金志贤，周开华，毕虹，杜俊毅，陈敏，王清(昆明市第一人民医院，昆明650011)

·综述·

间充质干细胞治疗慢性阻塞性肺疾病机制研究进展

金志贤，周开华，毕虹，杜俊毅，陈敏，王清(昆明市第一人民医院，昆明650011)

摘要：目的慢性阻塞性肺疾病(COPD)主要采用药物治疗，但暂无可治愈COPD的药物。目前，关于间充质干细胞(MSCs)治疗肺部疾病的研究较多。本文总结了COPD发病机制的研究进展，在此基础上探讨MSCs治疗COPD的疗效及其可能的机制，主要包括抑制炎症反应、纠正蛋白酶/抗蛋白酶失衡、抗细胞凋亡、抑制氧化应激及转分化为肺泡上皮细胞等，为MSCs应用于临床提供理论依据。

关键词：慢性阻塞性肺疾病；肺气肿；间充质干细胞；炎症；蛋白酶/抗蛋白酶失衡；细胞凋亡；氧化应激

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是最常见的慢性呼吸系统疾病，发病率及病死率均高[1]。其为一种以气流受限为特征的疾病，这种气流受限与有害颗粒或气体所致的气道及肺部慢性炎症有关，通常呈进行性发展，COPD病理改变包括小气道炎症及肺气肿。目前，COPD的治疗主要是药物治疗，包括抗炎药物(激素)、茶碱类及支气管舒张剂，这些药物可减轻气道阻塞，限制COPD急性加重，但无法阻止疾病进展。研究表明，间充质干细胞(MSCs)移植已经用于肺纤维化[2]、肺动脉高压[3]及急性肺损伤[4]的治疗。现结合COPD的发病机制，对MSCs治疗COPD机制的相关研究进展综述如下。

1抑制炎症反应

2纠正蛋白酶/抗蛋白酶失衡

正常情况下，内源性蛋白酶抑制剂控制着蛋白酶的活性。蛋白酶与抗蛋白酶之间动态平衡对于维持正常的肺泡结构非常重要。有研究表明，与非吸烟者相比，吸烟者α1-抗胰蛋白酶(α1-AT)的活性下降约40%[8]。吸烟可刺激炎性细胞进入肺部、活化，活化的炎性细胞及肺上皮细胞释放大量蛋白酶，如中性白细胞弹性蛋白酶(NE)、基质金属蛋白酶(MMP)等。炎症和氧化应激可使蛋白酶活化，蛋白酶又可促进炎性因子产生及激活，促进黏液高分泌，使气道反复发生细菌感染。故蛋白酶释放、激活与炎症反应之间形成正反馈回路。另一方面，吸烟可使蛋白酶抑制剂活性降低。二者共同导致蛋白酶/抗蛋白酶失衡，从而加速细胞外基质降解，使肺结构细胞凋亡，肺泡壁破坏，肺泡腔扩大，并能放大炎症反应，最终导致肺实质持续性破坏。

有学者给吸烟诱导的肺气肿大鼠肺内输注MSCs，发现大鼠肺气肿减轻，肺功能得到改善，血清MMP-9、MMP-12水平明显降低[6]。MSCs的肺保护机制可能与纠正蛋白酶/抗蛋白酶失衡有关，具体机制尚不清楚，可能通过阻断蛋白酶释放、激活与炎症反应之间形成正反馈回路而纠正蛋白酶/抗蛋白酶失衡[9]。

3抗细胞凋亡

细胞凋亡是一种严密控制的细胞程序性死亡，有利于清除无用的、受损伤的及被感染的细胞，对于维持正常组织稳态非常重要。正常情况下，细胞凋亡与细胞增殖处于动态平衡状态。肺泡壁细胞凋亡是肺气肿形成的重要机制[10]。COPD患者肺泡上皮细胞凋亡增加，细胞凋亡与增殖处于失衡状态[11]。

研究表明，VEGF可促进肺泡上皮细胞增殖、维持正常的肺泡结构，予VEGF受体抑制剂则可加速肺泡上皮细胞凋亡[12]。在肺气肿患者或吸烟者的肺组织、诱导痰及BALF中，VEGF及其受体的基因、蛋白表达水平明显降低[13]。多项研究发现，MSCs可促进VEGF分泌[6, 14]及诱导VEGF受体-2的表达[6]，且在木瓜酶[15]或吸烟[6]诱导的肺气肿大鼠模型中，MSCs移植均可减少肺泡上皮细胞凋亡，故推测MSCs可能通过逆转吸烟暴露对VEGF信号通路的抑制作用，抑制肺泡上皮细胞凋亡，达到治疗COPD的目的。MSCs移植还可通过改变凋亡基因及抗凋亡基因表达水平来抑制肺泡上皮细胞凋亡。有学者[16]发现，MSCs移植可上调木瓜酶诱导的肺气肿大鼠肺组织中抗凋亡基因Bcl-2的表达水平，下调促凋亡基因Bax的表达水平。另外，MSCs移植也可通过降低Caspase-3的活性从而抑制细胞凋亡[17]。

4抑制氧化应激

外源性途径(吸烟及空气污染)及内源性途径(机体代谢反应)产生的ROS参与COPD的发病过程。吸烟是ROS的主要外源性来源[18]，因吸烟而激活的炎性细胞(巨噬细胞、嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞等)可产生高水平内源性ROS，进一步增加氧负荷。正常情况下，肺脏拥有广大的细胞内及细胞外抗氧化防御系统，可快速灭活ROS，保护肺部细胞免受氧化损伤。而吸烟使ROS产生过多，当抗氧化剂产生不足或抗氧化功能遭到损害时，机体的氧化/抗氧化平衡将被打破，发生氧化应激[19～21]。

氧化应激在COPD的发病机制中起枢纽性作用。氧化应激可上调氧化还原敏感性转录因子(如NF-κB)及活化蛋白-1(AP-1)表达，激活其下游信号传导通路，调控多种炎性因子基因表达；还可通过降低中性粒细胞的可塑变形性，使中性粒细胞滞留于肺部，放大慢性炎症反应。同时，炎性细胞又可释放大量ROS，使氧化应激与炎症反应之间形成正反馈回路。氧化应激还可促进蛋白酶产生、激活，降低蛋白酶抑制剂活性，从而导致蛋白酶/抗蛋白酶失衡；通过抑制VEGF、激活NF-κB及直接损伤DNA等途径诱发肺泡上皮细胞凋亡。氧化应激与细胞凋亡之间也存在正反馈回路，二者在肺泡结构破坏、肺气肿形成过程中起协同作用。

MSCs在调节氧化还原环境中的作用是目前研究的热点。有研究报道，对脂多糖诱导的肺损伤大鼠行MSCs移植能提高大鼠存活率，同时降低氧化应激水平[22]。MSCs移植可降低过氧化物丙二醛(MDA)水平，上调血红素氧化酶-1水平，后者具有很强的抗氧化应激及细胞保护作用[23]。在自发性中风动物模型中，MSCs移植也可降低脑组织氧化应激水平[24]。还有学者[25]发现，MSCs移植有助于降低肺气肿大鼠肺组织的氧化应激水平，具体机制尚不明确。

此外，MSCs还可能通过分化为肺泡上皮细胞起到治疗肺气肿的效果。对于MSCs能分化为哪型肺泡上皮细胞，目前仍存在争议。在脂多糖和吸烟诱导的肺气肿大鼠模型中[26]及博来霉素诱导的肺损伤大鼠模型中[2, 27,28]，MSCs可分化为肺泡Ⅰ型上皮细胞和(或)肺泡Ⅱ型上皮细胞。有研究表明，MSCs分化为肺泡Ⅱ型上皮细胞可能与wnt经典信号通路的激活有关[29]，确切机制尚需进一步研究。

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(收稿日期：2014-09-17)

通信作者：王清

基金项目：云南省应用基础研究资助项目(2012FB106)。

中图分类号：R563.3

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2015)02-0096-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.02.039