劉浪，賀瑤瑤，田青，周東海

貴州省疾病預(yù)防控制中心公共衛(wèi)生監(jiān)測評價研究所，貴州 貴陽 550000

塵肺病是在職業(yè)活動中長期吸入生產(chǎn)性粉塵并在肺內(nèi)沉積而引起的以肺組織彌漫性纖維化為主的一組職業(yè)性肺部疾病。按照致病粉塵成分的不同，其可以分為矽肺、煤工塵肺、石墨塵肺、炭黑塵肺、石棉肺等。根據(jù)國家衛(wèi)生健康委數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019年全國累計報告新增職業(yè)病19 428例，其中塵肺病占全部新增病例的81.8%，占絕大多數(shù)，而其中又以矽肺和煤工塵肺為主。我國的職業(yè)性塵肺病防治形勢不容樂觀。矽肺是長期吸入大量含游離二氧化硅的粉塵而導(dǎo)致的塵肺病，其發(fā)病率和病死率在所有塵肺病中均是最高的［1］。矽肺目前尚缺少有效的治療手段，現(xiàn)有的藥物治療方法僅在減輕患者癥狀方面發(fā)揮一定作用，且效果不盡人意。肺移植作為終末期肺病治療手段之一，能夠有效改善患者健康狀況和肺功能，然而供體的缺乏和高昂的治療費用決定了肺移植不可能成為廣泛推行的治療方法，強烈的免疫排斥也會讓患者終身無法擺脫免疫抑制藥物。因此探索一種新的矽肺治療方法顯得尤為重要。

間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells）是一類來源于早期胚胎中層，具有多向分化潛能和自我復(fù)制能力的細胞，其可以在特定的條件下定向分化為特定的組織、細胞，直接參與組織修復(fù)。此外，間充質(zhì)干細胞還能通過分泌多種細胞因子發(fā)揮作用，如促進細胞增殖、抑制細胞凋亡、免疫功能調(diào)節(jié)等。在多種疾病的治療研究中，干細胞療法均受到廣泛的關(guān)注。間充質(zhì)干細胞在治療矽肺方面也得到了眾多研究人員的重視，并進行了大量的實驗研究。動物實驗研究結(jié)果表明，在矽肺模型中，間充質(zhì)干細胞治療能夠有效地減輕肺部炎性反應(yīng)，降低矽肺纖維化程度，延緩矽肺病程，明顯改善肺功能。本文將對間充質(zhì)干細胞在矽肺治療中的運用研究現(xiàn)狀進行綜述。

1 矽塵對肺組織的損傷機制

矽塵對肺組織的損傷機制主要包括：①直接細胞毒性作用。粒徑在5 μm以下的矽塵能夠突破氣道的纖毛黏液防御系統(tǒng)抵達呼吸道深部，對肺組織造成損傷。二氧化硅的壓電性使其在受力時能夠形成電極性，具備了直接損傷細胞的能力。其通過與局部細胞接觸相互作用，使細胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)而破壞細胞的膜結(jié)構(gòu)，進而導(dǎo)致細胞損傷。同時其能夠直接與水發(fā)生作用，產(chǎn)生羥自由基，損傷質(zhì)膜，釋放溶酶體，引發(fā)組織損傷［2］。②氧化應(yīng)激。適量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）能夠調(diào)節(jié)細胞的生理功能，如細胞的存活和細胞衰老［3］。過量的ROS卻能夠?qū)е卵趸瘧?yīng)激損傷的發(fā)生［4］。當矽塵微粒進入肺泡組織后，會被肺泡巨噬細胞攝取并與之相互作用，生成誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，進而生成大量的ROS和活性氮，對肺組織細胞造成損傷［5］。③大量炎性因子和成纖維相關(guān)細胞因子的產(chǎn)生。氧化應(yīng)激能夠激活轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子如核因子（nuclear factor，NF）-κB和激活蛋白（active protein，AP）-1，轉(zhuǎn)錄因子進入細胞核后參與到炎性和纖維形成相關(guān)的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，產(chǎn)生多種細胞因子，募集多核細胞及單核細胞聚集在矽塵顆粒周圍，形成肉芽組織［6］。在二氧化硅顆粒的作用下，巨噬細胞和肺上皮細胞產(chǎn)生大量的腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白介素（interleukin，IL）-1α、IL-1β、轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β等細胞因子［7］。TNF-α能夠募集成纖維細胞并促進其增殖，IL-1α及IL-1β、TGF-β等細胞因子能夠激活成纖維細胞，在局部產(chǎn)生并沉積大量的膠原蛋白和彈性蛋白，重塑肺組織構(gòu)造［2，8］。④細胞凋亡。二氧化硅顆粒能導(dǎo)致線粒體膜電位喪失、線粒體功能紊亂、死亡受體及其配體的表達增加，激活半胱天冬酶（cysteinyl aspartate-specific proteinase，Caspase）3及Caspase9等凋亡相關(guān)蛋白，引發(fā)細胞凋亡。

2 間充質(zhì)干細胞在矽肺治療中的作用

2.1 抑制炎癥因子

炎癥在矽肺發(fā)生發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。持續(xù)的炎癥反應(yīng)和形成的肉芽組織能夠引發(fā)肺組織的重構(gòu)，進而影響肺功能［9］，因此炎癥調(diào)節(jié)成為矽肺治療的有效靶點之一。動物模型中，空白對照組肺組織病理學(xué)檢查無炎性滲出，而二氧化硅模型組能夠檢測到明顯的炎性細胞浸潤。模型組通過尾靜脈注射臍帶來源間充質(zhì)干細胞（umbilical cord mesenchymal stem cells，UC-MSCs）治療，能夠有效地降低模型組的炎性細胞浸潤和炎性相關(guān)細胞因子水平，提示UC-MSCs移植能有效地降低肺部的炎癥水平，進而減少纖維化［10］。上述研究結(jié)果也在其他同類研究中得到證實［11］。這說明抑制炎癥是間充質(zhì)干細胞發(fā)揮治療作用的機制之一。

2.2 減少纖維化相關(guān)細胞因子的分泌

纖維化是矽肺發(fā)展中的一個重要病理過程。成纖維細胞的激活、肺局部大量膠原蛋白和彈性蛋白沉積是發(fā)生纖維化的基礎(chǔ)，減少纖維化相關(guān)細胞因子的水平是有效抑制纖維化的方法。IL-1α、IL-1β、TNF-α、TGF-β等細胞因子具有強力的成纖維細胞激活能力，能夠強力地激活成纖維細胞。矽肺模型予以骨髓間充質(zhì)干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）移植能夠有效地降低肺組織中羥脯氨酸的水平，減輕肺組織的纖維化，降低肺組織中纖維化相關(guān)細胞因子如TGF-β、IL-1β、基質(zhì)金屬蛋白酶2、TNF-α、干擾素-γ等的水平［12-13］。為了探究間充質(zhì)干細胞通過何種方式發(fā)揮作用，Li等［14］通過共培養(yǎng)的方法從體外探索BMSCs發(fā)揮作用的可能機制，結(jié)果表明BMSCs抗纖維化作用的發(fā)揮可能與旁分泌機制有關(guān)。IL-1受體拮抗劑通過旁分泌機制從BMSCs中釋放，抑制IL-1和TNF-α的產(chǎn)生和活性［15］。趙曼曼等［16］研究發(fā)現(xiàn)，不同細胞移植劑量組均有降低肺組織纖維化水平的作用，但不同劑量組之間療效存在差異，說明了BMSCs對纖維化的抑制效果和移植細胞數(shù)目之間存在劑量-效應(yīng)關(guān)系。

2.3 抑制細胞凋亡

氧化應(yīng)激和二氧化硅粉塵粒子的直接作用均能夠?qū)е戮€粒體膜電位喪失，引發(fā)線粒體功能紊亂，進而導(dǎo)致細胞凋亡［17］。凋亡細胞通過釋放炎性相關(guān)細胞因子又進一步招募炎性細胞到局部，加重炎性反應(yīng)，加快肺纖維化進程。另外，矽塵顆粒進入肺組織后，多數(shù)被肺巨噬細胞攝取，減少了肺實質(zhì)受到的損傷。當肺巨噬細胞發(fā)生凋亡時，其攝取的矽塵顆粒又會重新釋放到細胞外，再次對肺組織造成損傷［7］。因此，抑制細胞凋亡能夠有效地延緩矽肺發(fā)展的進程。研究表明，矽肺模型動物肺組織TUNEL染色陽性區(qū)域相較于空白對照組明顯增加，凋亡相關(guān)蛋白表達水平也會顯著上升，表明矽塵顆粒能夠明顯地誘發(fā)細胞凋亡。通過脂肪間充質(zhì)干細胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，ADSCs）移植能夠明顯減少肺組織中TUNEL陽性的細胞數(shù)目［11］，降低凋亡相關(guān)蛋白的表達水平［18］。上述研究結(jié)果表明ADSCs移植對細胞的凋亡具有明顯的抑制作用，該機制是ADSCs降低肺部損傷的機制之一。

2.4 抑制內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（endothelial mesenchymal transition，EMT）

EMT是上皮細胞逐漸獲得間質(zhì)細胞（成纖維樣細胞）表型的過程［19］。EMT在胚胎發(fā)育、組織修復(fù)、癌癥的演化等過程中均發(fā)揮了重要作用［20-21］，其在器官纖維化進程中的作用也被證實［22］。多項研究表明，矽塵顆粒能夠刺激肺組織中的巨噬細胞和上皮細胞，促使其釋放大量的活性氧物質(zhì)和細胞因子，引發(fā)EMT、成纖維細胞增殖、細胞外基質(zhì)沉積等過程［9，23-24］。EMT與矽肺纖維化的關(guān)聯(lián)在體內(nèi)和體外實驗中均得到證實［25-26］。Jiang等［27］研究發(fā)現(xiàn)BMSCs能夠靶向誘導(dǎo)Ⅱ型肺上皮細胞發(fā)生EMT并具有逆轉(zhuǎn)肺纖維化潛能。Zhang等［28］研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs能夠有效抑制Ⅱ型肺上皮細胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，且BMSCs處理組Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)蛋白表達水平相較于對照組降低。這表明BMSCs抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的作用可能是通過抑制Wnt/β-catenin信號通路來實現(xiàn)的。

2.5 調(diào)節(jié)自噬

自噬是大多數(shù)真核細胞中進行的正常生物學(xué)過程，是一個以溶酶體介導(dǎo)的細胞內(nèi)物質(zhì)和能量循環(huán)的過程。適當?shù)淖允伤接欣诩毎?，提升細胞抵抗凋亡和死亡的能力，然而過度的自噬水平則會誘發(fā)細胞程序性死亡。以往研究報道顯示，矽肺模型中肺泡巨噬細胞（alveolar macrophages，AMs）的自噬水平會明顯增高，且隨著矽肺期別的增加呈上升趨勢［29］。在矽肺進展過程中AMs的自噬水平和肺組織損傷程度呈正比［30］，降低AMs的自噬水平能夠明顯地降低肺組織的纖維化。間充質(zhì)干細胞治療能夠有效地減輕AMs的病理狀況。Zhu等［31］通過對模型組小鼠給予BMSCs治療后，檢測AMs中的LC-3和Beclin-1的表達水平，研究顯示LC-3和Beclin-1相較于對照組明顯降低，且纖維化程度也明顯低于對照組，提示矽塵能夠明顯增強AMs的自噬水平，而BMSCs移植可有效抑制AMs自噬的激活，緩解矽肺的病理進程。上述結(jié)果說明了調(diào)節(jié)AMs自噬水平也是BMSCs在矽肺治療中發(fā)揮作用的機制之一。

2.6 其他

陳志軍等［32］的研究結(jié)果顯示，BMSCs延緩纖維化進程可能是通過上調(diào)Tregs水平實現(xiàn)的。間充質(zhì)干細胞具有多向分化的潛能，能夠在特定條件下定向分化為特定的組織細胞。在矽肺的發(fā)展過程中，MSCs是否也通過其分化能力發(fā)揮了一定的治療作用？燕玲等［33］通過免疫熒光雙標性別決定基因（sex-determining region on Y，SRY）和肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白（pulmonary surfactant associated protein，SP）-C探究BMSCs是否能夠通過分化直接參與肺組織損傷修復(fù)，結(jié)果顯示雄性大鼠BMSCs進入受體雌性模型鼠肺組織后，同時檢測到了SRY和SP-C陽性信號，說明BMSCs能夠定向分化成為Ⅱ型肺泡上皮細胞，細胞分化可能是其在矽肺中發(fā)揮治療作用的機制之一。旁分泌作用是間充質(zhì)干細胞發(fā)揮功能的主要方式，研究者通過獲取間充質(zhì)干細胞外泌體替代間充質(zhì)干細胞進行矽肺治療的實驗研究，結(jié)果顯示單純的外泌體治療能夠獲得和間充質(zhì)干細胞移植治療相似的作用效果，如抑制炎癥、抑制纖維化、抑制EMT的進展等［34］。這進一步明確外泌體是間充質(zhì)干細胞發(fā)揮功能的途徑之一。

3 討論與展望

干細胞治療擁有安全、細胞來源豐富、無免疫排斥、適用范圍廣等優(yōu)勢，因此在多種疾病的治療中受到廣泛關(guān)注。干細胞治療方法的興起為矽肺的治療提供了方向?，F(xiàn)有間充質(zhì)干細胞在矽肺治療領(lǐng)域研究報道較多，干細胞發(fā)揮作用的機制也越來越清晰。間充質(zhì)干細胞在矽肺治療中主要通過減少有害的炎癥反應(yīng)、抑制纖維化、減少細胞凋亡、抑制肺巨噬細胞自噬、增強損傷后修復(fù)等方面發(fā)揮作用。這些有益的作用可能是通過旁分泌作用發(fā)揮的［15，35］。間充質(zhì)干細胞是否通過分化功能發(fā)揮治療作用，現(xiàn)有的研究證據(jù)還較少。在矽肺早期（1 d）和中期（14 d）移植治療病理改變較矽肺模型組有明顯緩解，在矽肺晚期（28 d）移植治療效果不明顯［36］。隨著研究的不斷深入，干細胞生物學(xué)的策略結(jié)合其他學(xué)科的聯(lián)合治療方法將會是未來的研究趨勢之一，如通過與基因工程的方法相結(jié)合，采用慢病毒介導(dǎo)修飾BMSCs，過表達骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7基因，能夠獲得比單純運用BMSCs治療更顯著的效果［37］。在現(xiàn)有的研究報道中，人體試驗報道較少。間充質(zhì)干細胞移植治療對矽肺患者咳嗽、胸悶癥狀有較好的改善作用，胸部CT、高千伏X線胸片結(jié)果顯示好轉(zhuǎn)，肺功能有所改善，顯示出了較好的治療前景［38-39］。目前多數(shù)研究僅僅是停留在動物實驗研究上，缺乏較為有力的臨床證據(jù)，其臨床有效性和安全性等仍然需要大量的臨床實驗數(shù)據(jù)做支撐。間充質(zhì)干細胞治療在矽肺方面的應(yīng)用前景廣闊，細胞治療作為矽肺治療的可能方案，具有非常大的潛在應(yīng)用價值。