陳莉莉，孫永紅，雷曉燕，王建軍，陳星星，鮑柏辛

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000； 2.甘肅省人民醫(yī)院 兒科，甘肅 蘭州 730000

間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是干細胞中的一種，來源于脂肪組織、骨髓等多組織器官，具有自我更新、增殖及分化的潛能，在個體發(fā)育和疾病中發(fā)揮著重要作用。它可通過旁分泌機制產(chǎn)生外泌體(exosomes，EXOs)、微囊泡等，其中EXOs具有MSCs相似的生物學(xué)功能。當(dāng)肺組織受損時，外泌體可通過下調(diào)脂多糖誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)并減輕人肺泡上皮-毛細血管屏障的線粒體功能障礙保持肺泡結(jié)構(gòu)的完整性[1]，可通過調(diào)節(jié)caspase-3、Bax/Bcl-2和MAPK信號通路減輕微血管內(nèi)皮細胞損傷從而減弱急性肺損傷[2],故在肺部疾病中有著很大的作用。本文重點從間充質(zhì)干細胞來源的外泌體(MSC-EXOs)在肺動脈高壓、特發(fā)性肺纖維化等肺部疾病的治療作用及作用機制做一綜述，為今后MSC-EXOs在難治性肺部疾病的應(yīng)用提供新的治療思路。

1 間充質(zhì)干細胞源外泌體

EXOs是由脂質(zhì)雙分子層包裹的納米級材料，直徑30～120 nm，多種細胞在生理或病理情況下都能分泌外泌體，其擁有豐富的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及核酸，可作為細胞間重要信息交流工具，這些內(nèi)容物在EXOs形成過程、EXOs被靶細胞攝取過程以及細胞間物質(zhì)信息傳遞過程中發(fā)揮重要作用，在新型組織修復(fù)、疾病治療與診斷領(lǐng)域有重要的前景。與MSCs治療相比，間充質(zhì)干細胞源外泌體(MSC-EXOs)具有與母細胞相似的生物學(xué)功能，EXOs以其易生產(chǎn)、易儲存、可大量制備、低免疫原性且與MSCs擁有相同治療效果等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于心血管疾病、骨關(guān)節(jié)炎、創(chuàng)傷修復(fù)等領(lǐng)域。綜合EXOs的多種功能及優(yōu)點，其在臨床疾病的診治方面有著巨大潛力，現(xiàn)已被用于靶向藥物傳遞和再生醫(yī)學(xué)的基因載體[3-4]。

2 MSC-EXOs在治療肺部疾病中的應(yīng)用

2．1 肺動脈高壓

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)主要表現(xiàn)為進行性右心功能不全，臨床上治療以血管擴張型藥物為主，這些藥物可緩解癥狀，但不能很好地改善預(yù)后，需要研究新的治療方法。目前關(guān)于MSC-EXOs對PAH的研究主要是在動物模型中進行。在野百合堿誘導(dǎo)的大鼠PAH模型中，通過給大鼠尾靜脈注射人臍靜脈內(nèi)皮細胞外泌體，發(fā)現(xiàn)EXOs可通過上調(diào)肺動脈內(nèi)皮細胞和肺動脈平滑肌細胞中Wnt5a的表達，調(diào)控BMPR2信號通路，從而顯著降低右心室收縮壓和右心室肥厚指數(shù)，減輕肺血管重構(gòu)和體內(nèi)肺纖維化[5]；此外，不同劑量、不同給藥方案的人MSC-EXOs可有效改善肺血管重構(gòu)、右心室肥厚和周圍肺動脈肌肉化，使大鼠右心室收縮壓恢復(fù)到基線水平[6]；同時還發(fā)現(xiàn)MSC-EXOs可以減少巨噬細胞向肺部的聚集，促進替代巨噬細胞激活途徑的生成從而增加血管的形成[6]。PAH的發(fā)病機制也與線粒體功能障礙繼發(fā)的胰島素抵抗和葡萄糖不耐受等密切相關(guān)，證明PAH也是一種代謝性疾病[7-8]。骨髓間充質(zhì)干細胞源外泌體(bone marrow mesenchymal stem cell-derived exosomes，BM-MSC-EXOs)富含代謝蛋白和基因，其為研究EXOs在宿主細胞中的線粒體功能提供了動力。在低氧導(dǎo)致的PAH中肺動脈平滑肌細胞過度增殖，乳酸生成增加，代謝產(chǎn)物進入三羧酸循環(huán)減少，從而導(dǎo)致線粒體功能出現(xiàn)障礙，而EXOs可通過抑制SIRT4和PDK4信號通路，促進谷氨酰胺和丙酮酸進入三羧酸循環(huán)，提高三羧酸循環(huán)通路氧化磷酸化水平，改善細胞內(nèi)線粒體功能，從而達到治療PAH的作用[9]。

2.2 特發(fā)性肺纖維化

特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)主要表現(xiàn)為進行性加重的呼吸困難，患者診斷后的平均壽命為3～5年。隨著對IPF發(fā)病機制的研究和發(fā)現(xiàn)，認為EXOs介導(dǎo)細胞間的通信在IPF中發(fā)揮著重要作用。有學(xué)者通過建立博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型從而研究人BM-MSC-EXOs在肺纖維中的作用，發(fā)現(xiàn)EXOs療法可調(diào)節(jié)肺泡巨噬細胞和肺單核細胞的數(shù)量，有效預(yù)防和恢復(fù)肺纖維化的核心特征，改善肺形態(tài)，減弱膠原沉積，減少肺部炎性反應(yīng)從而恢復(fù)肺結(jié)構(gòu)[10]。同樣在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化過程中，人臍靜脈內(nèi)皮細胞EXOs通過抑制TGF-β1/Smad2/3信號通路，抑制肺上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，緩解肺纖維化[11]。此外，線粒體活性氧異常也會誘導(dǎo)線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)損傷，導(dǎo)致組織損傷、肺纖維化[12]。在肺纖維化小鼠中，月經(jīng)血源性干細胞的外泌體通過將miRNALet-7轉(zhuǎn)運到肺泡上皮細胞，降低線粒體活性氧水平、LOX1表達、mtDNA損傷和炎性小體NLRP3的激活，調(diào)節(jié)肺泡上皮細胞凋亡來改善肺纖維化[12]。在博來霉素誘導(dǎo)的肺損傷中，通過分離并評估人羊膜上皮細胞(human amnion epithelial cells，hAEC)的EXOs中蛋白質(zhì)和microRNA(miRNA)，檢測hAEC-EXOs對免疫細胞功能(包括巨噬細胞極化、吞噬、中性粒細胞過氧化物酶活性、T細胞增殖和攝取)的直接影響，以及通過在幼齡和老年小鼠體內(nèi)進行博萊霉素誘導(dǎo)后，評估它們對免疫反應(yīng)、組織學(xué)結(jié)果和細支氣管肺泡干細胞反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)hAEC-EXOs攜帶的蛋白富集于MAPK信號通路、凋亡和增殖生物學(xué)通路，miRNA富集于PI3K、AKT、RAS、HIPPO和TGFβ等信號通路，使巨噬細胞吞噬功能極化，增強巨噬細胞的吞噬功能，降低中性粒細胞過氧化物酶水平，從而直接抑制T細胞增殖，發(fā)揮有效的抗纖維化、免疫調(diào)節(jié)和再生特性[13]。

2.3 新型冠狀病毒肺炎

新型冠狀病毒肺炎簡稱新冠肺炎(COVID-19)，其相關(guān)的病毒毒株突變率高，侵襲性強，潛伏期長，所出現(xiàn)的臨床癥狀多樣化，給此病的防治帶來困難，需要研究新的敏感診斷及治療方法。MSC-EXOs可以減少細胞因子風(fēng)暴，減輕與COVID-19相關(guān)的宿主抗病毒防御的抑制，增強線粒體功能，修復(fù)肺損傷，且作為無細胞療法，是一種新的干預(yù)手段。通過前瞻性研究對符合納入標準的COVID-19入院患者給予BM-MSC-EXOs制劑干預(yù)后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過EXOs干預(yù)的安全性高，不僅提高了患者的存活率，而且在EXOs干預(yù)后機體的CD3+、CD4+和CD8+T淋巴細胞增加，急性期反應(yīng)物減少，說明EXOs干預(yù)主要治療機制是調(diào)節(jié)免疫功能障礙，下調(diào)細胞因子風(fēng)暴，重建免疫力[14]。EXOs不僅對COVID-19本身起著重要作用，還可對其所引發(fā)的并發(fā)癥有著良好的治療作用。在臨床試驗中，通過給COVID-19患者連續(xù)5 d吸入人脂肪來源的MSC-EXOs是可行的，且患者的耐受性良好，未出現(xiàn)不良事件或與劑量相關(guān)的毒性[15]。急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是COVID-19最嚴重的并發(fā)癥之一，通過將骨髓間充質(zhì)干細胞誘導(dǎo)分化為分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子及免疫調(diào)節(jié)因子的MSC可達到干預(yù)目的。研究BM-MSC-EXOs對脂多糖介導(dǎo)的ARDS小鼠模型的治療作用表明BM-MSC-EXOs可顯著改善肺組織的功能，提高機體的血氧飽和度，減少炎性細胞因子和凝血病變相關(guān)標志物，這種治療方式可能對COVID-19及其他原因造成的ARDS有著潛在療效，是一種有前途的、創(chuàng)新的生物療法[16]。

2.4 支氣管肺發(fā)育不良

支氣管肺發(fā)育不良(bronchopulmonary dysplasia,BPD)是中國早產(chǎn)兒的常見并發(fā)癥之一，隨著產(chǎn)前及產(chǎn)后藥物的應(yīng)用改善了患兒BPD的發(fā)生率及生存率，但仍沒有有效的單一療法來預(yù)防或治療BPD。干細胞外泌體在BPD的治療中發(fā)揮著重要作用。通過高氧環(huán)境建立BPD模型，發(fā)現(xiàn)MSC-EXOs通過調(diào)解肺巨噬細胞的表型，減弱肺部炎性及免疫反應(yīng)，改善肺的形態(tài)、發(fā)育及血管重建，減少肺纖維化，從而挽救肺血管的損傷[17]；同樣在高氧誘導(dǎo)的肺泡及血管損傷中，通過腹腔注射MSC-EXOs，可增加肺血管密度，減少右心室肥大，這種保護作用機制與EXOs攜帶血管內(nèi)皮生長因子并改善血管生成有關(guān)[18]。

2.5 哮喘

隨著環(huán)境污染的嚴重，哮喘的患病率逐年增加。目前對于哮喘的治療主要是以糖皮質(zhì)激素減輕氣道炎性反應(yīng)為主，但對于重癥患者或高氣道阻力患者，療效差，需要研究新的治療方案。EXOs攜帶細胞內(nèi)因子，調(diào)節(jié)機體的免疫功能及不同的信號通路等，與哮喘的發(fā)病機制及治療息息相關(guān)。在哮喘的發(fā)病機制中，巨噬細胞在調(diào)節(jié)氣道炎性反應(yīng)及重塑中發(fā)揮著重要作用。在嚴重激素抵抗型哮喘小鼠模型中，人臍帶MSC-EXOs通過抑制TRAF1表達和促進巨噬細胞M2的極化來調(diào)節(jié)NF-kB和PI3K/AKT信號通路調(diào)節(jié)機體的免疫功能，影響巨噬細胞的極化和炎性反應(yīng)的發(fā)展，改善小鼠肺部的炎性反應(yīng)和氣道高反應(yīng)性[19]。在過敏性哮喘大鼠模型中，BM-MSC-EXOs可通過抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑有效抑制慢性氣道炎性反應(yīng)，從而影響氣道上皮的間質(zhì)轉(zhuǎn)化和平滑肌細胞的增殖[20]。MSC-EXOs富含miRNA、mRNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，人BM-MSC-EXOs中miR-1470通過誘導(dǎo)P27KIP1的表達，促進CD4+CD25+FOXP3+Tregs的分化，促進哮喘患者的調(diào)節(jié)性T細胞的免疫抑制[21]。

3 問題與展望

間充質(zhì)干細胞外泌體可以調(diào)控信號通路的傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)巨噬細胞的激活途徑，以及調(diào)節(jié)機體的免疫系統(tǒng)，促進血管的生成，在肺部損傷疾病中發(fā)揮著巨大的治療作用，因此以外泌體作為突破口研究更精準的肺部疾病治療方法是非常有必要的。但目前外泌體的應(yīng)用大多數(shù)局限于體外實驗，臨床應(yīng)用較少，缺乏豐富的臨床實驗數(shù)據(jù)，其在人體中詳細的作用機制及具體療效還需繼續(xù)深入探索，而且外泌體自身的分離、純化、標準化、安全性、保存及運輸?shù)葐栴}也需要進一步繼續(xù)研究。基于外泌體研究的無細胞療法，憑借其低免疫原性及高效性等特征和強大的物質(zhì)運輸功能為肺部難治性疾病的診療帶來的新的希望，未來還需要更多的臨床實驗進一步的證實。