唐星瑶,田 琳

(1首都医科大学附属第四临床医学院,北京 100069;2首都医科大学公共卫生学院;*通讯作者,E-mail:tianlin@ccmu.edu.cn)

矽肺是我国乃至全球发病率和死亡率最高的一种尘肺病[1]。矽肺是指在职业活动中长期吸入生产性粉尘并在肺内潴留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病,以矽结节的形成和广泛肺纤维化为特征[2]。2015-2016年全国职业病报告情况显示,2015年报告职业病29 180例,其中职业性尘肺病最多,为26 081例,而矽肺病例多达10 343例;2016年报告职业病31 789例,职业性尘肺病新病例27 992例,矽肺病例10 072例[3]。尘肺病潜伏期长、隐匿性强,实际患病人数可能更多[4]。临床上至今尚无有效的矽肺早期诊断和治疗方法,现行的治疗方法主要是减轻肺组织炎症等对症治疗,但效果并不理想。对于晚期患者最佳选择是进行肺移植,但由于供体数量不能满足需求,术后需要免疫抑制治疗,以及存在慢性排斥、潜在疾病传播等原因,肺移植手术的开展受到很大限制[5]。因此,迫切需要积极寻找有效的治疗肺损伤、延缓肺纤维化发生发展的方法。干细胞治疗越来越受到研究者的关注,研究人员在间充质干细胞治疗矽肺方面进行了大量的基础和临床研究,本文将间充质干细胞在矽肺治疗中的研究进展进行综述。

1 间充质干细胞(marrow mesenchymal stem cells,MSCs)的特征

间充质干细胞是一种具有自我复制能力和多向分化潜能的成体干细胞,能够发育成硬骨、软骨、脂肪和其他类型细胞。MSCs最初在骨髓中发现,因其具有多向分化潜能、造血支持和促进干细胞植入、免疫调控和自我复制等特点而日益受到人们的关注[6]。MSCs属于中胚层的一类多能干细胞,主要存在于结缔组织和器官间质中,以骨髓组织中含量最为丰富,由于骨髓是其主要来源,因此统称为骨髓间充质干细胞(BMSCs)。BMSCs具有以下特性:具有强大的增殖能力和多向分化潜能,在适宜的体内或体外环境下具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力;具有免疫调节功能,通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应,从而发挥免疫重建的功能;具有来源方便,易于分离、培养、扩增和纯化,多次传代扩增后仍具有干细胞特性,不存在免疫排斥的特性。这些特性都为间充质干细胞治疗肺纤维化的可能提供了理论基础[7]。

2 间充质干细胞治疗矽肺的体内研究

2.1 间充质干细胞给药途径的选择

在纤维化肺部疾病的研究中,BMSCs给药途径主要分为气管内给药、静脉内给药,这两种方法均可有效减轻肺组织损伤,但是究竟哪种方法更加有效,目前还没有定论。

在矽肺的研究中,国内外学者多采用静脉内给予BMSCs的方式。安国亮等[8]对Wistar雌性大鼠染石英尘后,选择尾静脉给予BMSCs,发现BMSCs减轻了石英所引起的肺组织纤维化,同时Micro CT能够反映BMSCs拮抗大鼠矽肺纤维化的效果。有学者[9]经尾静脉给予SD大鼠BMSCs后,BMSCs组第7天肺泡炎症变化明显减轻,第28天、56天肺组织内结节数及其大小较矽肺组有所减少、减小,病变分布亦较轻,而且肺组织中胶原含量不同程度减少,表明BMSCs尾静脉移植能减轻游离SiO2致肺损伤后的炎症和纤维化。黄明等[10]比较BMSCs两种移植方式效果的差异,发现经静脉和气管两种BMSCs移植方式均可减轻肺部炎症和纤维组织增生,两种移植方式的修复作用没有显著性差异。这些研究成果为临床上根据患者具体情况采用不同注射方式治疗矽肺提供了一定的参考依据,但实验还需进一步深入研究。

2.2 间充质干细胞干预时间与剂量的选择

对于BMSCs移植时间,文献报道各不相同。朱会兴等[11]在探讨BMSCs外源性移植对大鼠矽肺纤维化的疗效及其时间窗的关系时,分别于染尘后第1天、第7天和第14天行BMSCs的干预治疗,结果显示与矽肺模型组相比,BMSCs在染尘后第1天及第14天移植的病理改变有明显减轻,但在第28天移植时则无显著减轻。然而,相反的研究认为在实验性矽肺晚期,应用骨髓单核细胞(BMMC)治疗可以通过减轻纤维化来改善肺功能[12]。

在肺纤维化疾病中,研究者对BMSCs的给药剂量有不同的看法。在大鼠矽肺纤维化模型中,赵曼曼等[13]将BMSCs分三种剂量经尾静脉注射(1×106个细胞/只,3×106个细胞/只,5×106个细胞/只),发现与大鼠矽肺模型组相比,前两组的病理改变减轻,其中3×106个细胞/只BMSCs组减轻的作用更加显著,但是5×106个细胞/只BMSCs组较矽肺模型组病理改变加重。说明外源性BMSCs移植对大鼠矽肺纤维化有一定的拮抗作用,但该作用与BMSCs的剂量有关。类似的研究也发现给予染石英尘大鼠BMSCs 2.5×106个细胞/只,肺组织炎症和纤维化程度比染尘组轻[14]。这些研究表明间充质干细胞干预矽肺纤维化的时间与剂量的不同会产生不同的治疗效果。

2.3 间充质干细胞结合基因治疗

目前基因治疗已经成为医学领域里一个新的研究热点,BMSCs被认为具有极大潜力成为这一传递系统的载体细胞。Li等[15]将过表达BMP-7基因的BMSCs(BMP-7-BMSCs)移植入石英诱导的肺纤维化大鼠体内,发现与石英组相比,BMP-7-BMSCs组肺泡内炎症渗出、结节的数量及胶原纤维的蓝色面积均减少。无论是羟脯氨酸的含量,还是肺组织中Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白、纤维粘连蛋白的表达均有显著降低。结果表明BMP-7-BMSCs能够拮抗石英诱导的大鼠肺纤维化,与单纯的BMSCs组相比,BMP-7-BMSCs组的拮抗作用更显著。翁泽平等[16]发现肝细胞生长因子(HGF)转染的BMSCs对SiO2诱导的肺泡炎和早期纤维化的抑制作用优于BMSCs,认为转染HGF的BMSCs对矽肺纤维化有更好治疗效果。这些研究成果表明间充质干细胞联合不同的表达基因对矽肺纤维化可产生不同的治疗效果。

3 间充质干细胞治疗矽肺的体外研究

3.1 间充质干细胞可能通过分化为上皮细胞治疗矽肺

Banerjee等[17]发现通常用于维持和生长成熟细胞的培养基可以成功诱导多能胚胎干细胞分化为三种成熟的肺组织特异性非纤毛细胞。而Krause等[18]则通过实验研究发现骨髓来源的细胞在体外和体内均可呈现肺上皮细胞的基因表达谱。Spees等[19]将人间充质干细胞(hMSCs)与热休克的小气道上皮细胞共培养,发现一部分hMSCs迅速分化为上皮样细胞,并恢复了上皮单层。同样地,Wang等[20]将MSCs与肺泡上皮细胞(AECs)共培养,发现从肺中分离出的原发性AECs完全分化,形成典型的气道假复层上皮细胞。燕玲等[21]将染矽尘大鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞与健康大鼠的骨髓间充质干细胞共培养,实验组的骨髓间充质干细胞水通道蛋白5和表面活性蛋白C均较同时间点对照A组和对照B组增强,说明染矽尘大鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞能够在体外诱导骨髓间充质干细胞分化为Ⅱ型肺泡上皮细胞。这些研究都说明间充质干细胞可能通过分化为肺的相关上皮细胞,达到拮抗矽肺的目的。

3.2 间充质干细胞治疗矽肺的其他体外研究

Gupta等[22]将肺泡巨噬细胞与MSCs共培养,发现可减轻脂多糖(LPS)对巨噬细胞的刺激,从而减缓肺间质纤维化的进程。Rojas等[23]在体外实验研究中发现,来自小鼠受损肺细胞可产生可溶性因子,使BMSCs增殖并向受损肺迁移。而Li等[24]在体外将BMSCs和大鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞RLE-6TN用Transwell小室共培养,结果发现BMSCs可下调胶原蛋白Ⅰ和Ⅲ的表达,减少RLE-6TN细胞的增殖,但未直接转化为肺泡上皮细胞,认为可能通过旁分泌的途径促进肺泡上皮细胞的增殖,抑制石英诱导的肺纤维化。这些研究为间充质干细胞治疗矽肺可能的机制提供了理论依据,为其发展与运用提供理论基础。

4 间充质干细胞治疗矽肺的临床研究

4.1 中国在MSCs治疗矽肺的临床研究

Liu等[25]进行了一项非随机的非对照试验,包括4名发生肺纤维化的矽肺患者,并接受了先前由含有人类HGF cDNA(MSC/HGF)的载体转染的自体骨髓MSCs,观察到这些患者的血清IgG水平降低并达到正常范围(P<0.05),CT扫描显示肺部结节和网状结节病灶部分吸收。随后,该团队深入研究,从严重的矽肺患者体内分离出BMSCs进行纯化和体外培养,转染入HGF基因,培养后将这些HGF-MSCs再重输入患者体内,发现患者症状改善,认为HGF联合BMSCs移植治疗矽肺患者可能具有一定的潜在作用[26]。该团队进行了另一项研究,用HGF基因修饰的BMSCs治疗10例患者中有3例发现HGF基因修饰的自体BMSCs治疗的胸片和CT均有不同程度的改善,认为HGF基因修饰的自体BMSCs治疗对矽肺有益[27]。孙莉莉等[28]将大容量双肺同期灌洗术与MSCs移植联合应用,对10例尘肺病进行临床研究,发现此法可以有效抗炎及抗纤维化,患者术后情况良好。

4.2 其他国家在间充质干细胞治疗矽肺的临床研究

Morales等[29]通过支气管镜将骨髓源性单核细胞(BMDMCs)植入5例矽肺患者体内进行治疗,并在治疗开始前和BMDMCs治疗后360 d进行扫描,且在灌注后2 h和24 h进行全身和平面扫描,结果显示治疗后无不良反应,患者的肺功能也得到一定改善,提示经支气管给予BMDMCs治疗急性和慢性矽肺是可行和安全的。这些研究为间充质干细胞应用于矽肺的临床治疗提供了依据,但仍需进一步探索。

5 结语

除了矽肺外,还有其他肺部疾病会发生肺纤维化,如特发性肺纤维化、放射性肺纤维化、慢性阻塞性肺气肿等,已有的研究显示间充质干细胞对这些疾病起治疗作用[30]。间充质干细胞对矽肺的治疗有很大的应用前景,为肺纤维化的治疗提供了可能,但目前还不能将其广泛应用于临床治疗,其安全性、可靠性等问题还需通过大量实验进一步研究,间充质干细胞作为治疗矽肺的一种可能方案,具有强大的潜在应用价值,等待学者们进一步探究。