王 濤，汪 俊

1南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)部，南昌 330006 2江西省人民醫(yī)院(南昌醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院)，南昌 330006

哮喘是全球范圍內(nèi)常見的氣道異質(zhì)性炎癥性疾病，涉及多種細(xì)胞(包括嗜酸性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等)參與。這些細(xì)胞釋放的炎癥因子會促進(jìn)氣道黏液分泌增加和杯狀細(xì)胞化生。此外，上皮細(xì)胞的損傷和支氣管平滑肌細(xì)胞的增殖會導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性和氣道重塑的發(fā)生。哮喘的臨床特征主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的喘息、呼吸短促、伴或不伴胸悶和咳嗽等癥狀，常表現(xiàn)為可變性呼氣氣流受限。癥狀和氣流受限的強度隨時間呈特征性改變[1-2]。目前全球患哮喘人數(shù)將近3億，隨著患病率的上升，3年后患病人數(shù)預(yù)計將增加1億[3]。我國20歲及以上人群哮喘患病率4.2%，患病人數(shù)達(dá)到4570萬[4]。

哮喘的臨床及炎癥異質(zhì)性使其控制性差并難以確定適合特定患者的治療方案。哮喘患者在癥狀、氣道功能、氣道重塑、氣道超敏反應(yīng)、炎癥嚴(yán)重程度和類型以及藥物反應(yīng)方面存在差異。許多哮喘患者對β2激動劑以及吸入性皮質(zhì)類固醇治療反應(yīng)良好。此外，白三烯、膽堿能拮抗藥物可用于抑制嚴(yán)重哮喘。但這些治療只緩解癥狀，而未對發(fā)病的免疫因素進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。間充質(zhì)干細(xì)胞 (mesenchymal stem cell，MSC)是一種來源于多個組織的成體干細(xì)胞，具有多向分化潛能。近年來，國內(nèi)外已有多種免疫性疾病在應(yīng)用MSC治療后取得良好效果，比如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、移植物抗宿主病、干燥綜合征、硬皮病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和糖尿病并發(fā)癥等[6-7]。MSC減輕哮喘癥狀的機制包括免疫調(diào)節(jié)、抑制炎癥、改善氣道重塑。本文就 MSC 在哮喘治療方面的作用機制研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

哮喘的發(fā)病機制

支氣管哮喘是多種細(xì)胞和細(xì)胞成分參與的慢性氣道炎癥性疾病，主要包括氣道高反應(yīng)性、氣道重塑及黏液過量分泌等，其具體發(fā)病機制尚未明確。

哮喘目前較為廣泛認(rèn)同的發(fā)病機制：人樹突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)捕獲空氣過敏原，并誘導(dǎo)效應(yīng) Th2 細(xì)胞促進(jìn)漿細(xì)胞分泌IgE，該IgE與在嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞上表達(dá)的IgEFc受體 (Fc εRI)結(jié)合。再次接觸過敏原會導(dǎo)致 Fc ε RI交聯(lián)，導(dǎo)致激活的肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞大量釋放組胺、前列腺素和白三烯，從而誘導(dǎo)氣道平滑肌細(xì)胞收縮和氣流阻塞。此外，活化的肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞會釋放炎性細(xì)胞因子和趨化因子，使循環(huán)中的嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和 CD4+Th2 細(xì)胞大量積聚在發(fā)炎的氣道中。CD4+Th2分別以白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-5、IL-13依賴性方式促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞的活化和誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞化生。從活化的嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子和基質(zhì)降解酶通過對上皮層造成損傷，促進(jìn)支氣管收縮和細(xì)胞外基質(zhì)的沉積，為氣道高反應(yīng)性和氣道重塑奠定基礎(chǔ)[8-10]。

MSC的主要種類及特點

MSC是具有自我更新能力的多能非造血干細(xì)胞，由Caplan[11]在20世紀(jì)80年代首次命名。它們已被識別并從各種人體組織中分離出來，包括脂肪組織、骨髓、臍帶血、羊水、羊膜、牙髓、子宮內(nèi)膜、外周血、唾液腺和滑液等。國際細(xì)胞治療學(xué)會已經(jīng)提出了其定義的最小標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)共識，MSC應(yīng)：(1)僅表達(dá)非特異性表面標(biāo)志CD29、CD71、CD73、CD90、CD105、CD271，缺乏CD14、CD34、CD45、CD11b和CD19等造血細(xì)胞表面標(biāo)志；(2)具有塑料黏附特性；(3)具有體外分化成中胚層譜系細(xì)胞的能力，包括成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞[12-14]。如今，從脂肪組織、骨髓、臍帶沃頓膠收獲的MSC代表了最廣泛描述的MSC亞群[15]。MSC 還具有低免疫原性[16]。由于MSC上主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類分子、Fas配體(FasL)和T細(xì)胞共刺激分子低水平表達(dá)，因此MSC更容易逃避免疫系統(tǒng)的免疫排斥[17-18]。各MSC類型如表1所示。

表1 間充質(zhì)干細(xì)胞的種類及生物學(xué)特性Table 1 Types and biological characteristics of mesenchymal stem cells

MSC在哮喘中的生物學(xué)特性及作用

MSC免疫調(diào)節(jié)作用目前關(guān)于 MSC 治療哮喘的免疫調(diào)節(jié)作用，主要有以下幾種潛在機制：(1)抑制CD4+和CD8+T細(xì)胞增殖及分化[30]；(2)抑制致炎性巨噬細(xì)胞和DC成熟與分化[31]；(3)抑制嗜酸性粒細(xì)胞；(4)限制B細(xì)胞成熟和抗體產(chǎn)生[32]。

MSC對DC的免疫調(diào)節(jié)DC在哮喘的發(fā)病早期發(fā)揮重要作用，成熟的DC通過激活效應(yīng)T細(xì)胞(如Th1和Th17細(xì)胞)和抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的產(chǎn)生，在驅(qū)動自身免疫方面起著至關(guān)重要的作用。未成熟的DC表達(dá)高水平的模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)。當(dāng)病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMP)以及損傷相關(guān)的分子模式(damage associated molecular patterns，DAMP)的廣泛傳入信號被PRR檢測到，會導(dǎo)致一系列細(xì)胞內(nèi)信號分子的激活，如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor，IRF)，隨后誘導(dǎo)共刺激分子的上調(diào)以及促炎細(xì)胞因子，干擾素(interferon，IFN)和趨化因子的釋放[33]。

有研究表明MSC衍生的外泌體(extracellular vesicle)能誘導(dǎo)耐受性樹突狀細(xì)胞(tolerogenic dendritic cell，tolDC)產(chǎn)生[34-36]。miR-21-5p是MSC外泌體中含量最高的miRNA之一，其轉(zhuǎn)染可導(dǎo)致DC的趨化因子受體CCR7表達(dá)減少，遷移至淋巴組織能力降低，從而阻礙自身成熟與分化[37]。該抑制作用可能與MSC保留E-鈣黏蛋白在DC上的表達(dá)有關(guān)[38-39]。

MSC也可以通過旁分泌的方式抑制早期DC的成熟與分化，前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)發(fā)揮著核心作用[40-41]。PGE2還能與巨噬細(xì)胞上的前列腺素EP2和EP4受體相互作用而減少巨噬細(xì)胞的激活，并導(dǎo)致其釋放IL-10[42]。IL-10的抗炎特性被認(rèn)為是MSC介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因素。其功能與以下方面相關(guān)：下調(diào)Th2和Th17衍生的細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)共刺激分子在DC上的表達(dá)，從而誘導(dǎo)其耐受表型，阻斷NF-κB信號傳導(dǎo)，抑制炎癥發(fā)展等[43]。

MSC還能旁分泌肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)，并通過磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)途徑誘導(dǎo)成熟的DC(mDC)分化成tolDC。HGF增加了PD-L1在DC上的表達(dá)，介導(dǎo)了調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cell，Treg)產(chǎn)生。HGF還可以減少淋巴細(xì)胞增殖和IL-12分泌，增加抗炎因子TGF-β和IL-10的產(chǎn)生[44]。此外，MSC還可以旁分泌半乳糖凝集素3(galectin-3，Gal-3)、腫瘤壞死因子α刺激基因-6(tumor necrosis factor α stimulated gene 6，TSG-6)，降低共刺激分子MHC Ⅱ類分子，CD80和CD86的表達(dá)并干擾DC的抗原呈遞能力，從而誘導(dǎo)耐受表型[45-46]。

MSC也能以直接接觸的方式抑制DC功能。Alidinucci等[47]發(fā)現(xiàn)，MSC可與DC直接接觸改變其細(xì)胞骨架組織，使DC激活過程受到阻礙，從而無法有效激活T細(xì)胞?？梢?，MSC可以通過多種作用方式和作用途徑誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性DC的產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)抗炎細(xì)胞的形成和抗炎因子的表達(dá)。因此MSC抑制DC分化與成熟可能是減輕哮喘炎癥的可行策略。

抑制 DC成熟或誘導(dǎo)其耐受可下調(diào)共刺激分子和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，上調(diào)抑制分子(PDL1、CD95L、IDO)和抗炎細(xì)胞因子(TGF-β、IL-10)的表達(dá)[33]。由于MHC分子、共刺激分子和Th1/Th2極化信號的缺失或低表達(dá)，未成熟DC會促使初始T細(xì)胞中的Treg發(fā)育。未成熟DC通過分泌一氧化氮(NO)調(diào)節(jié)IL-2信號通路的多個成員(如Jak3和Jak1激酶)來抑制T細(xì)胞增殖。未成熟DC旁分泌PGE2上調(diào)吲哚胺2，3-雙加氧酶(IDO)在DC中的表達(dá)和內(nèi)源性IL-10的產(chǎn)生，從而抑制T細(xì)胞增殖[48-49]。此外，PGE2也能通過調(diào)節(jié)IL-2的產(chǎn)生和IL-2R(CD25)在DC上的表達(dá)來抑制T細(xì)胞的增殖[50]。然而有其他研究表明，PGE2介導(dǎo)的EP2/EP4→cAMP→IRF1途徑抑制IL-27的產(chǎn)生從而下調(diào)IL-12、上調(diào)IL-23的表達(dá)，增強DC誘導(dǎo)Th2/Th17細(xì)胞的能力[51]。Th2/Th17細(xì)胞在哮喘發(fā)展中處于重要地位，這些研究表明PEG2不完全是抗炎的，它還具有引起炎癥的能力。

MSC影響T細(xì)胞作用T淋巴細(xì)胞的免疫應(yīng)答對哮喘的發(fā)生至關(guān)重要。MSC除了通過與DC的相互作用影響T細(xì)胞的增殖、分化、遷移，其本身也能通過直接接觸或旁分泌的方式影響T細(xì)胞的生理活動。

抑制T細(xì)胞增殖：哮喘發(fā)生時，T細(xì)胞異常增殖會引起炎癥介質(zhì)釋放的級聯(lián)反應(yīng)，因此抑制T細(xì)胞是MSC抑制哮喘癥狀的有效方式。MSC可直接分泌可溶性因子(包括 IDO、NO、HO-1)誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡或細(xì)胞周期停滯。IDO 可將色氨酸降解為犬尿氨酸和有毒代謝物(喹啉酸和 3-羥基鄰氨基苯甲酸)，從而抑制 T 細(xì)胞的增殖或誘導(dǎo)其凋亡[52-53]。而NO抑制 T 細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄激活因子的磷酸化，從而抑制細(xì)胞增殖[54-55]。血紅素加氧酶1(heme oxygenase 1，HO-1)的上調(diào)也有助于 MSC 誘導(dǎo)的 T 細(xì)胞抑制。細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK) 的磷酸化參與了細(xì)胞增殖，HO-1/CO 通過抑制 MAPK/ERK 激酶通路抑制 T 細(xì)胞增殖[56-58]。

改善Th1/Th2平衡：Th1/Th2 失衡引起的 Th2 優(yōu)勢是嗜酸性哮喘發(fā)病機制中的主要免疫學(xué)機制[59]。Th1分泌的細(xì)胞因子(IL-2和IFN-γ)可抑制Th2分化、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的募集和激活。然而，Th2分泌的細(xì)胞因子(如IL-4、IL-5 和 IL-13)可引起炎癥細(xì)胞的增加和募集[60]。上調(diào)Th1細(xì)胞表型被認(rèn)為能夠保護(hù)機體免受過敏炎癥反應(yīng)的侵害。

研究發(fā)現(xiàn)MSC通過影響特異性CD4T淋巴細(xì)胞的分化來促進(jìn)Th1細(xì)胞表型的表達(dá)，抑制Th2細(xì)胞介導(dǎo)的變應(yīng)性氣道炎癥，使氣道炎癥反應(yīng)明顯減輕[61-63]。在Th2主導(dǎo)的炎性環(huán)境中，IL-4和/或IL-13激活MSC中的信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白6(signal transducer and activator of transcription 6，STAT6)，會導(dǎo)致TGF-β的產(chǎn)生增加，從而抑制肺部正在進(jìn)行的 Th2細(xì)胞驅(qū)動的炎癥。Shin等[64]發(fā)現(xiàn)，對屋塵螨/柴油廢氣顆粒物誘導(dǎo)的哮喘小鼠應(yīng)用hUC-MSC，直接下調(diào)了哮喘小鼠 Th2 細(xì)胞和2型先天淋巴細(xì)胞的IL-5和IL-13的產(chǎn)生以改善哮喘。綜上，MSC主要通過抑制Th2細(xì)胞表型及其促炎因子改善Th1/Th2平衡。

改善Th17/Tregs平衡：Th17 和調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞 (Treg) 之間的不平衡是介導(dǎo)中性粒細(xì)胞向肺部募集并參與氣道炎癥的重要機制[65]。Th17 細(xì)胞通過分泌炎癥因子誘導(dǎo)哮喘，其主要分泌的IL-17可加重哮喘小鼠模型的氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性，IL-17分泌增加會抑制IL-10的產(chǎn)生。同時，IL-8的大量分泌誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞遷移至氣道并釋放炎癥介質(zhì)，從而加重氣道炎癥[66-68]。Treg細(xì)胞可以通過細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞抗原-4及其配體B7相互作用或促進(jìn)IL-10和TGF-β的產(chǎn)生來誘導(dǎo)DC的IDO表達(dá)[33，69]。Treg細(xì)胞還表達(dá)高水平的CD25(IL-2Ra)，并且被認(rèn)為與免疫效應(yīng)細(xì)胞競爭IL-2，從而改善炎癥環(huán)境[70]。因此，下調(diào)Th17/Treg被認(rèn)為能夠促進(jìn)機體免疫耐受，從而抑制炎癥的持續(xù)發(fā)展。

據(jù)研究，Th17/Treg失衡可能由叉頭狀/翅膀狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子P3(Foxp3)/維甲酸相關(guān)孤兒核受體γt(retinoic acid receptor-related orphan nuclear receptorγt，RORγt)改變所介導(dǎo)。hPMSC可能通過表面的CC54與Th17細(xì)胞上的CDR6相互黏附，并通過PGE2誘導(dǎo)FOXP3位點啟動子激活，促使IL-10產(chǎn)生和組蛋白H3K4me3三甲基化，隨后抑制RAR相關(guān)孤兒受體C(RORC)。因此，Th17細(xì)胞失去其免疫激活特性并獲得抑制(調(diào)節(jié))功能，以增加Treg細(xì)胞量來改善哮喘中的炎癥[67，71]。與IL-10形成鮮明對比的是，IL-35代表了屬于IL-12家族的相對較新的細(xì)胞因子[72]。IL-35的免疫調(diào)節(jié)特性也與Treg的選擇性擴增和Th17免疫應(yīng)答的降低有關(guān)。此外，MSC衍生的IL-35促進(jìn)B細(xì)胞轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生IL-10的調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(Breg)[72-73]。由此可見，MSC的抗炎因子對調(diào)節(jié)性免疫細(xì)胞存在促進(jìn)作用，這進(jìn)一步表明MSC對哮喘的治療價值。

MSC外泌體miR-1470可以上調(diào)細(xì)胞周期蛋白激酶抑制基因p27kip1表達(dá)，使哮喘小鼠Foxp3+Treg免疫抑制活性提高[74]。MSC還能通過程序性細(xì)胞死亡配體1(PD-L1，也稱為B7-H1)和程序性細(xì)胞死亡配體2(PD-L2，也稱為B7-DC)更高的表達(dá)誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的發(fā)生從而抑制T細(xì)胞反應(yīng)[75-76]。PD-L1/PD-1相互作用還被證明可以下調(diào)Th17細(xì)胞活性并減少幼稚的CD4+T細(xì)胞分化到Th1和Th17細(xì)胞。抑制Th17細(xì)胞的作用似乎由IL-25/STAT3/PD-L1軸調(diào)節(jié)[77]。研究發(fā)現(xiàn)PD-1受體及PD-L1相互作用對促進(jìn)誘導(dǎo)Treg細(xì)胞以及抑制Th17細(xì)胞至關(guān)重要。因此，MSC可成為降低過敏性哮喘氣道高反應(yīng)性和氣道炎癥有利治療靶點。

MSC調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化或活化巨噬細(xì)胞可極化為M1 或 M2 表型，并參與炎癥的發(fā)生和消退，這與哮喘的發(fā)展密切相關(guān)。M1型巨噬細(xì)胞分泌的促炎因子可加重氣道高反應(yīng)性，同時促進(jìn)中性粒細(xì)胞趨化募集和釋放炎性因子，放大炎性效應(yīng)，損害肺組織。研究顯示，M1 巨噬細(xì)胞標(biāo)志物在類固醇抵抗性哮喘患者的肺泡灌洗液中大量存在，表明M1型巨噬細(xì)胞在重度哮喘的發(fā)生中起關(guān)鍵作用。與 M1 巨噬細(xì)胞不同，M2 巨噬細(xì)胞通常發(fā)揮抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。M2型巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子 IL-4、IL-10、TGFβ可有效減輕氣道炎癥、促進(jìn)肺損傷修復(fù)、改善氣道重塑[78-80]。研究還發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞能分泌趨化因子配體18(CCL18)和IL-10，并誘導(dǎo)Treg細(xì)胞分化，從而減輕哮喘[81]。M2巨噬細(xì)胞也可以通過分泌NO、IDO和上調(diào)表面分子PD-L2的表達(dá)來誘導(dǎo)Treg細(xì)胞分化[41]。Li等[82]證實，M2型巨噬細(xì)胞衍生的外泌體攜帶miR-370通過下調(diào)MAPK/STAT1信號通路來緩解哮喘進(jìn)展。這些發(fā)現(xiàn)表明，誘導(dǎo)M2巨噬細(xì)胞可能是治療哮喘可行策略。

研究表明，MSC可以抑制M1炎癥因子的表達(dá)，增加M2抗炎因子的表達(dá)，并可通過旁分泌TGF-β所介導(dǎo)的Akt/FoxO1信號途徑將巨噬細(xì)胞從炎性M1表型極化為抗炎M2表型[83-84]。此外，MSC外泌體也有這種作用，可能與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子1(tumor necrosis factor receptor-associated factor，TRAF1)介導(dǎo)的NF-κB信號通路被抑制有關(guān)，同時TRAF1表達(dá)的抑制也能激活A(yù)KT信號途徑[79-80，85]。其他研究發(fā)現(xiàn)，MSC外泌體(miR-21、miR-98)可增加巨噬細(xì)胞中IL-10的分泌并誘導(dǎo)JAK1磷酸化和STAT3激活，而外泌體(miR-146a)可通過抑制IRF5從而減少細(xì)胞內(nèi)一氧化氮合酶產(chǎn)生，這些方式促進(jìn)了M2型巨噬細(xì)胞表型[80]?？梢园l(fā)現(xiàn)，MSC也能通過外泌體及其旁分泌作用誘導(dǎo)M2抗炎表型。

還有研究表明，MSC釋放含有微量RNA的外泌體能抑制Toll樣受體信號傳導(dǎo)使巨噬細(xì)胞對攝入的線粒體脫敏，從而抑制巨噬細(xì)胞活化[86]。由于巨噬細(xì)胞參與哮喘炎癥的發(fā)生，因此對其活性的抑制能達(dá)到有效的治療作用。

MSC與B淋巴細(xì)胞MSC對抗體產(chǎn)生以及 B 淋巴細(xì)胞的增殖發(fā)揮抑制作用。MSC 衍生的 CCL2 通過使?jié){細(xì)胞中的 STAT3 失活和誘導(dǎo)配對盒基因5(paired box domain gene5，Pax5)表達(dá)抑制抗體產(chǎn)生[87]。研究發(fā)現(xiàn)，MSC 通過抑制 ERK1/2 磷酸化誘導(dǎo) B 細(xì)胞中 p38 MAPK 的激活，這有助于 G0/G1 期的細(xì)胞周期停滯。此外，IFN-γ刺激下的MSC 能夠通過PD-1/PD-L1相互作用，抑制B細(xì)胞的增殖[88-90]。有其他研究表明，MSC通過細(xì)胞間接觸、COX-2/PGE2途徑、IDO途徑促進(jìn)分泌IL-10的調(diào)節(jié)性B淋巴細(xì)胞(Breg)生成，改善炎癥相關(guān)性疾病[91-92]。目前最新觀點認(rèn)為，MSC在未受炎癥刺激下能促進(jìn)Breg細(xì)胞，而在炎癥因子如IFN-γ刺激下會抑制B細(xì)胞增殖[90，92]。因此，了解MSC與B淋巴細(xì)胞相互作用的復(fù)雜機制有利于制定哮喘的新方案。

MSC促進(jìn)上皮細(xì)胞的抗氧化與損傷修復(fù)在一項研究中，人支氣管上皮細(xì)胞系BEAS-2B在模擬氯化鈷(CoCl2)損傷的缺氧條件下被誘導(dǎo)凋亡。在與iPSC共培養(yǎng)后受損的BEAS-2B細(xì)胞中miR-21高表達(dá)，顯著降低了BEAS-2B細(xì)胞的凋亡[93]。Yao等[94]發(fā)現(xiàn) iPSC移植后與上皮細(xì)胞之間形成的隧道納米管 (tunnel nanotube，TNT)，它增強了線粒體從 iPSC向上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了上皮損傷的修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)支氣管哮喘時，線粒體 Rho-GTP 酶1(Miro1)在 MSC 中會過度表達(dá)并通過促進(jìn)線粒體轉(zhuǎn)移進(jìn)一步增強上皮修復(fù)以改善哮喘[95-96]。MSC外泌體攜帶的miRNA可使細(xì)胞表達(dá)高水平的過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶從而減少活性氧產(chǎn)生。同時MSC外泌體也能夠改善線粒體功能從而逆轉(zhuǎn)上皮細(xì)胞氧化應(yīng)激狀態(tài)[97-98]。MSC促進(jìn)上皮細(xì)胞的抗氧化與損傷修復(fù)功能在臨床治療中能有效限制哮喘的發(fā)展。

MSC改善氣道重塑的作用方式氣道重塑也是哮喘的主要特征，主要表現(xiàn)為上皮下細(xì)胞膠原沉積、氣道黏液腺增生、平滑肌數(shù)量增加、杯狀細(xì)胞增生等[99-100]。MSC通過限制杯狀細(xì)胞增生、上皮下平滑肌增生和抑制膠原沉積來減弱氣道重塑[62，101-103]

抑制嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞外膠原沉積：目前認(rèn)為慢性嗜酸粒細(xì)胞性炎癥與氣道重塑的發(fā)生密切相關(guān)[104]。嗜酸性粒細(xì)胞可以增強氣道平滑肌細(xì)胞中TGF-β1基因表達(dá)，并通過增加哮喘中細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的產(chǎn)生來促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖[105]。來自哮喘患者血液的嗜酸性粒細(xì)胞衍生的外泌體可通過減少 JAK/STAT、PI3/AKT 信號傳導(dǎo)損害上皮修復(fù)功能。此外，嗜酸性粒細(xì)胞衍生的外泌體增加支氣管平滑肌中VEGF-A和CCR3的表達(dá)誘導(dǎo)ERK1/2磷酸化，從而導(dǎo)致支氣管平滑肌異常增殖及支氣管重塑[106]。因此了解嗜酸性粒細(xì)胞相關(guān)的作用機制有助于發(fā)現(xiàn)改善氣道重塑的潛在靶點。

Dai等[107]發(fā)現(xiàn)脂肪MSC治療后小鼠的支氣管肺泡灌洗液(broncho-alveolar lavage fluid，BALF) 中嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量顯著下降。Marias-Pardo等[62]發(fā)現(xiàn)在哮喘模型中施用 MSC 時可以降低 α-平滑肌肌動蛋白 (α-smooth muscle actin，α-SMA) 水平和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM) 沉積來減少組織重塑。Goldstein等[108]進(jìn)一步證明，人類 BM-MSC能抑制哮喘小鼠ECM沉積來減少氣道重塑，特別是通過抑制膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ和透明質(zhì)酸的產(chǎn)生。這些實驗進(jìn)一步證實了MSC應(yīng)用于哮喘的潛在價值。

作用于TGF-β/Smad信號通路和Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路：TGF-β是一種促纖維化細(xì)胞因子，TGF-β/Smad信號通路的激活在氣道重塑的發(fā)展過程中發(fā)揮了核心作用，是哮喘的潛在治療靶點[109]。TGFβ1能下調(diào)支氣管上皮細(xì)胞E-鈣黏蛋白表達(dá)水平，并誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)α-SMA的表達(dá)，從而誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變(epithelial mesenchymal transition，EMT)[2，-110]。肌成纖維細(xì)胞通常與癌細(xì)胞增殖密切相關(guān)，靶向成纖維細(xì)胞已被認(rèn)為是癌癥治療中一種有前途的策略。

MSC分泌的錫鈣素-1(stanniocalcin-1，STC1)、HGF通過減少成纖維細(xì)胞分泌膠原，抑制內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞所介導(dǎo)的TGF-β/Smad信號通路從而發(fā)揮抗纖維化作用[111-114]。Halim等[115]在一項研究中發(fā)現(xiàn)MSC表達(dá)血管生成素-1導(dǎo)致促炎基因(IL-4和TGF-β)的降低。值得注意的是，MSC對外源性TGF-β表現(xiàn)為拮抗作用，而對其內(nèi)源性的產(chǎn)生所介導(dǎo)是抗炎作用。

Wnt/β-連環(huán)蛋白通路是由配體蛋白Wnt和膜蛋白受體結(jié)合觸發(fā)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，它參與調(diào)節(jié)慢性哮喘氣道重塑的發(fā)展[116]。Song等[117]發(fā)現(xiàn)MSC衍生的外泌體可通過抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路，減少哮喘大鼠肺部氣道上皮的氣道重塑和EMT。研究還發(fā)現(xiàn)脂肪MSC衍生的外泌體miR-301a-3p可以顯著抑制STAT3介導(dǎo)的ASMC(氣道平滑肌細(xì)胞)的增殖和遷移，并減少炎癥因子的分泌[118]。這些發(fā)現(xiàn)表明MSC改善哮喘重塑的信號通路存在多樣性，為限制哮喘復(fù)發(fā)的治療思路提供方向。

產(chǎn)生IL-1ra抑制氣道重塑：屋塵螨與肺上皮細(xì)胞上Toll 樣受體4(toll-like receptors4，TLR4)結(jié)合可以誘導(dǎo)IL-1α的快速釋放，IL-1α在自分泌回路中擴增自身并促進(jìn)另一種高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein 1，HMGB1)的釋放，以及上調(diào)IL-25和IL-33的下游生產(chǎn)，兩者都是促Th2誘導(dǎo)的細(xì)胞因子。HMGB1是一種在各種細(xì)胞類型中表達(dá)的基本損傷相關(guān)模式分子。HMGB1通過與氣道上皮結(jié)構(gòu)域受體的作用，誘導(dǎo)MAPK和NF-κB的激活。從而增加細(xì)胞自噬活性，并促進(jìn)膠原蛋白沉積和氣道纖維化。MSC通過產(chǎn)生IL1Ra來減弱屋塵螨誘導(dǎo)的氣道上皮激活。該抗炎介質(zhì)破壞了IL-1α自分泌環(huán)和下游細(xì)胞因子(即HMGB1和IL-25)的擴增[119-120]?？梢?，促炎介質(zhì)IL-1α是MSC改善氣道重塑的作用靶點。

MSC抑制黏液分泌的作用途徑過敏性氣道黏液分泌增加是杯狀細(xì)胞增生和化生的結(jié)果[5]。Li等[121]在給哮喘大鼠的肺移植人胎盤MSC后觀察到 Notch-1、Notch-2 和 jagged-1表達(dá)減少，Notch-3、Notch-4 和 delta 樣配體4表達(dá)增加。這些變化可能與杯狀細(xì)胞增生和黏液產(chǎn)生的減少有關(guān)，表明 MSC 通過調(diào)節(jié) Notch 信號通路抑制哮喘癥狀。另一項研究中發(fā)現(xiàn)脂肪MSC也可以使炎癥氣道杯狀細(xì)胞數(shù)量減少[107]。不同來源的MSC抑制杯狀細(xì)胞的作用機制似乎存在聯(lián)系，這需要額外的研究。

展 望

隨著未來幾年對MSC機制的深入了解，將有助于在臨床試驗中增強MSC對哮喘的治療效果，降低重癥難治性哮喘的發(fā)病率和死亡率。與胚胎干細(xì)胞相比，MSC來源更加豐富，是一種很好的干細(xì)胞治療細(xì)胞。目前已有許多關(guān)于 MSC 治療哮喘的動物模型的研究，哮喘的治療作用已經(jīng)在動物模型上得到驗證，參與了哮喘的免疫失衡、氣道炎癥、氣道結(jié)構(gòu)改變等特征性發(fā)病機制，雖然鮮有將MSC用于治療哮喘患者的臨床試驗，但 MSC 治療的安全性與有效性已在其他免疫相關(guān)性疾病的治療中得到證實，因此可以預(yù)期，MSC 在哮喘的治療中有著廣闊的應(yīng)用前景。