骨髓间充质干细胞治疗肠道疾病的研究进展

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基金项目 天津市应用基础与前沿技术研究计划资助项目(08JCYBJC08400) 作者简介 张静(1985-),女,硕士在读,研究方向:消化系统疾病;通 信作者:宋红丽,E-mail:hlsong26@yahoo.com.cn。
环境因素作用于遗传易感患者,在肠道菌群的参与
下,导致机体的免疫和炎症反应,从而引起肠道黏 膜的慢性损伤。肠道黏膜免疫系统在 IBD 的发生发 展中起着重要的作用, 免疫反应过程中释放大量的
成熟的 DC1 细胞产生 TNF-α,而促进成熟 DC2 细胞
分泌 IL-10;同时能够抑制辅助性 T 细胞 1(Th1)细
胞分泌 IFN-γ,而促进 Th2 细胞分泌 IL-4[5]。另外,
间充质干细胞体外还能够将 B 淋巴细胞阻滞于 Go/
G 期,抑制 B 细胞分泌 IgM、IgG、IgA,并下调 B 细胞
尽管对间充质干细胞在治疗肠道疾病方面的
研究取得了巨大的成就,但是也存在很多问题,例
如移植时机及移植方式的选择;用于移植的间充质 干细胞究竟输注多少剂量合适?怎样控制植入的干
细胞由于排斥反应导致的干细胞死亡?如何增强植
入细胞的生存力?怎样避免植入的干细胞由于无限
增殖能力导致的新生肿瘤的发生等一系列问题。相
研究热点。 2.3 BMSCs 在治疗肝移植相关性肠病方面的作 用 目前,各种原因引起的终末期肝衰竭的患者越 来越多,肝移植已经成为治疗各种终末期肝病患者
的最有效治疗手段,但是肝移植术后并发的胃肠功
能紊乱成为威胁手术成功与否的关键。肝移植术后
胃肠功能紊乱的原因包括:手术本身的创伤、缺血
再灌注损伤、移植物抗宿主病等。 BMSCs 本身具有低免疫源性,初始 T 细胞对抗
原发生免疫应答反应依靠主要组织相容性复合体 (MHC)分子与抗原肽的复合物、T 细胞受体(TCR)作 为第一信号,同时需要 CD28、B7、细胞间黏附分子 1 (ICAM-1)、细胞间黏附分子 2(ICAM-2)等共刺激分 子的作用作为第二信号。BMSCs 不表达 MHC II 类 分子和 FasL,不表达共刺激分子 B7-1、B7-2,也不表 达或低水平表达 MHC I 类分子、CD40 和 CD40L[17], 因而使 T 细胞无法对抗原产生免疫应答,发挥其免 疫抑制功能。研究发现在患有自身免疫源性肠病的 大鼠模型中注入 BMSCs 可以在疾病的活动期减少 肠系膜淋巴结的数量,并可以抑制活动性 T 细胞在 肠系膜淋巴结的聚集。急性的移植物抗宿主病机制 是供体成熟的 T 细胞遇到宿主抗原递呈细胞(APC) 时,发生激活、增殖等反应,BMSCs 能抑制 T 细胞的 活化与增殖,改变细胞因子的水平与成分,抑制免 疫应答。此外 BMSCs 还可以通过影响 T 细胞及 DC 的迁移,诱导 Treg 细胞的扩增,抑制 B 淋巴细胞分 泌抗体及调节 NO、DO 等可溶性因子的分泌,通过 这些免疫调控机制来抑制干细胞移植后出现的移 植物抗宿主病,因此临床上可以将 BMSCs 应用于移 植术后抗排斥反应,减少移植术后由于排斥原因造
用。有研究发现将 BMSCs 注入放射性肠损伤的大
鼠体内,其可以通过调节小肠上皮细胞的稳态,促
进放射性损伤的上皮细胞增殖以及抑制其坏死等
作用,明显改善由于放射导致的可逆性肠功能紊乱
[15]
。研究表明,同基因小鼠骨髓来源的间充质干细
胞能够促进重度放射损伤小鼠的造血功能的恢复
[16]
。肠道的血运状态恢复后,良好的血液灌注,有助
化成为某种成体干细胞或者横向分化为多种组织
细胞,因而备受人们关注,成为细胞移植治疗的新 热点。大量动物实验研究己证明 BMSCs 在治疗多系 统疾病方面具有显著效果。本文就 BMSCs 应用于肠 道疾病的治疗方面做一综述。 1 BMSCs 简介
BMSCs 是最近几年被发现的、除造血干细胞以 外的一种成体干细胞,具有自我更新和多向分化潜
表 面 分 子 CXCR4、CXCR5、CC 类 趋 化 因 子 受 体 7
(CCR-7)、CXCL-12
[6]
等的表达 。通过抑制这些细胞
的活性,减少由于免疫反应造成的大量炎症介质释
放,从而对肠道炎症性疾病起到治疗的作用。肠道
上皮细胞是肠道机械屏障的重要组成部分,炎症可
以导致肠道上皮细胞的损伤,肠屏障遭到破坏,肠 道通透性增加导致肠功能紊乱。Valcz 等[7]发现BM- SCs 可以在损伤组织处表达的某些趋化蛋白的作用
于肠道营养物质的吸收,加强肠道的屏障功能,抵
御外源微生物的入侵,早期恢复放射性肠道损伤。
放射性胃肠道损伤一直是小肠放射生物学领域的
研究热点,深入研究其发生机制和救治方法,对于
腹部肿瘤局部放疗以及核事故引起的消化道损伤 的理论与实践有着积极的意义,基于 BMSCs 本身 的多种功能,它将成为治疗放射性肠损伤的主要
免疫因子和炎症介质,这些因子和介质激起肠道的
炎症反应,导致肠道疾病的发生。有研究发现将
BMSCs 通过静脉注入 IBD 患者的机体内可以发挥
免疫调节作用,抑制免疫炎症的发生,加快肠黏膜的
修复进程[3]。BMSCs 发挥这一作用是通过抑制 T 细
胞、B 细胞的活化,降低树突状细胞(DC)的抗原呈
递作用而实现的[4]。研究表明,BMSCs 体外能够抑制
血管化,促进局部血液灌注 。同时
VEGF
还可以阻
止白细胞的粘附和慢性炎症反应,减轻由于炎症造
来自百度文库[21]
成的缺血反应 。分泌的
HGF
可以通过促进血管内
皮细胞增殖,增加血管生成,减少细胞凋亡[22];FGF
促进内皮细胞增殖以及血管化,同时还可以使 BM-
SCs
[23]
在低氧条件下存活率更高 。以上可以看出间
障功能的完整性方面发挥着巨大的作用。已经证实 BMSCs 释放的多种细胞因子在保护肠黏膜屏障方
面同样发挥着重要的作用,例如:它释放的肝细胞
[9]
生长因子可以减少细胞凋亡,促进细胞生长 ;血管
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天津医科大学学报
第 17 卷
内皮细胞生长因子可以促进肠黏膜的血管化,增加
肠道的血运,使受损肠黏膜获得丰富的营养物质, 加快溃疡的愈合[10]。由此可见,BMSCs 强大的旁分泌 功能在治疗胃肠道疾病方面起着重要作用。BMSCs
充质干细胞通过旁分泌功能可以促进细胞再生、抑
制功能细胞的凋亡,改善损伤区域的血管微环境。 BMSCs 所显示的低免疫原性、免疫调节特性及强大
的旁分泌特性在肝移植术后肠病的治疗上发挥着 巨大作用,相信随着对 BMSCs 研究的不断深入, BMSCs 将更广泛应用于移植治疗中,为控制肝移植
相关性肠功能紊乱的发生带来新的希望。 3 展望
肠道的定植率,有待进一步研究。放射治疗导致肠
道干细胞衰竭,肠黏膜细胞萎缩变性,肠黏膜分泌 的各种消化液及消化酶减少,植入外源性 BMSCs
可以加快肠道上皮细胞的自我更新,同时有助于肠
道分泌功能的恢复。Semont
[14]
等 发现在放射性肠损
伤的大鼠体内注入 BMSCs 后,小肠绒毛长度增加,
从而进一步证实了 BMSCs 在肠道损伤中的修复作
明间充质干细胞能够成功植入受者体内,具有明显 的可移植性。因此,BMSCs 已经成为细胞移植中极具 潜力的细胞来源,广泛应用于心血管、呼吸、消化、 创伤等领域。随着对 BMSCs 的不断深入研究,它将 更广泛地应用于临床上治疗各种疾病。 2 BMSCs 在治疗肠道疾病中的作用 2.1 BMSCs 在治疗炎症性肠病方面的作用 炎症 性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)是指一组病 因未明的肠道疾病,包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UD)和克罗恩病(Crohn’s disease,CD)。是由于
信在以后的研究中,这些问题将会迎刃而解,干细
胞疗法将会应用于更广阔的领域,从而更好的服务
于临床。同时,干细胞在细胞和基因工程方面也具
有广泛的应用前景,值得进一步探索。
参考文献: [1] Jones E, McGonagle D. Human bone marrow mesenchymal stem
cells in vivo [J]. Rheumatology (Oxford),2008,47(2):126 [2] Dominici M, Marino R, Rasini V, et al. Donor cell-derived os-
移植修复胃肠道损伤,对于治疗胃肠道疾病有着重 要的意义,它在治疗 IBD 方面还有哪些机制,发挥 哪些作用,有待进一步探索发现,相信对 BMSCs 临
床和基础的不断深入研究,将为日后的胃肠道疾病
的治疗开辟一条新的思路。 2.2 BMSCs 在治疗放射损伤性肠病方面的作用 临
床上放射治疗是腹部和盆腔等恶性肿瘤围手术期
定植并横向分化,但其定植率比较低,难以进行有
效的肠黏膜修复。因此只有提高 BMSCs 在肠道的定
[13]
植率才能更充分的发挥其黏膜修复功能。张坚等
通过实验研究发现在放射性肠道中 SDF-1因子表达 增加,通过 mCXCR4 基因(SDF-1 的受体)修饰可明 显提高 BMSCs 向肠道定植分化的能力,促进放射性 肠损伤的修复。是否还有其他方法提高 BMSCs 在
第 17 卷 4 期 2011 年 12 月
天津医科大学学报
Journal of Tianjin Medical University
文章编号 1006-8147(2011)04-0571-03
骨髓间充质干细胞治疗肠道疾病的研究进展
Vol. 17熏 No. 4
Dec. 2011
571
综述
张 静 综述,宋红丽 审校 (天津市第一中心医院器官移植中心,天津 300192)
关键词 骨髓间充质干细胞;肠道疾病;细胞移植
中图分类号 R574
文献标识码 A
肠道疾病是一种常见病、多发病,严重影响着
人们的生活质量。传统方法是通过手术及药物治
疗,但多产生明显的副作用以及并发症。骨髓间充 质干细胞( bone marrow mesenchymal stem cells,BM- SCs)具有强大的增殖能力,多向分化潜能以及向损 伤组织定位修复的功能,在一定条件下可以定向分
下进入肠黏膜隐窝,定植于黏膜受损处,分化为肠
道间质或者上皮样细胞,促进胃肠上皮再生。
Hayashi
[8]
等将
BMSCs
注入溃疡性结肠炎大鼠模型
的肠黏膜下,通过肉眼和免疫组织学观察到干细胞
可以分化为结肠上皮细胞并且向损伤区域释放 VEGF 和 TGF-β1 等组织因子,从而极大地加快溃 疡黏膜的愈合。这些发现表明 BMSCs 在维持肠道屏
成的肠功能紊乱。
在肝移植手术中阻断门静脉的血流,肝脏缺血
造成肠功能受损,当肝脏再通后肠道恢复血流,此
时细胞的功能代谢及结构破坏更为严重,肠道组织
释放大量的氧自由基,造成缺血再灌注损伤。研究
显示间充质干细胞能够降低缺血再灌注肝损伤的
大鼠丙二醛水平,减少由于脂质过氧化造成的大量
[18]
氧自由基的释放 ,从而可以推测间充质干细胞同
能,在适宜的外环境下可以分化为中胚层的间质组
织 细 胞 ,还 可 以 分 化 为 脂 肪 细 胞 、骨 细 胞 、软 骨 细
[1]
胞、心肌细胞、神经元细胞及星形胶质细胞等 。已 有研究证实 BMSCs 具有明显的抗炎、促血管再生、 免疫抑制等功能,而且其在体外易于分离、纯化、培 养和扩增。Dominici 等[2]将转染绿色荧光蛋白(GFP) 的间充质干细胞用于治疗小鼠成骨不全症,结果表
样能够减轻大量自由基造成的肠道损伤。 在阻断门静脉血流造成的缺血缺氧条件下,
第4期
张 静,等.骨髓间充质干细胞治疗肠道疾病的研究进展
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BMSCs 可以通过分泌多种细胞因子提高肠道上皮
[19]
细胞的生存以及增殖能力,参与组织的修复 。它分
泌的 VEGF 及其他血管发生蛋白,参与损伤区域的
[20]
的一项主要治疗手段,但是由于肠道上皮对于辐射
高度敏感,放射线极易造成肠黏膜上皮的损伤,导
致黏膜屏障破坏,肠的通透性增加,引起肠道功能
紊乱,造成放射性肠道损伤。因此如何提高放射损
伤后肠黏膜的修复功能,减轻放射治疗的副作用,
成为了临床上研究的热点问题。BMSCs 具有强大的 旁分泌功能,它分泌的组织因子包括:IGF-1、EGF、 SDF-1[11]等。IGF-1 可以通过 PI3K/AKT/P53 轴抑制 PUMA,从而阻止由于放射损伤导致的肠道干细胞 的凋亡[12]。SDF-1 是一种骨髓干细胞的趋化因子,已 有研究发现 BMSCs 可以向放射性损伤的小肠归巢、
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