MSCs治疗肺损伤作用机制及研究进展

肺部疾病作为一种呼吸系统常见病,与重工业快速发展、环境污染等密切相关,死亡率极高。近来研究发现间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)能够自主归巢至疾病损伤部位、修复受损组织并

参与调节全身炎症和免疫反应,在临床上有较好的应用前景。

间充质干细胞的生物学特性

间充质干细胞属于多能干细胞,具有多向分化潜能、造血支持和促进干细胞植入、免疫调控以及自我复制、旁分泌等特点,来源于多种组织类型。在临床试验中,间充质干细胞主要来源于成人骨髓、脂肪组织,脐带组织和胎盘组织。国际细胞疗法协会的间充质和组织干细胞委员会定义了关于人间充质干细胞的基本标准:

细胞必须是贴壁生长;

间充质干细胞表面表达CD、CD73和CD90;

不表达CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79a或CD19及HLA-DR;

在体外可分化为成骨细胞、脂肪细胞和成软骨细胞。

READING间充质干细胞治疗肺损伤的优势

在细胞治疗的背景下,间充质干细胞与其他候选细胞类型(如胚胎干细胞或诱导多能干细胞)相比具有易获得、被自如使用、无需复杂体外操作以及通常具有低致瘤性风险等几个优点。间充质干细胞经静脉注射后首先归巢于肺中,这利于更好地发挥治疗肺损伤的作用。

间充质干细胞治疗肺损伤的机制

间充质干细胞治疗肺损伤的研究机制很多,如PI3K/AKT信号通路、Wnt信号通路、NF-κB信号通路、产生的细胞因子、外泌体以及潜在分化趋势机制等,它们在治疗肺损伤方面有很大优势。

一、信号通路1/3

1.磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路

PI3K是胞内脂质激酶家族成员,可以使磷脂酰肌醇和磷酸肌醇的3-羟基基团磷酸化,具有调节细胞代谢、存活和极性以及调控囊泡运输的功能。

PI3Ks是胰岛素和生长因子反应的关键成分,调节新陈代谢和细胞生长,活化第二信使,参与细胞分化、增殖、凋亡以及迁徙等。

一、信号通路2/3

2.Wnt信号通路(细胞表面受体胞内段活化过程将细胞外信号传递到细胞内)

Wnt信号通路在肺泡细胞的发育生长以及损伤修复中起到了重要的作用;Wnt表达增加会抑制β-连环蛋白的产生;

一、信号通路3/3

3.NF-κB信号通路(参与细胞对外界刺激):

NF-κB由一系列转录因子组成,这些因子在炎症、免疫、细胞增殖、分化和存活中起关键作用,NF-кB家族包含的转录因子控制大量靶基因的表达以适应环境的变化,有助于协调炎症和免疫应答。可通过分泌TSG-6,抑制NF-кB信号通路,减少炎症反应,促进抗炎细胞因子的表达,将巨噬细胞转化为抗炎表型。

二.旁分泌1/3

1.分泌细胞因子:间充质干细胞可产生多种细胞因子,可分泌具有细胞保护和修复特性的生长因子、角质细胞生长因子、血管内皮生长因子和肝细胞生长因子。

胶质细胞生长因子

介导多种组织中表皮或上皮细胞增殖和分化;

胶质、成纤维因子受体结合,激活PI3K对细胞功能发生调控作用;

通过PI3K/AKT/MTOR信号通路来改善受损Ⅱ型肺泡上皮细胞的炎症以改善肺损伤。

恢复肺内皮和上皮的通透性,并改善肺泡上皮细胞清除肺泡水肿的能力;

血管内皮生长因子、干细胞生长因子

间充质干细胞分泌的肝细胞生长因子具有保护肺损伤后的内皮屏障功能;

间充质干细胞分泌的血管内皮生长因子可以与肝细胞生长因子协同作用以稳定内皮细胞屏障功能。

二.旁分泌2/3

2.微囊泡和胞外囊泡:许多临床前研究表明祖细胞和干细胞群体(包括间充质干细胞)在肺纤维化动物模型损伤早期炎症阶段有治疗效果,旁分泌在抗炎中起着关键作用。

微囊泡

增加肺泡液体清除率、降低肺蛋白的通透性、减轻细菌定值数量、抗大肠杆菌能力明显增强(增强巨噬细胞、吞噬细胞活性有关),均表明治疗增加抗菌能力。

胞外囊泡

巨噬细胞促炎性细胞因子的分泌,是间充质干细胞产生的胞外囊泡,通过使线粒体从间充质干细胞转导到巨噬细胞内以及增强巨噬细胞中氧化磷酸化来实现的,提高了巨噬细胞的吞噬能力和M2巨噬细胞标志物CD的表达。

二.旁分泌3/3

3.外泌体miR-21-5p是一种抗凋亡miRNA,是间充质干细胞来源外泌体中的主要成分之一,对氧化应激诱导的细胞凋亡有保护作用。

间充质干细胞通过miR-21-5p抑制内源性和外源性凋亡途径,改善了缺血再灌注肺损伤以及缺氧/复氧诱导的细胞凋亡。

间充质干细胞外泌体中另一重要成分iR--3p,能抑制嘌呤能受体P2X配体门控离子通道7(P2X7)的表达,改善创伤性急性肺损伤的氧化应激损伤以及炎性反应。

三.分化能力

间充质干细胞可分化为上皮细胞,表达p或E2F4可以进一步改善肺上皮细胞损伤,降低高渗透性,促进Ⅱ型肺泡上皮细胞分化从而改善肺通透性和肺纤维化,减少肺水肿,抑制了脂多糖诱导的Hippo信号通路,促进干细胞在肺组织的保留及其向Ⅱ型肺泡上皮细胞的分化。

四.与其他药物联合

间充质干细胞与其他药物联合应用可以增强保护肺损伤的作用。

与1-磷酸鞘氨醇类似物FTY联合治疗脂多糖诱导的急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征的疗效更好;

间充质干细胞和血管紧张素转换酶Ⅱ共同给药可明显抑制急性肺损伤的细胞凋亡。

间充质干细胞与促红细胞生成素联合应用可减轻高氧诱导的肺损伤,减少肺纤维化,提高细胞增殖、迁移以及抗凋亡能力。

与临床上单独使用的皮质类固醇治疗方法相比,联合应用间充质成血管细胞衍生的间充质干细胞对实验性慢性过敏性气道疾病有更好的保护作用。

延伸内容

新型冠状病毒肺炎(CoronaVirusDisease,COVID-19)现已在全球蔓延的由一种新型冠状病毒(国际病毒分类委员会命名为SARS-COV-2)感染导致的肺炎。根据国家卫生健康委员会发布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》,目前的治疗手段包括卧床休息、支持治疗等一般治疗,配合抗病毒治疗、抗菌治疗及中医药治疗等,尚无确切的治疗手段。我国也已将该病作为急性呼吸道传染病纳入《中华人民共和国传染病防治法》规定的乙类传染病,并按照甲类传染病管理,WHO已将此疫情列为国际


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