干预，因此预后很差，5年生存率只有20%。骨髓间充质干细胞是来源于骨髓中的一种多能干细胞，具有多方向分化潜能，在临床上具有巨大的潜在应用价值。在近年国内外的相关研究中发现，骨髓间充质干细

8、胞有可能参与肺损伤的修复，甚至能逆转肺纤维化的病理改变，但具体的作用机制仍不明确，需要进一步研究去阐明。关键词：骨髓间充质干细胞；特发性肺纤维化；转化生长因子；综述文献邹健勇，罗红鹤，陈振光.骨髓间充质干细胞在特发性肺纤维化治疗中的潜在应用价值j.中国组织工程研究与临床康复，2008，12(47):9339-9342 9341issn 1673-8225 cn 21-1539/r coden: zlkhah邹健勇,等. 骨髓间充质干细胞在特发性肺纤维化治疗中的潜在应用价值0 引言特发性肺纤维化是一种弥漫性肺纤维化疾病，以广泛肺间质增厚、纤维聚点形成为病理

9、特征，呈进行性发展。患者存在明显肺限制性通气功能障碍、气体弥散功能降低、动脉低氧血症，诊断后平均5年生存率仅30%50%。近年该病发病率和病死率逐渐升高，造成危害日趋严重，现有治疗手段如氧疗、抗感染、免疫抑制、肺移植等疗效并不确切。此外，放射性肺炎、矽肺、肺气肿、肺结核、非典型性肺炎等多种许多慢性肺部疾患终末病理状态也表现为肺纤维化，更显出治疗肺纤维化的重要性。1 学术背景特发性肺纤维化是特发性间质性肺炎中病理表现为普通型间质性肺炎的一种弥漫性的肺纤维化病变。目前抗炎、免疫调节等治疗方法效果有限，结合其发病机制寻找有效的治疗手段迫在眉睫。骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能，在心肌梗死、神经损伤的

10、修复中被发现具有潜在治疗作用，近年的研究发现骨髓间充质干细胞能够延缓甚至逆转特发性肺纤维化的病理改变，为特发性肺纤维化的治疗提供了一条可能的新途径，但具体机制仍有待阐明, 当中转化生长因子可能是联系骨髓间充质干细胞和特发性肺纤维化的关键点。2 目的综述近30年骨髓间充质干细胞与特发性肺纤维化的相关关系，为骨髓间充质干细胞能否用于特发性肺纤维化治疗以及具体的作用机制寻找理论证据。3 资料和方法3.1 文献检索检索人及检索时间：由第一作者于2008-02检索。检索数据库：pubmed数据库，网址/pubmed，highwire数据库，网址http

11、:/，中国期刊全文数据库，网址 grid20/navigator.aspx?id=1。检索文献时限：英文资料的检索时间范围为1980-01/2008-01，中文资料的检索时间范围为www.crter.org邹健勇,等. 骨髓间充质干细胞在特发性肺纤维化治疗中的潜在应用价值2000-01/2008-01。检索关键词：英文关键词“idiopathic pulmonary fibrosis, transforming growth factor beta, mesenchymal stem cells, stem cells”。中文关键词“肺纤维化，干细胞”

12、。 检索文献类型：研究原著719篇，综述163篇，述评20篇，经验交流29篇，病例报告14篇，荟萃分析0篇。检索文献量：总计945篇。3.2 检索方法纳入标准：文章所述内容应与特发性肺纤维化、骨髓间充质干细胞的研究现状；转化生长因子与特发性肺纤维化、骨髓间充质干细胞间的关系；骨髓间充质干细胞对特发性肺纤维化发生发展过程的影响等问题密切相关。同一领域选择近期发表或在权威杂志上发表的文章。排除标准：重复性研究。meta分析。内容、数据不完整者。文献选择：初检得到945篇文献，其中机检得到945篇，手检0篇；中文39篇，英文850篇。阅读标题和摘要进行初筛，共保留42 篇中英文文献做进一步分析。第1

13、24篇研究了特发性肺纤维化的发病机制及相关细胞因子的问题,第2527篇研究了干细胞参与肺损伤修复的机制，第2842篇研究了骨髓间充质干细胞在特发性肺纤维化治疗中的潜在价值。4 文献证据综合提炼4.1 特发性肺纤维化形成的分子机制特发性肺纤维化主要病理学特征为肺间质病理改变，包括肺间质弥漫性胶原蛋白沉积、纤维细胞聚集、纤维细胞聚点等1-3。过去认为特发性肺纤维化源于反复的细菌、化学物质等外界因素引起肺损伤，导致慢性炎症反应，产生大量炎症递质浸润和引起自身免疫反应异常，反复的刺激促进肺组织纤维细胞增生和纤维化病理，因此治疗多集中于阻断炎症反应（糖皮质激素等）或免疫抑制（干扰素、硫唑嘌呤等），但患者

14、获益有限。近年认为特发性肺纤维化形成的主要原因为损伤肺组织的异常修复4，并发现多种细胞因子参与特发性肺纤维化形成，已发现白细胞介素15、肿瘤坏死因子6、转化生长因子、干扰素7以及cxcl5、8-12及其对应受体、ccr7及其相应配体8-9等均发挥重要作用。其中转化生长因子被认为是诱发特发性肺纤维化形成的关键细胞因子10-12，在正常肺组织受损以后，坏死组织及相关酶体的释放引起上述炎症因子的积聚，促进巨噬细胞、内皮细胞等释放大量转化生长因子13，通过对下游smad系统通路的激活调节核内基因表达14-16，调节炎症反应促进成纤维细胞等分泌大量细胞外基质（主要是纤维蛋白、-平滑肌肌动蛋白），促进肺纤

15、维化的发生。转化生长因子参与特发性肺纤维化形成的主要作用：促使成纤维细胞向肌纤维母细胞转化，转化后的肌纤维母细胞释放大量-肌动蛋白并积聚于肺间质中17-18。促进上皮细胞间质细胞转位19-20，增加微血管通透性，使大量间质细胞积聚在上皮区域，改变正常肺泡结构。促使肺上皮细胞，尤其是i型肺泡上皮细胞的大量凋亡21-23。-平滑肌肌动蛋白、上皮细胞间质细胞转位、i型肺泡上皮细胞的大量凋亡正是特发性肺纤维化主要细胞学改变。 除了转化生长因子-smad经典通路外，转化生长因子还可通过mapk通路（erk、p38、jnk等）、pi3k/akt通路、nf-b通路等非经典途径发挥其特定的生物学作用16，24

16、。4.2 干细胞参与肺损伤修复以往普遍认为肺损伤是特发性肺纤维化形成的启动因素，但近年研究提示异常的组织修复才是特发性肺纤维化形成的真正原因4。可能环节包括：肺损伤导致肺正常结构破坏和细胞因子释放，具有干细胞特性的成纤维细胞在肺脏聚集，通过向肌纤维母细胞转化，合成并释放细胞外基质大量积聚在肺间质。肺型上皮细胞以及部分间质细胞在特殊环境中表现出干细胞特性，具有向纤维细胞、上皮细胞分化的能力，如分化为肺i型上皮细胞则正常的肺组织结构有可能得以恢复，若向纤维细胞分化则可能促进特发性肺纤维化形成。已报道肺型上皮细胞在肺损伤状态下可表现出干细胞分化能力25，但具体机制仍未明确。同时，肺组织中存在的sp细

17、胞（side population cells）也被认为具有多向分化潜能，因而也可能参与肺损伤的修复或特发性肺纤维化的形成26。肺损伤病理环境导致血管通透性增加和细胞趋化因子释放，循环中的外源性干细胞也可能聚集到肺实质当中。trotman等27将对y染色体进行染色的雄性小鼠骨髓源性干细胞移植入利用射线导致骨髓抑制的雌性小鼠体内，发现射线损伤的肺实质内有雄性小鼠的骨髓源性干细胞出现，一部分出现在正常肺泡上皮细胞覆盖的区域，也有一部分在肺间质出现，提示外源性干细胞既可能促进肺损伤的正常修复，也可能参与特发性肺纤维化的发生。4.3 骨髓间充质干细胞在肺纤维化治疗中的潜在应用价值骨髓间充质干细胞参与肺

18、纤维化治疗的可能性：近年研究发现，骨髓间充质干细胞注入经博莱霉素诱导形成的肺纤维化动物模型后，可减轻甚至部分逆转肺纤维化病理状态28-30，提示骨髓间充质干细胞在肺纤维化修复中可能起着积极的作用，但该现象是否存在必然的因果关系还需进一步验证。骨髓间充质干细胞作为多能干细胞，除了能向间质源性成体细胞转化之外，还能向上皮源性细胞转化。在肺损伤复杂多变的内环境中，不同细胞因子的作用可能会导致骨髓间充质干细胞向不同的方向分化。hashimoto等31发现肺纤维化发生过程中骨髓间充质干细胞是成纤维细胞的重要来源，参与约80%的i型胶原分泌，是肺纤维化的重要促成因素，但骨髓间充质干细胞来源的成纤维细胞很少

19、向肌纤维母细胞的转化，对-平滑肌肌动蛋白的释放也无作用，提示肺纤维化可能是内、外源性成纤维细胞协同作用的结果，同时也说明骨髓间充质干细胞在肺损伤修复中存在两面性，因此对肺纤维化分子信号网络的阐明对调控骨髓间充质干细胞在肺损伤内环境中的转化方向有着重要的意义。已报道骨髓间充质干细胞进入损伤肺组织后高表达转化生长因子受体，因此转化生长因子可能对骨髓间质干细分化起重要作用32，但在特定内环境中转化生长因子诱导骨髓间充质干细胞分化的方向并不相同。转化生长因子并不能促进外源性成纤维细胞向肌纤维母细胞转化31，而且体内骨髓间充质干细胞聚集于病理肺组织区域时，可能通过转化生长因子的非经典通路和抑制性smad

20、蛋白（smad7）抑制促纤维化作用，当提高骨髓间充质干细胞对病理肺组织的归巢率时，转化生长因子的具体作用有待进一步研究。骨髓间充质干细胞同时还释放血管内皮生长因子、表皮生长因子、血小板源性生长因子、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等细胞因子33，上述细胞因子可能通过旁分泌与自分泌作用参与肺组织的血管再生和内皮细胞的重塑，改变着特发性肺纤维化的发展，这也可能是单纯针对转化生长因子经典通路的靶向药物对特发性肺纤维化治疗不尽人意的原因。特发性肺纤维化形成早期骨髓间充质干细胞干预的可能机制: 特发性肺纤维化形成早期，大量肺泡上皮细胞凋亡，溶酶体的释放使得病理肺组织疏松，加上趋化因子的作用，骨髓间充质干细胞

21、容易穿过血管内皮及间质到达肺泡上皮，向肺上皮细胞的分化潜能可能得到更好体 现34-35，有报道称在特发性肺纤维化形成早期阶段，提高外源性骨髓间充质干细胞在肺组织的归巢率可减轻甚至逆转纤维化29，提示骨髓间充质干细胞可能具备抑制骨髓源性成纤维细胞在肺实质中聚集的能力。骨髓间充质干细胞和成纤维细胞在肺实质的聚集可能存在平衡，当肺损伤后肺实质紊乱的内环境没有打破该平衡时肺正常结构就能够恢复，假如成纤维细胞占优势、该平衡被打破就可能促进肺纤维化发展36，如骨髓间充质干细胞占优势，则可能减轻纤维化，这也许能解释在特发性肺纤维化形成过程中骨髓间充质干细胞的聚集不能表现出积极的抗纤维化作用。当然，人为提高骨

22、髓间充质干细胞的归巢率也存在促进骨髓间充质干细胞向成纤维细胞分化的可能性。同时，局部t淋巴细胞（th1、th2）之间也存在平衡37，骨髓间充质干细胞具有良好可塑性，能够分化为th细胞，因此也存在着通过调整th细胞的数量和比例、恢复th1-th2平衡进而减轻肺纤维化的可能。造血干细胞上述过程是否存在协同作用仍有待进一步研究。特发性肺纤维化形成中后期骨髓间充质干细胞干预的可能机制：特发性肺纤维化形成中后期，肺实质病理变化趋向稳定，肺间质大量纤维细胞与细胞外基质蓄积，血气屏障明显增厚，循环中骨髓间充质干细胞经血管内进入肺泡结构变得困难，其分化为肺泡上皮的能力难以表现，缓解肺纤维化的效果也相对较差28

23、。但特发性肺纤维化出现临床症状时往往已到中后期，一些以肺纤维化为终末表现的相关疾病也是如此，研究如何利用骨髓间充质干细胞逆转中晚期肺纤维化显得尤为重要。骨髓间充质干细胞在特发性肺纤维化形成中后期所起干预作用的机制目前尚不清楚，也未见相关研究文献发表。金属基质蛋白酶广泛存在于胞浆和胞核，其生物学特性主要包括调控细胞凋亡和引起细胞外基质的溶解38-39，在特发性肺纤维化进展早期可以促进间质重塑，加重肺纤维化40-41，到了疾病发展的中后期，其对基质溶解的特性和促进骨髓间充质干细胞分化的能力可能在促进骨髓间充质干细胞逆转特发性肺纤维化中起着重要作用42。5 结论特发性肺纤维化是以肺纤维化为终末表现的

24、各种慢性肺疾患的典型代表，预后较差，治疗手段有限，目前对于其发病机制的认识已经由过度炎症反应转变为异常的肺修复，使得干细胞在肺损伤中的角色逐渐引起生命科学界的关注。骨髓间充质干细胞具有强大的可塑性，在心肌、神经损伤中作用的研究正在广泛开展，而且已有多篇报道骨髓间充质干细胞能够在损伤肺组织聚集并存在参与肺损伤修复的可能性，其向间质与上皮细胞分化的潜能及对转化生长因子干预作用可能是关键，但具体机制仍很模糊。此外，骨髓间充质干细胞的低免疫原性和骨髓干细胞移植方式的成熟为利用骨髓间充质干细胞移植治疗特发性肺纤维化和以肺纤维化为终末表现的疾病（如慢性阻塞性肺疾病等）提供有力支持！但是骨髓间充质干细胞分化

25、的不稳定性和致瘤作用，修复具体作用机制的模糊等将阻碍骨髓间充质干细胞应用于特发性肺纤维化的治疗。6 参考文献1 dempsey oj, kerr km, gomersall l, et al.idiopathic pulmonary fibrosis: an update. qjm 2006;99(10):643-6542 monaghan h, wells au, colby tv, et al.prognostic implications of histologic patterns in multiple surgical lung biopsies from patients wit

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