[摘要] 骨髓间充质干细胞（BMSCs）是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，可分化为三个胚层来源的细胞系，发育成不同的组织细胞。近年来，随着人们对BMSCs生物学特性、体外分离纯化及培养认识的不断深入，以BMSCs为实验载体，利用其增殖及归巢特性，对慢性阻塞性肺疾病的根本性逆转治疗以及其对肺部肿瘤的抑制及治疗等方面有新的观点和研究方向。文本就近年来该方面相关研究进展进行综述。
[关键词] 骨髓间充质干细胞；肺部；慢性阻塞性肺疾病；肿瘤
[中图分类号] R563 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2015）10（a）-0029-04
Current situation research of potential bone marrow mesenchymal stem cells therapy for pulmonary diseases
SUO Hong SUN Jialin DONG Jingsheng
Department of Respiratory， Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Huhhot 010059， China
[Abstract] Bone marrow mesenchymal stem cells （BMSCs） are primitive cells with self-replication and multi-directional differentiation potential， which can differentiate into three layer source cell line， develop into different tissue cells. In recent years， along with the deeply understand of its biological characteristics， purification and culture in vitro， taking BMSCs as experimental carrier， using its proliferation and homing feature， there has new ideas and research direction in the aspects of a fundamental reversal treatment for chronic obstructive pulmonary disease and its inhibition and treatment for lung tumor. This article reviews its research progress.
[Key words] Bone marrow mesenchymal stem cells； Pulmonary； Chronic obstructive pulmonary disease； Tumor
骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）是干细胞中的一种，具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞[1-2]，可移行分化为脂肪细胞、成骨细胞、神经纤维[1]和肺上皮细胞[3]等多种组织细胞[1-5]。BMSCs具有自我更新能力强、性质稳定的特点，在体外容易提取、分离培养，经过适当的诱导分化，扩增迅速，可分化为三个胚层来源的细胞系，发育成不同的组织细胞。同时，BMSCs具有向受损的组织、器官迁移的能力。鉴于BMSCs的上述特性，所以其成为目前临床实验的研究焦点。外源性BMSCs移植在治疗充血性心力衰竭[6]、心肌梗死[7]等心血管疾病，神经系统[8]、肝纤维化[9]等疾病领域，相关研究的开展较为深入和广泛，达到比较好的治疗效果。目前BMSCs在肺部疾病的干预治疗主要集中在急性肺损伤与肺间质纤维化，对慢性阻塞性肺疾病（COPD）及肺部恶性肿瘤的干预研究进展相对较缓。文本就BMSCs在COPD及肺部恶性肿瘤中对肺损伤修复的可能机制进行综述。
1 BMSCs的生物学特点
BMSCs是中胚层发育的早期细胞，是一类多能干细胞[1-2]。BMSCs在骨髓中含量很少，占骨髓有核细胞的0.001%～0.01%，并随年龄的增加而减少。一旦生理需要，干细胞通过分裂产生分化细胞，为机体的修复及再生提供细胞来源。BMSCs具有以下生物学特点[3]：①性质稳定，自我更新能力强，体外扩增107倍后仍保持基因和表型的稳定性。②缺乏独特性表面标志，表达细胞表面标志SH2、CD44、SH3、Scal等，不表达造血细胞的表面标志，如CD3、CD4、CD8等，也不表达MHCⅡ类抗原及MHC抗原相关的共同刺激因子及MHCⅡ类分子如HLA-DR抗原等，具有低免疫原性[3-5]，在免疫正常的受体中不产生免疫应答。③多向分化潜能：在体外不同条件下，BMSCs可分化为不同的组织细胞，传代培养后仍具有多向分化潜能，并能高效增殖。④分化控制容易，致瘤风险小。
2 BMSCs体外分离纯化
体外常用的从骨髓中分离BMSCs的方法[3]包括：①密度梯度离心法：利用骨髓在分离液中经高速离心后形成一个连续密度梯度的原理，将密度不等的细胞分离纯化。②贴壁筛选法：根据BMSCs具有在塑料或玻璃培养皿中贴壁生长的特性对其进行分离。③流式细胞仪分选法：根据BMSCs表面抗原标志利用流式细胞仪进行分离纯化。④免疫磁珠分离法：根据抗体对细胞表面抗原的特异识别，将偶联在抗体上的磁珠标记于细胞上，在磁场作用下分离细胞。
免疫磁珠分离法是目前获得BMSCs纯度最高的方法。贴壁法和密度梯度离心法是目前研究BMSCs使用最多的两种方法，尤其全骨髓贴壁法操作步骤简便，分离的BMSCs贴壁时间短，细胞数量多，传代扩增后的BMSCs纯度可达到95%以上，故该法在研究中应用最广泛。陈舒晨等[5]用骨髓贴壁法在体外获得高纯度的BMSCs，传代30代以上仍保持良好的生长性。鉴于BMSCs的特点及体外分离培养方法，虽然BMSCs在骨髓中含量很少，但较容易从骨髓中获取，可以高效扩增。
3 BMSCs与慢性阻塞性肺疾病
COPD是呼吸系统疾病中患病率和死亡率均高的常见病[6-10]，临床表现为进行性发展的不可逆的气流受限。COPD发病机制较为复杂，其中认为最重要的是气道慢性非特异性炎症导致气道重塑[10]，造成COPD组织结构破坏。终末期肺气肿患者的5年生存率仅为25%[11]。目前，对COPD常规的内科、外科治疗手段均为对症治疗，缺乏根本逆转该病的治疗方法[12-13]。修复肺部结构、抑制炎性反应是治疗COPD的理想结果。
早在2003年，Ortiz等[14]报道显示，将抵抗博来霉素雄性小鼠的BMSCs移植给博来霉素所致肺损伤的雌性小鼠，荧光免疫显示移植的雄性细胞位于雌鼠受体的肺损伤区，并大部分分化为Ⅱ型肺泡上皮细胞，并且BMSCs移植显著降低了博来霉素所致肺损伤的雌鼠的肺泡的炎性反应及胶原沉积。考虑BMSCs可促进肺泡再生Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮细胞。在基础实验中研究者通过异体移植BMSCs，来修复损伤的肺部结构[11]。近年来对于BMSCs治疗急性肺损伤及肺间质纤维化方面作了大量研究，积累了许多经验。Rojas等[12]研究表明，小鼠供体移植BMSCs在肺损伤的组织内可分化为包括Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮细胞等在内的多种肺组织细胞，可以出现在炎症损伤的肺部，减轻炎性反应，促进肺部损伤的修复，并通过免疫调节，抑制炎性反应，为肺损伤提供修复环境。Mei等[13]在研究中发现，BMSCs能降低全身及肺部炎症，较大程度上降低炎症因子水平，增加巨噬细胞，促进炎症修复。国内学者李宝平等[15]研究表明，在烟熏大鼠肺气肿模型上，生长因子及小鼠的BMSCs移植一定程度上修复肺气肿的病理改变。李旭等[16]研究也表明，BMSCs在肺气肿模型大鼠肺组织中能分化肺泡上皮，对大鼠实验性肺气肿有效。宋小莲等[17]发现，在大鼠COPD模型中，小鼠BMSCs供体移植，可在大鼠COPD模型肺分化为Ⅱ型肺泡上皮，进行炎症修复，并能局部存留30 d以上。鉴于BMSCs能在气道中分化再生Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮细胞，迁移至损伤部位，修复肺损伤的组织结构，因此，将其用于改变COPD的气道重塑，有着基本实验依据。
COPD的炎症机制，最主要的是炎症因子TNF-α与IL-10比值的失衡。BMSCs可降低致炎症因子TNF-α的水平，增加抗炎因子IL-10的水平，促进COPD炎症的吸收[15]，同时分泌G-CSF等生长因子保护肺组织。国内外学者均在COPD动物模型上阐述了BMSCs有抑制炎症因子、再生肺组织细胞的潜能，可修复损伤的肺部病理结构，从根本上逆转COPD[17-20]。BMSCs治疗COPD在动物试验上已经取得很好的效果，是一条有着光明前景的新的治疗途径，但其能否经得起临床检验，还需要更加细致的实验数据及实验积累，需要不断的深入探讨。
4 BMSCs与肺部肿瘤
目前人们对BMSCs与肿瘤的关系还不是十分明了，综合各家学说，存在两种观点：一种认为BMSCs可特异性聚集到恶性肿瘤处，对肿瘤的生长、增殖和发展起抑制作用；另一种观点认为，BMSCs可以促进恶性肿瘤的生长，且更多学者支持第二种观点。
4.1 BMSCs促进肿瘤的生长
文献显示，BMSCs有两种途径促进肿瘤的生长[18-20]，一种途径是指白介素、血管内皮生长因子、集落刺激因子等细胞因子促进肿瘤生长、增殖，同时为肿瘤组织提供丰富的血管。Khakoo等[21]发现自体BMSCs移植能显著提高血管内皮生长因子表达水平，并增加心肌坏死区血流的增加，改善心肌功能。这样形成一个正反馈，不断促使肿瘤增殖。另一种途径是由于BMSCs具有一定的免疫调节作用，对肿瘤的进展也有促进作用。有文献采用BMSCs治疗严重抵抗急性移植物抗宿主病，效果显著，提示BMSCs在人体内具有很强的免疫抑制作用[22-24]。
4.2 BMSCs抑制肿瘤的生长
Khakoo等[21]体外实验研究证实，BMSCs与肿瘤接触时，直接抑制靶细胞信号传导途径中Akt蛋白激酶活性，不依赖宿主自身免疫系统直接抑制肿瘤细胞生长，BMSCs对肿瘤的抑制程度与BMSCs的剂量相关。Ohlsson等[25]发现，BMSCs可抑制大鼠结肠癌细胞的增殖，他们将BMSCs和癌细胞混合液移植实验大鼠皮下，发现当BMSCs和肿瘤细胞数目相等或多余时，结肠癌生长可完全抑制，生长抑制可出现在移植1～2周。Matus等[26]研究发现，用表达IFN-β的复制缺陷型腺病毒转染BMSCs，通过鼠尾静脉注入小鼠体内，1周后小鼠病理切片显示BMSCs大量聚集于肺转移灶内，正常肺组织及其他脏器几乎检测不到BMSCs，与对照组相比产生明显抗肿瘤效应。
4.3 BMSCs对肿瘤的治疗
在肿瘤治疗中应用BMSCs与肿瘤细胞有一定的相似性，肿瘤细胞和BMSCs均有一定的细胞分裂特性，有自我增殖和可分化性。BMSCs以高度有序进行增殖，同时可分化成正常、成熟的体细胞，而肿瘤细胞是异常分化、无序高速繁殖。BMSCs体外能大量扩增，易被外源基因转导，并长时间保持高效表达，而且外源BMSCs进入体内，先聚集于肿瘤组织周围，维持低免疫原性，长期存活于宿主体内。应用BMSCs良好归巢特性，可将BMSCs作为运载工具，将抗肿瘤药物运送到肺恶性肿瘤内部，进行肺恶性肿瘤的靶向治疗，减少因全身肿瘤给药对肺外其他正常组织脏器造成的不良影响。Aboody等[27]在动物模型上利用BMSCs对肿瘤的趋向性，将BMSCs作为基因治疗的载体，对颅内肿瘤的治疗有良好效果，应用BMSCs作为基因载体，在动物实验上验证其对肺部肿瘤的靶向治疗也有美好的前景。
BMSCs作为一类具有多向分化潜能[1-2]的干细胞，在动物实验中已经取得许多丰富的实验结果，但其用于临床还有很长的路要走，如BMSCs的治疗剂量、治疗周期、BMSCs所特有鉴定标志物等许多问题等待解决[28-29]，这都需要不断地对BMSCs进行深入研究。相信随着研究的深入，不久的将来，临床上BMSCs将被广泛地用于治疗人类呼吸系统疾病。
[参考文献]
[1] Long X，Olszewski M，Huang W，et al. Neural cell differentiation in vitro from adult human bone marrow mesenchymal stem cells [J]. Stem Cells Dev，2005，14（1）：65-69.
[2] Rojas M，Xu J，Woods CR，et al. Bone marrow-derixed mesenchymal stem cells in repair of the injured lung [J]. Am J Respir Cell Mol Biol，2005，33（2）：45-46.
[3] 张红珊，方建培.骨髓间充质干细胞修复肺损伤研究进展[J].中国呼吸与危重监护杂志，2011，10（5）：505-508.
[4] Mitchell JB，Mcintosh K，Zvonic S，et al. Immunophenotype of human adipose-derived cells：temporal changes in stromal-associated and stem cell-associated markers [J]. Stem Cells，2006，24（2）：376-385.
[5] 陈舒晨，陈良万.大鼠骨髓间充质干细胞分离培养标记及向移植肺趋化的实验研究[J].福建医科大学学报，2013， 47（2）：76-79.
[6] Hu X，Wang J，Chen J，et al. Optimal temporal delivery of bone marrow mesenchymal stem cells in rats with myocardial infarction [J]. Eur J Cardiothorac Surg，2007，31（3）：438-443.
[7] Tayyareci Y，Umman B，Sezer M，et al. Intracoronary autologous bone marrow-derived stem cell transplantation in patients with ischemic cardiomyopathy：results of 18-month follow-up [J]. Turk Kardiyol Dern Ars，2008，36（8）：519-529.
[8] Itoh T，Satou T，Ishida H，et al. The relationship between SDF-1 alpha/CXCR4 and neural stem cells appearing in damaged area after traumatic brain injury in rats [J]. Neurol Res，2009，31（1）：90-102.
[9] Kakinuma S，Nakauchi H，Watanabe M. Hepatic stem progenitor cells and seem-cell transplantation for the treatment of liver disease [J]. J Gastroenterol，2009，44（3）：167-172.
[10] 中华医学会呼吸病学会慢性阻塞性肺疾病学组.慢性阻塞性肺疾病诊治指南（2007年修订版）[J].中华结核和呼吸杂志，2007，30（1）：8-17.
[11] Diener CV，Burrows B. Further observations on the course and prognosis of chronic obstructive lung diseases [J]. Am Rev Respir Dis，1975，111（6）：719-724.
[12] Rojas M，Co C，Iyer SS，et al. Mesenchymal stem cells and inflammatory lung disease [J]. Original Articles，2009，51（1）：5-16.
[13] Mei SH，Haitsm JJ. Mesenchymal stem cells redunce inflammation while enhancing bacterial clearance and improving survival in sepsis [J]. Am J Respir Crit Care Med，2010，6（17）：213-216.
[14] Ortiz LA，Gambelli F，McBride C，et al. Mesenchymal stem cell engraftment in lung is enhanced in response to bleomycin exposure and ameliorates its fibrotic effects [J]. Proc Natl Acad Sci USA，2003，100（14）：8407-8411.
[15] 李宝平，邢万红，路鹏雁，等.生长因子及骨髓间充质干细胞与肺再血管化修复烟熏大鼠肺气肿模型[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（2）：227-232.
[16] 李旭，李宝平.骨髓间充质干细胞对大鼠实验性肺气肿的作用[J].中国医药导报，2010，7（3）：11-13.
[17] 宋小莲，白冲.骨髓间充质干细胞移植对慢性阻塞性肺病气道及肺实质损伤得修复作用[D].上海：第二军医大学，2009.
[18] Hung SC，Deng WP，Yang WK，et al. Mesenchymal stem cell targeting of microscopic tumors and tumor stroma development monitored by noninvasive in vivo positron emission tomography imaging [J]. Clin Cancer Res，2005，11（1）：7749-7756.
[19] Haynesworth SE，Baber MA，Caplan AI. Cytokine expression by human marrow-derived mesenchymal progenitor cells in vitro effects of dexamethasone and IL-1 alpha [J]. J Cell Physiol，1996，166（3）：585-592.
[20] Liu CH，Hwang SM. Cytokine interactions in mesenchymal stem cells from cord blood [J]. Cytokine，2005，32（6）：270-279.
[21] Khakoo AY，Pati S，Anderson SA，et al. Human mesenchymal stem cells exert potent antitumorigenic effects in a model of Kaposis sarcoma [J]. J Exp Med，2006，203（5）：1235-1247.
[22] Protian JA，Aviv H，Ponzio NM，et al. Veto-like activity of mesenchymal stem cells functional discrimination between cellular responses to alloantigens and recall antigens [J]. J Immunol，2003，171（6）：3426-3434.
[23] Sensebe L，Krampera M，Schrezenmeier H，et al. Mesenchymal stem cells for clinical application [J]. Vox Sang，2010， 98（2）：93-107.
[24] Ozawa K，Sato K，Oh I，et al. Cell and gene therapy using mesenchymal stem cells（MSCs）[J]. Autoimmun，2008，30（3）：121-127.
[25] Ohlsson LB，Varas L，Kjellman C，et al. Mesenchymal progenitor cell-mediated inhibition of tumor growth in vivo and in vitro in gelatin matrix [J]. Exp Mol Pathol，2004，75（3）：248-255.
[26] Matus S，Frank CM，Richard E，et al. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells as vehicles for interferon-β delivery into tumors [J]. Cancer Res，2002，62（13）：3603-3608.
[27] Aboody KS，Najbauer J，Danks MK. Stem and progenitor cell-mediated tumor selective gene therapy [J]. Gene Ther，2008，15（10）：739-752.
[28] Shmarina GV，Pukhalsky AL，Kokarovtseva SN，et al. Tumor necrosis factor-alpha/interleukin-10 balance in normal and cystic fibrosis children [J]. Mediators Inflamm，2001，10（4）：191-197.
[29] Jiang Y，Jahagirdar BN，Reinhardt RL，et al. Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow [J]. Nature，2002，418（6893）：41-49.
（收稿日期：2015-04-27 本文编辑：程 铭）
