Mesenchymal Stem Cells and Acute Lung Injury 间质干细胞及急性肺损 伤ARDS was first recognized in the 1960s1 as a clinical syndrome of severe acute respiratory failure presenting with hypoxemia and bilateral pulmonary infiltrates, most often in the setting of pneumonia, sepsis, or major trauma.lARDS最初在1960年，被人们认识为严重急性 呼吸衰竭的临床综合征；l血氧不足和双边肺浸润，通常继发于肺炎、败 血症、或严重的的创伤； distinction between (ALI) and ARDS relates to the severity of hypoxemia, with the former having a PaO2/FiO2 of less than 300, the latter with a PaO2/FiO2 of less than 200. lung endothelial injury, alveolar epithelial injury, the accumulation of protein-rich fluid 、cellular debris in the alveolar spacel急性肺损伤(ALI)和ARDS的区别主要指血氧不 足严重程度，前者有PaO2 /FIO2小于300;l后者PaO2 /FIO2不足200;lALI / ARDS的发病机制涉及肺血管内皮损伤, 肺泡上皮损伤,富含蛋白质液体的增加和肺泡 腔内的细胞残骸. 流行病学l2005年,大约200000名患者在美国发展为lALI / ARDS,估计有40%的死亡率。l采用肺保护性通气时代,死亡率下降大约25%。l In 2005, approximately 200,000 pts in the United States lALI/ARDS, with an estimated mortality of 40%.l In the era of lung protective ventilation, mortality has declined to approximately 25%.l大量的临床试验,药物治疗吸入表面活性剂（ inhaled surfactant ）、一氧化氮（ nitric oxide ）、前列环素（ prostacyclins）,糖皮质激素（ glucocorticoids）,抗氧化剂 （antioxidants）, 酮康唑（ketoconazole）并非ALI治疗 标准； lALI肺泡的病理生理，任何单一分子不可能逆转综合症 的过程，使临床获益；l reverse the course of this syndrome 、provide substantial clinical benefit. l细胞为基础的疗法 cell-based therapies l能产生炎症分子 moleculesl调节炎症反应 modulate inflammatory cascades l增强修复 enhance repair l间充质干细胞可能是理想的选择 Mesenchymal Stem lCells 间充质干细胞:一般属性l间充质干细胞(msc) lself-renewing isolated from bone marrow differentiate into muscle, bone, fat, fibroblasts, and cartilage. l能重建造血的环境 reconstitute a hematopoietic environment , regenerate bone tissue，l起初被称为成纤维细胞的集落形成单位，(CFU-F)。 这些细胞随后被称为骨髓基质细胞,并最终被命名为间 充质干细胞。 l最近一项研究表明，仍然不知道间充质干细胞 是否来自中胚层,或者神经上皮,或来自不同来 源的发展阶段。l普遍认为间充质干细胞不仅可以从骨髓中分离 ，同样也可以在脂肪,脐带血,胎盘组织、肌腱 和骨骼肌分离。l国际上细胞治疗提出标准：1.粘附整形能力；l2.能够表达CD105、CD73 CD90；不能表达CD45、 CD34、CD14 CD11b,lCD79a、CD19和人类白细胞抗原(HLA)II；l3.体外能分化为成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞的能 力。l l基于分化能力，研究人员已经研究了这些细胞 的可能修复受损肌肉、骨骼能力。l然而，间充质干细胞拥有多种其他性能。l1.间充质干细胞能够产生各种各样的分子,包括造血因子,l趋化因子和血管生成素。l2.由于间充质干细胞存在骨髓中，他们有强大的免疫调节作用。l3.间充质干细胞可以基因治疗的载体,并帮助诱导l同种异体骨髓移植耐受性。l4.间充质干细胞被发现对疾病潜伏期模型中有利效果，例如从克 罗恩病创伤性脑损伤。l5.在过去的十年中,一些调查人员报告，动物模型中l间充质干细胞可以减轻一些不同类型的肺部疾病。间充质干细胞在肺部疾病l在博来霉素暴露小鼠肺纤维化的模型。l分离小鼠的干细胞并且静脉注射，随后7天博来霉素 诱导小鼠肺损伤，可以在博来霉素诱导肺损伤的区域 发现外源性间充质干细胞存在，并且这些细胞具有上 皮细胞的特征，博来霉素肺损伤小鼠后立即采用干细 胞治疗显著降低l肺内胶原蛋白沉积，减少基质蛋白酶2和9表达。l在肺移植中 抗炎作用的程度效果是处于惊人 较低水平，随后报道中干细胞可以阻断博来霉 素诱导增加白介素1(IL)产生。l博来霉素处理的小鼠前之前是否存在白消安诱 导骨髓抑制，骨髓抑制增加了初始损伤和降低 生存率。l受到绿色荧光蛋白(GFP)标记的间充质干细胞 治疗的博来霉素受伤后6小时的小鼠，改善了 生存率，与绿色荧光蛋白(GFP)标记的间充质 干细胞能够表达成纤维细胞、肌纤维细胞以及 I型和II型肺泡上皮细胞有关 .l同样试验，来自脐带的干细胞，静脉注射入博 来霉素小鼠诱导小鼠体内，2周后在肺部发炎 的部分发现干细胞存在， 干细胞能够减少胶 原蛋白及细胞信号转导分子Smad2浓度，表 明这些细胞已经具有抗纤维化属性。l在支气管肺的发育不良动物模型中，长期氧过多暴露 老鼠气管内注入干细胞，发现能够显著降低细胞凋亡 、髓过氧化物酶活性和胶原沉积，以及炎性分子il - 6 、肿瘤坏死因子(TNF)。此外,少数细胞分化成II型肺泡 上皮细胞。l同样试验也提示可以提高存活率及运动耐量改善, 和 减少肺泡和肺血管损伤,以及肺动脉高压。l类似试验间充质干细胞气管内给药，能够降低野百合 碱诱导的大鼠肺动脉高压,改进血管内皮功能。l在由辐射引起的老鼠肺气肿模型中，报道称, 间充质干细胞减少肺气肿形成，此外干细胞可 以分化成II型肺泡上皮细胞。l因此干细胞在肺部疾病的模型中有治疗作用， 因为他们的抗炎特性,他们会特别适用于急性 肺损伤。l 干细胞在急性肺损伤和脓毒症的动物 模型：有利的证据l脂多糖(LPS)被广泛用于急性肺损伤的动物模型。l通过气道给予脂多糖，48小时候诱发产生大量中性粒 细胞聚集达到峰值，与微血管通透性增加有关。l一些调查人员已经研究了在脂多糖诱导急性肺损伤中 ，干细胞作用。l研究表明，经鼻腔注入脂多糖，干细胞4小时后在外 周血中显著增加。l他们通过向受到辐照骨髓抑制小鼠，通过骨髓 重建鼻内植入免疫荧光标记干细胞，3周后在 肺部发现大量免疫荧光标记的干细胞。l其中一些细胞表达细胞角蛋白,上皮细胞标记, 而其他细胞表达CD34,内皮细胞的标记。l这些结果表明内源性干细胞可能在脂多糖诱导 的急性炎症反应修复中起着重要的作用。l一些试验中，低于致死剂量的辐照引起骨髓抑 制，鼻腔内的脂多糖产生类似的组织学损伤和 支气管肺泡灌洗(BAL)中性细胞增多，一周后 产生肺气肿表现。这些病变可以通过骨髓重建 修复，表明缺乏内源性干细胞可能会破坏正常 的修复过程。l在脂多糖植入的气管内小鼠体内，静脉注射干 细胞30分钟，3天后可以发现显著减少肺泡灌 洗液中总细胞和中性粒细胞计数。组织学分析 证实明显减少炎症浸润,小叶间隔增厚,间质水 肿。l此外使用荧光标记干细胞,研究人员表明许多 标记细胞在损伤肺部发现。l腹腔内注射脂多糖1毫克/公斤(使用剂量导致 最小的死亡率),1小时后静脉注入干细胞细胞 或成纤维细胞。l组织学分析显示,干细胞,而不是成纤维细胞,可 以显著降低肺部中性粒细胞在6、24和48小时 后。l间充质干细胞小鼠气管内的给药， 随后4小时 5毫克/公斤脂多糖气管内给药，（可以产生显 著的死亡率剂量）l干细胞治疗后的小鼠改善生存l相对于PBS-治疗后老鼠:l80%和42%在48小时内,l80%对18%在72小时。l干细胞减少肺损伤的严重程度通过肺l水含量、湿/干比和BAL蛋白质浓度衡量。l在48小时内组织学分析显示更少的出血和水肿 。l无活性的干细胞和成纤维细胞没有复制这种效 果，表明未分化,有活性干细胞可以改善脂多 糖诱导的急性肺损伤。l在肠杆菌肺炎模型中，这项工作得到进一步证 实l大肠杆菌诱导小鼠肺炎中。4个小时后,这些小 鼠气管内注入干细胞、PBS,或成纤维细胞。l通过BAL中性粒细胞计数衡量，干细胞显著降 低了肺部炎症。l最近研究了盲肠的结扎和穿刺(CLP)脓毒症小 鼠模型。l6个小时后，干细胞或盐水输注静脉注射。所 有小鼠每天均有广谱抗生素治疗。l调查人员发现，干细胞治疗后小鼠肺泡灌洗液细胞计 数和白蛋白减少。l组织学证实28小时后减少炎症性肺部浸润,间质水肿。l干细胞治疗的好处并不局限于肺部，因为干细胞治疗 小鼠肾脏细胞凋亡减少,改善血清肌酐。l脓毒症导致严重的全身性损伤,动物模型28小时45%的 死亡率。干细胞治疗改善死亡率降低50%。l给予静脉注射(IV)干细胞或控制细胞(热-l死亡细胞或皮肤成纤维细胞)前24小时或1小时后脓毒 症小鼠模型中，每天广谱抗生素治疗。l4天后显示干细胞治疗后显著生存率，干细胞治疗后 老鼠也有降低血清肌酐和肾小管损伤评分,改善肝脏糖 原存储,并降低转氨酶,淀粉酶、和脾细胞凋亡。表明 多系统性有益。l大部分的这些效应观察，是在小鼠接受干细胞治疗前 24小时。干细胞在急性肺损伤和脓毒症动物模 型:潜在的机制l在过去的几年里,调查人员检查了干细胞如何 发挥他们的治疗效果在急性肺损伤和脓毒症模 型中, 并且发现越来越多的潜在机制。l第一位考虑原因为肺泡水肿液管理和去除。内皮渗透性、上皮通透性和肺泡液体 间隙l在肺泡水肿形成通过的肺泡内皮蛋白质通透性 的增加，以及上皮屏障破坏，肺泡液体清除率 下降。l最近几组报道,干细胞能够减少急性肺损伤内 皮通透性。肺泡灌洗液中白蛋白和蛋白质含量 通常用作的肺内皮通透性指标。 l研究发现在脂多糖注入气管内3天后肺泡灌洗 液中白蛋白、总蛋白和免疫球蛋白M(IgM)增 加。肺损伤后干细胞静脉注射30分钟，可以减 轻蛋白含量。l血管生成素可能维持血管内皮细胞处于静止状 态，同时可以被证明能减少渗透性,促进内皮 细胞的存活。l在未损伤老鼠中干细胞可以进一步促进血管生 成素减少BAL蛋白,白蛋白,IgM的水平l由此推断干细胞静脉注射入肺循环中，可以促 使血管生成素在血管内皮细胞中起作用，减少 炎性细胞浸润,降低血浆蛋白漏到肺泡腔。l最近报道,静脉输液干细胞注入脓毒症小鼠体内28小时 可以减少肺泡灌洗液中白蛋白，表明干细胞细胞减少 脓毒症内皮通透性l一些学者在相关肺炎模型中进一步检测了干细胞效果 ，他们报道称,老鼠给与大肠杆菌气管内注射，18小时 后肺泡灌洗液中白蛋白明显增加，但是损伤后4小时 ，气管内注射干细胞(但不包括成纤维细胞)，可以白 蛋白明显减