邢学忠，高勇，王海军，曲世宁，黄初林，杨全会

(国家癌症中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院 重症医学科，北京 100021)

干细胞治疗急性呼吸窘迫综合征的进展

邢学忠，高勇Δ，王海军，曲世宁，黄初林，杨全会

(国家癌症中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院 重症医学科，北京 100021)

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)病死率高达40%，多种药物治疗未发现能够改善ARDS的预后。近年来动物研究及离体人肺研究发现间充质干细胞(mesenchymal stem/stromal cells，MSCs)可以增加肺水清除、减轻炎症，对ARDS有一定的疗效。1期临床研究提示间充质干细胞治疗人ARDS是安全的。MSCs治疗人ARDS的一项2期临床试验(NCT01775774)正在进行。尽管MSCs治疗ARDS刚刚起步，基于细胞的干细胞疗法为ARDS的治疗提供了新的希望。本文简要回顾MSCs治疗ARDS的现状，包括MSCs治疗ARDS的动物实验和临床试验，机制和存在的问题。

急性呼吸窘迫综合症；干细胞疗法；进展

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是一种常见的临床综合征，病理特征为早期肺毛细血管充血肺泡水肿，后期可出现肺泡2型上皮细胞的增殖或纤维化[1]，临床表现为急性起病的呼吸困难和低氧血症[2]。最近的一项多中心研究报道：其在重症医学科的发病率约10%[3]。目前临床治疗ARDS的有效策略包括保护性肺通气、俯卧位通气等，但病死率仍达40%[3]。多种药物治疗未发现能够改善ARDS的预后[4]。近年来，研究提示应用间充质干细胞治疗离体的人肺损伤有效，可以增加肺水清除、减轻炎症，并具有抗菌活性[5]。1期临床研究提示间充质干细胞治疗人ARDS安全[6]。此外，间充质干细胞治疗人ARDS的一项2期临床试验(NCT01775774)正在进行[6]。可见，基于细胞的干细胞疗法为ARDS的治疗提供了新的希望。为此，简要回顾干细胞治疗ARDS的现状、机制和存在的问题。

1 干细胞临床应用的现状

干细胞通过不对称分裂，产生类似自身的细胞，即自我更新[7]。同时，干细胞还可分化为多种细胞，因此也称为多能干细胞。因此，干细胞可能用于临床各个器官损伤细胞的修复。干细胞有多种，包括胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESCs)、内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)、诱导的多能干细胞(induced pluripotent stem cells，iPSCs)，以及间质干细胞(mesenchymal stem/stromal cells，MSCs)[8]。MSCs可以从骨髓和脐带中获取，因此容易获取[9]。此外，MSCs有免疫原性低、方便异体给予等优点。因此，理论上MSCs更适宜在临床应用。

1995年Lazarus等首次报道了采集23例恶性骨髓肿瘤完全缓解患者的干细胞进行体外培养，然后回输至患者体内的1期临床研究。结果15例完成了研究，从注射到回输的时间为28～49 d，剂量为1×106、10×106和50×106个细胞/kg，且发现在人体内注射干细胞安全[10]。其后，MSCs已用于多种疾病，包括急性心肌梗死和肝病等。研究多为1期和2期试验，均验证了干细胞治疗的安全性和有效性[11]。

2 干细胞治疗ARDS的现状

干细胞治疗ARDS的临床研究最早于2015年报道[6]。但在此之前已有多个动物研究和离体人肺的研究证实干细胞治疗ARDS的有效性。Gupta等[12]对应用大肠埃希菌制作的鼠肺感染急性肺损伤的模型经气管给予合成的MSCs，发现与对照组相比，研究组生存期改善、肺损伤减轻、细菌清除率增加。Asmussen等[13]先用棉花烟吸入，继之经气管灌入铜绿假单胞菌制作羊急性肺损伤模型，然后静脉分别给予MSCs和电解质。发现MSCs组氧合指数(PaO2/FiO2)改善、肺水肿减轻。

2.1 干细胞治疗ARDS的动物和临床研究 动物研究证实MSCs治疗ARDS具有有效性，同时在离体人肺的研究也证实了MSCs治疗ARDS的有效性。Lee等[5]在离体人肺制造了大肠埃希菌肺炎肺损伤的模型，后将5×106或10×106个细胞/kg的人MSCs注入右肺中叶作为研究组，应用重组人角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor，KGF)100ng或正常人肺纤维母细胞作为对照组。结果发现MSCs能够恢复肺泡液体清除率、减轻炎症，而且增加细菌清除率、减少菌血症的发生率。McAuley等[14]的研究也证实MSCs能够恢复离体人肺的肺泡液体清除率。

2.2 干细胞治疗ARDS的方式、剂量和应用时机 关于MSCs治疗肺损伤的应用方式，一般有静脉注射、气管内注射和腹腔注射3种。Hayes等[15]研究了呼吸机相关肺损伤的鼠模型气管内、静脉或腹腔内应用MSCs的效果，结果发现：气管内或静脉给予MSCs的效果优于腹腔给药，表现为气管内或静脉给药组鼠氧合指数改善、肺顺应性改善、肺泡内炎症减轻、肺组织结构恢复，而腹腔给药组鼠肺泡内炎症无明显减轻、肺组织结构恢复不明显。Devaney等[16]对比研究了气管内或静脉给予MSCs治疗鼠ARDS的结果，发现2组在改善动脉氧合、改善肺顺应性、减少肺泡蛋白方面无差异，但气管内给药在提高肺泡内白细胞介素10(interleukin 10, IL-10)和KGF的浓度方面优于静脉给药组。因此，应用MSCs治疗ARDS，首选气管内给药，其次静脉给药，最后腹腔给药。

关于MSCs治疗ARDS的用药剂量，Zheng等[17]报道了静脉应用MSCs治疗鼠ARDS的随机对照研究，每组6只小鼠，应用剂量为2×108个细胞/kg。结果发现：MSCs方法安全、可行，2组小鼠的生存时间和血浆标记物水平无显著差异。样本小可能是该项研究的缺陷。Hayes等[15]应用了1×106、2×106、5×106和1×107个细胞/kg 4种剂量的MSCs治疗鼠ARDS。结果发现，后3组鼠均表现为动脉氧合改善、肺顺应性改善，而1×106个细胞/kg组改善不明显。因此，Hayes等提出治疗鼠ARDS的最低剂量为2×106个细胞/kg。刘慧莹[18]研究发现：应用2×105个细胞/kg剂量MSCs治疗内毒素-肺损伤小鼠后，小鼠的肺组织病理损伤明显减轻、病死率下降。当MSCs的剂量增加至5×105和1×106个细胞/kg时小鼠的病死率反而增加。分析原因可能与细胞剂量较多，向损伤组织归巢时聚集在肺毛细血管床，引起肺泡毛细血管淤血及微血栓形成有关。

关于MSCs的给予时间，大多数研究均在造模后几小时内给予[13-14,16-17]。Hayes等[15]研究在3个治疗时间节点0.25、6、24 h应用MSCs治疗鼠ARDS的预后，结果发现在ARDS发病后24 h应用MSCs仍能较好地缓解鼠ARDS。刘慧莹[18]研究在3个治疗时间节点0.25、4、24 h应用MSCs治疗鼠ARDS的预后，得到相似结果。上述研究结果给予临床的提示是在确诊ARDS的24 h之内应用MSCs均有效。

2.3 干细胞联合其他疗法治疗ARDS的效果 彭珊珊等[19]应用高频振荡通气(high frequency oscillatory ventilation，HFOV)联合MSCs治疗内毒素-肺损伤兔，发现：与单用HFOV或MSCs相比，联合治疗组的肺损伤兔氧合显著改善、炎症反应和肺损伤显著减轻，提示联合疗法优于单一疗法。刘慧莹[18]应用甲强龙联合MSCs治疗鼠ARDS发现：单用甲强龙或单用MSCs与甲强龙联合MSCs治疗组3组之间鼠肺损伤的病理改善程度相近、病死率无显著差异，提示甲强龙联合MSCs不优于单一疗法。盐酸戊乙奎醚是中国原创的选择性莨菪类药物。曹惠娟[20]应用盐酸戊乙奎醚联合MSCs治疗内毒素-肺损伤大鼠，发现：与单用盐酸戊乙奎醚或MSCs相比，联合治疗组的肺损伤兔氧合显著改善、炎症反应和肺损伤显著减轻，提示联合疗法优于单一疗法。

3 干细胞治疗急性呼吸窘迫综合征的机制

早年研究认为[8]，MSCs治疗肺损伤的机制在于：MSCs特异性招募至肺内，移行至肺损伤部位后能分化为肺泡上皮细胞和肺微血管内皮细胞，从而修复损伤肺组织结构，保护肺功能。近年研究发现：除上述机制外，旁分泌是MSC发挥肺组织或细胞修复作用的重要机制。旁分泌是指MSCs细胞通过分泌多种细胞因子调控肺组织的修复和炎症。如通过分泌KGF、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)等促进肺泡上皮细胞和肺微血管内皮细胞增殖和再生；通过B淋巴细胞瘤-2基因 (B-cell lymphoma-2，Bcl 2)、生存素(survivin)调控肺泡上皮细胞和肺微血管内皮细胞凋亡；通过分泌IL-10和转化生长因子-β(transforming growth factor，TGF-β)等调控肺炎症反应[21]。

除旁分泌外，MSCs治疗ARDS的另一个机制是细胞-细胞接触依赖，及核酸和细胞器的转移。Zhu等[22]将从MSCs中分离出的细胞微泡(microvesicles，MVs)气管内注入大肠埃希菌急性肺损伤鼠体内，发现：MVs可以显著改善急性肺损伤的水平包括肺水减少和肺炎症减轻。而经过KGF siRNA预处理的MSCs则部分减弱了MVs的治疗效果，提示MVs部分是通过KGF mRNA而发挥作用。Monsel等研究发现：MVs可以显著改善内毒素肺损伤鼠的肺损伤水平，而这种作用是通过CD44介导。Toll样受体-3(Toll-like receptor 3，TLR-3)激动剂预处理可增强MVs的治疗作用[23]，而抗CD44抗体处理后减弱MVs的治疗作用[24]。

4 干细胞治疗急性呼吸窘迫综合征存在的问题

经过多年的研究，目前MSCs治疗ARDS已经由1期临床走向2期临床，有望为ARDS提供一种改善预后的新的治疗方法，但也存在种种顾虑。如有报道[25]表明MSCs可分化为肉瘤，MSCs易使乳腺癌细胞进入骨髓，从而产生对化疗药物的耐药性[26]。但近年也有报道发现[27]，预防应用MSCs可减少胸部肿瘤放射性肺炎的发生，减少肺转移的发生率。因此，应用MSCs治疗ARDS患者还需进一步长期随访观察。Yan等[28]研究放疗后的小鼠给予静脉注射MSCs治疗后发现：在放疗早期给予MSCs，其可分化为有功能的肺细胞，而在放疗后期如60 d或120 d时给予MSCs则参与纤维化的形成。但临床部分ARDS患者在早期即可出现肺纤维化[1]，因此，对于此部分患者是否可以应用MSCs需进一步研究。

综上，MSCs治疗ARDS是一种基于干细胞的有希望的疗法，但关于注射应用方式、时间和剂量，如何与其他治疗手段相结合及选择适应证，长期效果如何等问题仍有待解决。相信随着研究的深入，上述问题会一一获得解决，最终使干细胞疗法造福于ARDS患者。

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(编校：王俨俨)

Progress of mesenchymal stem/stromal cells therapy in acute respiratory distress syndrome

XING Xue-zhong, GAO YongΔ, WANG Hai-jun, QU Shi-ning, HUANG Chu-lin, YANG Quan-hui

(Department of Intensive Care Unit, National Cancer Center/Cancer Hospital of Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100021, China)

Acute respiratory distress syndrome (ARDS) has a mortality rate over 40%, and many pharmaceutical therapies have not been shown to improve the outcomes of ARDS.In recent years, animal experiments andinvitrohuman perfused lung experiments demonstrated that mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) therapy could increase alveolar fluid clearance, alleviate inflammation.A phase 1 clinical trial validated the safety of MSCs therapy on ARDS patients.An ongoing phase 2 trial (NCT01775774) will determine the effective of MSCs therapy.Although in its beginning period, cell based MSCs therapy provides a promising treatment for ARDS.Here, we briefly review the current status of MSCs therapy for ARDS, including the animal experiments, clinical trials, mechanisms and debates.

acute respiratory distress syndrome; mesenchymal stem/stromal cells therapy; progress

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.07.07

邢学忠，男，副主任医师，研究方向：肿瘤术后的基础与临床研究，E-mail：xingxzh2000@aliyun.com；高勇，通信作者，男，副主任医师，E-mail：2354839907@qq.com。

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