王 利，馬得勛，張 瑞，張 超，高 蕊，劉書鋒

(1.海軍第971醫(yī)院嶗山醫(yī)療區(qū)血液腫瘤科, 山東 青島 266101； 2.海軍第971醫(yī)院衛(wèi)勤訓(xùn)練中心，山東 青島 266101； 3.火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心，北京 100088; 4.海軍青島特勤療養(yǎng)中心醫(yī)訓(xùn)部， 山東 青島 266071)

隨著核能在軍事及民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，輻射損傷事件的發(fā)生機(jī)率逐漸增大[1]，放療、醫(yī)源性過量照射、放射源意外丟失等均可能引起受照機(jī)體的輻射損傷。輻射不僅能造成機(jī)體造血、免疫系統(tǒng)、胃腸道、肺、腦、心臟、皮膚、血管等組織器官的損傷[2]，而且對受照個(gè)體的心理產(chǎn)生嚴(yán)重負(fù)面影響。研究者們一直致力于探索高效輻射損傷救治策略。

造血刺激因子及造血干細(xì)胞移植目前仍是治療輻射損傷常用的方法。對于受照劑量小、造血功能受損不嚴(yán)重的機(jī)體，造血刺激因子刺激造血效果顯著。但對于受照劑量大、殘存造血干細(xì)胞不足以重建造血的機(jī)體，需要進(jìn)行造血干細(xì)胞移植以重建機(jī)體的造血功能。受照劑量大于8 Gy的輻射損傷病人，重建造血是救治的重點(diǎn)，但不是終點(diǎn)，如何在重建造血的基礎(chǔ)上，修復(fù)受損組織器官的功能是輻射損傷救治過程的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)來源于胚胎發(fā)育的中胚層，具備自我更新能力，能夠分化為骨、軟骨、脂肪等中胚層來源組織，具備低免疫原性及獨(dú)特的免疫調(diào)節(jié)功能[3]。作為骨髓龕的重要組成成分，MSC具備造血支持功能[4]，并且MSC能夠歸巢至受損組織部位，分化替代損傷組織，或通過分泌細(xì)胞因子、生長因子、胞外微囊(extracellular vesicle，EV)等方式發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)及組織修復(fù)作用[5-6]。

鑒于MSC適于異體輸注及上述多重功效，研究者們一直致力于將MSC應(yīng)用于輻射損傷的救治，以期解決輻射損傷后機(jī)體造血重建、組織修復(fù)兩方面的重點(diǎn)及難點(diǎn)問題[7-8]。近年來MSC在輻射損傷救治方面的研究取得了一些新進(jìn)展，本文就此作一綜述，以期為輻射損傷救治方面的研究者提供一些參考。

1 MSC促進(jìn)輻射損傷后造血恢復(fù)

機(jī)體造血系統(tǒng)對輻射較為敏感，全身照射劑量超過1 Gy時(shí)機(jī)體就會出現(xiàn)較為明顯的造血系統(tǒng)癥狀。大劑量照射時(shí)患者會出現(xiàn)嚴(yán)重的白細(xì)胞、血小板減少，明顯增加患者致死性感染及出血風(fēng)險(xiǎn)。目前粒細(xì)胞集落刺激因子、粒巨噬細(xì)胞集落刺激因子等細(xì)胞因子是促進(jìn)受照后造血恢復(fù)的常用手段。但在較大劑量受照情況下，機(jī)體內(nèi)殘留造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cell，HSC)很少或缺如，細(xì)胞因子難以發(fā)揮理想效果。造血干細(xì)胞移植(HSC transplantation，HSCT)仍是治療重度以上急性放射病患者的常用方法，但HSCT對醫(yī)療技術(shù)、設(shè)備及干細(xì)胞來源的要求性比較高，難以大范圍推廣應(yīng)用。

MSC能夠調(diào)節(jié)造血微環(huán)境，并分泌白細(xì)胞介素(Interleukin，IL)-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-14、IL-15、粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞集落刺激因子、干細(xì)胞因子等一系列細(xì)胞因子，促進(jìn)體內(nèi)殘留造血干細(xì)胞的增殖、分化及成熟，促進(jìn)受照后機(jī)體造血恢復(fù)。受致死劑量射線照射的動物輸注MSC后骨髓中細(xì)胞計(jì)數(shù)增高，生存率增加[9]。MSC還能通過減輕受照后氧化損傷程度，促進(jìn)造血重建[10]。MSC與造血干細(xì)胞共輸注時(shí)，造血干細(xì)胞植入及造血重建更快[11]。

Lee等[12]研究顯示，將MSC與臍血干細(xì)胞共移植，中性粒細(xì)胞及血小板植入時(shí)間較單純臍血移植明顯提前，且MSC組無植入失敗發(fā)生。LIU等[13]研究顯示，單倍體造血干細(xì)胞移植時(shí)使用MSC，血小板達(dá)到50×109/L的時(shí)間顯著提前。國內(nèi)2008年“太原事故”中，一例受到14.5 Gy γ射線照射的患者，接受HLA不相合外周血干細(xì)胞及MSC共移植后，患者造血恢復(fù)，放射性皮膚潰瘍逐漸愈合，但后期患者出現(xiàn)腸梗阻，最終死于多器官功能衰竭[14]。提示大劑量射線照射后，盡管HSCT能夠重建患者造血，但輻射所致多組織器官的損傷是輻射損傷救治過程中更需要關(guān)注的問題，需要更多的研究予以解決。

2 MSC促進(jìn)輻射損傷后胃腸道等組織器官修復(fù)

全身照射劑量超過7 Gy就會引起患者較為明顯的胃腸道癥狀。輻射引起腸黏膜隱窩細(xì)胞、免疫細(xì)胞等損傷，導(dǎo)致腸黏膜屏障功能的破壞及免疫調(diào)節(jié)失常，使患者致死性細(xì)菌感染風(fēng)險(xiǎn)增加。對于有嚴(yán)重組織損傷、臟器功能受損的大劑量輻射傷員而言，HSCT在解決造血重建的基礎(chǔ)上，未能解決組織修復(fù)問題，且在批量大劑量輻射傷員出現(xiàn)時(shí)，大規(guī)模進(jìn)行HSCT難度可想而知。

MSC能夠修復(fù)輻射損傷后腸黏膜隱窩干細(xì)胞的微環(huán)境，并促使殘留隱窩干細(xì)胞增殖，促進(jìn)隱窩細(xì)胞及腸黏膜上皮細(xì)胞的再生；MSC能分泌血小板源性生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子等細(xì)胞因子及抗炎性細(xì)胞因子；此外MSC能夠通過抗氧化及抗炎作用保持受照后血管內(nèi)皮功能[15]，MSC通過上述多種機(jī)制共同作用促進(jìn)輻射受損腸黏膜的修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)MSC能促進(jìn)輻射損傷后腸絨毛的修復(fù)，提高大劑量受照后動物的存活率[16]。通過基因手段上調(diào)MSC表面趨化因子受體，增強(qiáng)其向受損組織的歸巢能進(jìn)一步增加MSC療效，如過表達(dá)CXCL12的MSC促進(jìn)輻射損傷腸黏膜上皮細(xì)胞的修復(fù)，延長受照后動物的生存期[17]。

MSC能通過恢復(fù)抗氧化酶超氧化物歧化酶水平，減輕受照后內(nèi)皮細(xì)胞的損失及血管損傷，減輕輻射對肺臟的損傷程度[18]。比格犬受15 Gy X射線照射后，與對照組相比，MSC治療組比格犬動脈血氧分壓高，羥脯胺酸及β轉(zhuǎn)化生長因子減低，α轉(zhuǎn)化生長因子水平上升，肺組織超氧化物歧化酶水平增高，腫瘤壞死因子-α、IL-1降低，CT及病理檢查顯示MSC治療后比格犬肺損傷程度較輕[19]。MSC不僅能夠減輕輻射早期肺損傷，而且能減輕后期肺纖維化程度[20]，受照后越早使用MSC對放射性肺損傷的治療效果越好[21]。

輻射能增加血管通透性，引起白細(xì)胞外滲、微血栓形成及血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，還能引起大血管動脈粥樣硬化、狹窄、阻塞等病理改變。動物實(shí)驗(yàn)顯示輻射能使小鼠主動脈細(xì)胞凋亡及纖維化重組，引起主動脈增厚，膠原蛋白累積，TGF-β等促纖維化細(xì)胞因子、TNF-α等炎癥分子、氧化應(yīng)激指標(biāo)上升。MSC能夠減輕輻射引起的上述病理變化，上調(diào)抗氧化酶HO-1及過氧化氫酶水平，抑制主動脈氧化應(yīng)激水平及炎癥反應(yīng)[22]。

3 MSC促進(jìn)輻射損傷后皮膚、黏膜損傷的修復(fù)

輻射引起皮膚灼傷的程度依射線種類、劑量水平、照射時(shí)間、照射部位等因素而異。事故照射或醫(yī)源性放療后均能引起不同程度的皮膚灼傷。盡管外科手術(shù)技術(shù)及常規(guī)燒傷治療方法取得了長足進(jìn)展，但由于輻射與常規(guī)燒傷引起的皮膚損傷存在病理生理方面的差異，大劑量照射引起的重度皮膚灼傷治療效果仍不滿意。

MSC能夠減少皮膚輻射損傷部位炎性細(xì)胞浸潤，減少細(xì)胞壞死，促進(jìn)肉芽組織形成、角質(zhì)細(xì)胞增殖及角蛋白生成，并促進(jìn)新生血管形成，加快輻射灼傷皮膚的修復(fù)[23-24]。MSC培養(yǎng)液能促進(jìn)人臍帶血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，也能夠促進(jìn)動物受照后皮膚損傷的修復(fù)，其整體效果優(yōu)于表皮生長因子[25]。2014年“南京事故”中一名人員誤拾192Ir后出現(xiàn)右下肢Ⅳ度急性放射性皮膚損傷，于皮瓣移植術(shù)后兩次靜脈輸注MSC，輸注后患者外周血及受損皮膚組織中血管內(nèi)皮生長因子受體水平明顯增高，患者病情逐漸好轉(zhuǎn)，提示MSC治療放射性皮膚損傷是安全有效的[26]。

輻射還會引起黏膜、腺體等組織損傷，影響患者進(jìn)食、吞咽等功能，使患者生活質(zhì)量下降，嚴(yán)重者引起營養(yǎng)不良及致命感染。局部應(yīng)用MSC會引起局部微環(huán)境的破壞，并且難以廣泛作用于輻射損傷的其他黏膜組織；靜脈輸注MSC能夠起到全身性的抗炎、組織修復(fù)等作用，但擴(kuò)增后MSC部分趨化因子受體表達(dá)水平下降，歸巢至炎癥及組織損傷部位能力下降。CXCR2過表達(dá)的MSC歸巢至輻射損傷炎癥部位能力增強(qiáng)，能夠抑制促炎性細(xì)胞因子及活性氧的產(chǎn)生，促進(jìn)輻射損傷黏膜潰瘍的愈合[27]。

MSC對輻射損傷皮膚的修復(fù)作用一方面來源于MSC歸巢至皮膚損傷部位促進(jìn)細(xì)胞的增殖分化，另一方面MSC能夠分泌血管內(nèi)皮生長因子、血管生成素、胰島素樣生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子等一系列細(xì)胞因子，加快新生血管的生成、灌注，減輕損傷部位炎癥反應(yīng)，刺激成纖維細(xì)胞增殖、遷移、分化，并促進(jìn)皮脂腺、汗腺等腺體及肌肉組織的修復(fù)[28]，多種機(jī)制共同促進(jìn)輻射損傷皮膚的修復(fù)。近期一項(xiàng)納入30例患者的隨機(jī)對照臨床試驗(yàn)顯示，MSC能增強(qiáng)放射性口腔干燥癥患者唾液腺的分泌功能，改善患者口渴、食用固體食物不適等臨床癥狀，且無不良事件發(fā)生[29]，證實(shí)臨床使用MSC治療放射性損傷是安全有效的。

4 MSC救治輻射損傷研究趨勢

近年來研究發(fā)現(xiàn)MSC通過直接分化發(fā)揮組織修復(fù)作用有限，通過釋放包括血管內(nèi)皮生長因子、肝細(xì)胞生長因子、胰島素樣生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子等一系列細(xì)胞因子可能是MSC發(fā)揮作用的重要機(jī)制，尤其EV是MSC旁分泌機(jī)制中非常重要的一種物質(zhì)。MSC-EV能夠選擇性轉(zhuǎn)載MSC來源mRNA、microRNA、蛋白等功能物質(zhì)，并將其內(nèi)容物傳遞至特定細(xì)胞；MSC-EV雙分子層囊膜能夠避免其在循環(huán)過程中被酶類物質(zhì)降解；同時(shí)MSC-EV體積小，能夠避免高劑量輸注MSC引起門靜脈或肺靜脈栓塞風(fēng)險(xiǎn)[22]。

MSC-EV能夠減輕輻射對HSC的損傷程度，促進(jìn)受照后HSC的增殖，逆轉(zhuǎn)輻射所致的HSC生長抑制、DNA受損及凋亡，小鼠受5 Gy劑量照射后靜脈輸注MSC-EV后造血重建明顯快于對照組[2]。MSC-EV能夠直接作用于小鼠HSC細(xì)胞，在無其他造血支持條件下，MSC-EV能夠使受致死劑量射線照射小鼠長期存活[30]。輻射會使受照機(jī)體骨髓間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞受損，增加骨質(zhì)疏松及骨折風(fēng)險(xiǎn)。MSC-EV能夠降低氧化應(yīng)激水平，加快DNA損傷修復(fù)，減少增殖抑制及細(xì)胞衰老相關(guān)蛋白表達(dá)，調(diào)節(jié)基質(zhì)細(xì)胞分化，重建骨髓基質(zhì)細(xì)胞功能，進(jìn)而減輕輻射導(dǎo)致的骨損失[31]。目前MSC-EV在組織修復(fù)、免疫調(diào)節(jié)、造血支持等方面顯示出與MSC相當(dāng)?shù)墓π5, 32]，被認(rèn)為有望成為一種更安全、高效穩(wěn)定的非細(xì)胞治療手段[32-33]。

5 MSC救治輻射損傷下一步研究方向

MSC免疫豁免特性使其異體輸注后不會被排斥，且能同時(shí)解決受照后機(jī)體造血重建、組織修復(fù)兩方面的問題，使MSC具備成為輻射損傷救治理想方法的潛質(zhì)。盡管臨床前實(shí)驗(yàn)顯示MSC對輻射損傷有較好的治療作用，但臨床推廣應(yīng)用前仍有許多工作要做，包括MSC來源、擴(kuò)增代數(shù)、冷凍與否、劑量、輸注頻次、輸注方式等因素均會影響到MSC作用效果[34]，臨床轉(zhuǎn)化時(shí)需要考慮相關(guān)影響因素。Osiris制藥公司目前已開發(fā)出MSC商用化細(xì)胞產(chǎn)品Prochymal，但MSC細(xì)胞產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定性，MSC對輻射損傷傷員的有效性、安全性等問題仍需大樣本群體的驗(yàn)證。MSC-EV作為一種理論上更安全高效的非細(xì)胞治療方法，其在輻射損傷救治中的作用及機(jī)制有待進(jìn)一步探討。