北京時間8月24日12點，日本不顧國際社會的反對，悍然啟動福島第一核電站核污染水排海作業(yè)。此前，東京電力公司公布了排放計劃，將在17天內(nèi)排放第一批共7800噸核污染水，2023年度預(yù)計排放約3.12萬噸。全部核污染水預(yù)計排放30年。

這一行為引發(fā)全球?qū)τ诤宋廴舅赡茉斐傻姆派湫晕廴镜膿?dān)憂。截至目前，仍沒有針對這種全球性擴(kuò)散的放射性傷害的有效保護(hù)措施。

不過，鑒于核技術(shù)早已在軍事、醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因此，針對核與輻射事故造成的放射性損傷的修復(fù)技術(shù)，細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域早已展開研究。今天，就為大家轉(zhuǎn)載一篇研究文章，供大家參考。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性放射損傷的研究進(jìn)展

王明輝 張斌 陳虎

隨著核技術(shù)在軍事、醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,核與輻射事故時有發(fā)生,醫(yī)學(xué)上的放療更是不可避免地造成不同程度的損傷,放射損傷的防治越發(fā)引起人們的重視。當(dāng)前放射性損傷的治療主要是應(yīng)用細(xì)胞因子等抗輻射藥物和造血干細(xì)胞移植,但各有其局限性。近年來,間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)在免疫治療和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用使得其在治療放射性損傷方面得到了進(jìn)一步研究。本文就間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性放射損傷的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一.急性放射損傷及其治療現(xiàn)狀

急性放射損傷是指機(jī)體受到一定劑量的某種射線照射后所產(chǎn)生的一系列生物效應(yīng),當(dāng)損傷嚴(yán)重時可使組織器官發(fā)生不可逆的破壞甚至導(dǎo)致機(jī)體死亡。電離輻射可以通過能量傳遞直接作用,或是通過活化水分子產(chǎn)生自由基間接作用于生物分子,導(dǎo)致DNA損傷、細(xì)胞蛋白變性、生物膜脂質(zhì)過氧化等,從而引起細(xì)胞損傷。在電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)中最重要的靶分子是DNA分子,電離輻射通過直接或間接作用導(dǎo)致DNA損傷,如堿基受損、單鏈斷裂和雙鏈斷裂等。其中雙鏈斷裂被認(rèn)為是最嚴(yán)重的DNA損傷,它們可以導(dǎo)致染色質(zhì)畸變,甚至不能完全修復(fù)。隨著輻射劑量的增加,DNA損傷尤其是雙鏈斷裂發(fā)生率增加,細(xì)胞死亡的風(fēng)險更高。

目前,治療急性放射損傷主要有抗輻射藥物與造血干細(xì)胞移植。抗輻射藥物包括氨磷汀等化學(xué)類,500、523等激素類和粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)等細(xì)胞因子類。化學(xué)類、激素類等傳統(tǒng)抗輻射藥物治療作用有限,且不良反應(yīng)不易克服。細(xì)胞因子的應(yīng)用對于重度骨髓型急性放射病作用顯著,但由于極重度患者體內(nèi)造血干細(xì)胞殘存數(shù)量過少,不能恢復(fù)自身造血,細(xì)胞因子作用嚴(yán)重受限。造血干細(xì)胞移植常用于極重度骨髓型急性放射病的救治,對于極重度尤其是出現(xiàn)多器官損傷的患者,盡管可以重建造血功能,卻仍死于移植物抗宿主病(GVHD)、感染或多臟器衰竭,至今數(shù)十例接受移植的患者無一長期存活。因此,尋找對急性放射性損傷更加有效的防治措施已成為當(dāng)前的研究重點。

二.間充質(zhì)干細(xì)胞在急性放射性損傷中的應(yīng)用

間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）作為一種成體多能干細(xì)胞,能夠自我更新、多向分化,來源廣泛,且容易體外分離培養(yǎng),具有組織損傷修復(fù)及免疫調(diào)節(jié)等作用,這些特性使得其在急性放射損傷的治療中具有潛在的應(yīng)用價值。目前,國內(nèi)外關(guān)于MSC在放射損傷治療中的研究已有大量文獻(xiàn)報道。

近年來研究表明,作為造血微環(huán)境的主要細(xì)胞,MSC在維持造血干細(xì)胞的正常分化、促進(jìn)移植后造血恢復(fù)方面發(fā)揮著重要作用。Hu等研究表明,對小鼠進(jìn)行致死性劑量照射(8 Gy)時,一定劑量的MSC與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMC)細(xì)胞共移植可以明顯改善小鼠生存;當(dāng)對小鼠進(jìn)行亞致死劑量照射(5 Gy)時,可以觀察到,MSC可以減少小鼠骨髓細(xì)胞凋亡,加速受照射小鼠造血組織細(xì)胞的周期進(jìn)程,骨髓造血島和巨核細(xì)胞明顯增加,三系(紅細(xì)胞、粒細(xì)胞和血小板)造血恢復(fù)加快。對于亞致死劑量照射的小鼠,Shim等[6]證明臍血MSC不僅對于白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞等具有再生作用,并且在重建造血方面作用優(yōu)于細(xì)胞因子G-CSF治療。

然而,由于組織敏感性不同,電離輻射不僅會損傷造血系統(tǒng),還會對其他敏感組織如肺、胃腸道、皮膚等造成不同程度的損傷。鑒于MSC組織修復(fù)作用,其在非造血組織放射性損傷中的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步研究。

Kursova等研究表明,對于放射性肺損傷小鼠進(jìn)行自體MSC輸注,6個月內(nèi)死亡率明顯降低。相關(guān)臨床試驗表明,11例接受放療導(dǎo)致放射性肺損傷的腫瘤患者,進(jìn)行MSC輸注聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)治療,經(jīng)過1年的隨訪觀察,未見引起潛在的腫瘤進(jìn)展,同時多種檢查如炎癥檢測、組織缺氧指數(shù)、外呼吸參數(shù)、免疫狀況等均無不良變化,證明自體MSC治療放射性肺損傷安全且有效。另外,Wang等也發(fā)現(xiàn),預(yù)防性或治療性應(yīng)用hUC-MSC都能減輕小鼠放射性肺損傷,明顯改善其生存狀態(tài)。

對于放射性腸損傷,Linard等通過給模型豬多次靜脈輸注自體骨髓來源的MSC后發(fā)現(xiàn),全身炎癥得到控制,直腸損傷部位的炎癥及纖維化明顯減輕。Sémont等不僅證明了MSC治療有利于放射性腸損傷的修復(fù),而且還發(fā)現(xiàn)了內(nèi)源性MSC動員入血對于其持續(xù)修復(fù)損傷發(fā)揮重要作用。

在小鼠放射性皮膚損傷模型中,Francois等證明,異基因移植hMSC能加速小鼠損傷的修復(fù)。Kotenko等發(fā)現(xiàn),MSC治療不僅能促進(jìn)小鼠局部放射性皮膚損傷的愈合,而且對于臨床上兩例嚴(yán)重放射性皮膚損傷患者,自體MSC輸注后肉芽組織快速生成,潰瘍表面明顯減小,最終完全上皮化。

三.間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)急性放射損傷的作用機(jī)制

盡管當(dāng)前的研究大都支持MSC在急性放射性損傷中的修復(fù)作用,然而,其中所涉及的具體的修復(fù)機(jī)制仍然不確定。綜合當(dāng)前的研究結(jié)果,其中可能涉及以下幾種主要機(jī)制。

1.歸巢:

組織損傷后,外源性MSC進(jìn)入體內(nèi)后能夠選擇性遷移并歸巢至受損組織或炎癥部位,從而參與損傷修復(fù)。其特異性歸巢至靶組織是MSC修復(fù)輻射損傷的關(guān)鍵。

Chapel等第1次證明在放射性損傷的靈長類動物中,MSC能歸巢至肌肉、皮膚、骨髓及腸道等多種受損組織中。Francois等對NOD/SCID小鼠給予亞致死劑量的全身照射后靜脈輸入MSC,發(fā)現(xiàn)未照射組僅在肺、骨髓及肌肉等組織中有低水平植入,而全身照射組(TBI)腦、心臟、骨髓、肌肉等組織中MSC植入明顯增加,另外,TBI聯(lián)合腹部照射組可見腹部臟器如胃腸道、肝、脾等MSC植入增加,TBI聯(lián)合腿部照射組可見局部受照部位皮膚、股四頭肌MSC植入增加。由此,進(jìn)一步證明了MSC向受損組織遷移歸巢的特性。

Sémont等證實外源性MSC能歸巢至輻射損傷的腸黏膜下及腸系膜內(nèi),但兩周后卻檢測不到外源性的GFP陽性MSC,而血中內(nèi)源性的MSC增加,表明MSC輸注不僅能植入至損傷部位,還能動員內(nèi)源性的MSC入血,從而進(jìn)一步增強輻射損傷的修復(fù)。

2.分化:

自從20世紀(jì)90年代,MSC的分化潛能得到大量研究。它起源于中胚層,具有多向分化潛能。研究表明,在特定的誘導(dǎo)培養(yǎng)條件下,MSC不僅可以向骨、軟骨和脂肪細(xì)胞等中胚層細(xì)胞分化,還可以跨胚層分化為外胚層的神經(jīng)元細(xì)胞和內(nèi)胚層的肝細(xì)胞等。

Sasaki等在皮膚受損處檢測到輸入的GFP陽性MSC部分表達(dá)有角質(zhì)形成細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及周圍細(xì)胞的標(biāo)記物泛細(xì)胞角蛋白、CD31和α-SMA,表明MSC在局部皮膚損傷修復(fù)過程中發(fā)生了向多種皮膚細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)分化。

Francois等在放射性肝損傷模型中證實,植入的MSC可以表達(dá)肝細(xì)胞的特定表達(dá)產(chǎn)物CK18、CK19和AFP,表明MSC向肝細(xì)胞轉(zhuǎn)分化參與了受損肝組織的修復(fù)過程。然而,這部分分化的細(xì)胞只占肝細(xì)胞整體的一小部分,不到2.5%,不足以逆轉(zhuǎn)輻射所致的損傷。

Sémont等通過定量PCR發(fā)現(xiàn),放射性腸損傷小鼠的腸上皮內(nèi)hMSC植入水平非常低,僅占(0.13±0.06)‰。由于MSC在損傷部位的低水平植入以及其相對較短的生存期限,單純的組織分化并不能完全解釋MSC的修復(fù)作用,可能只是其修復(fù)損傷的部分機(jī)制。

3.免疫調(diào)節(jié):

MSC具有低免疫原性,它低水平表達(dá)MHC I類抗原,不表達(dá)MHC II類抗原,也不表達(dá)共刺激分子CD40、CD80和CD86。這些特征使得MSC可以逃避宿主的免疫監(jiān)視系統(tǒng),免受同種反應(yīng)性自然殺傷細(xì)胞(NK)細(xì)胞裂解殺傷。目前,接受異基因hMSC治療的患者并未表現(xiàn)出T細(xì)胞激活,也未產(chǎn)生任何抗異基因MSC的抗體,因此,在進(jìn)行異體移植時不會發(fā)生排斥反應(yīng),從而保證了其效應(yīng)的發(fā)揮。此外,MSC還能通過直接的細(xì)胞接觸或者分泌一些免疫調(diào)節(jié)分子如NO、IDO、PGE2、IL-6、IL-10等,抑制T、B細(xì)胞的增殖活化、抑制DC細(xì)胞的成熟、抑制NK細(xì)胞的增殖和活性,促進(jìn)Treg細(xì)胞的生成和功能。

2008年山西太原事故中放射性損傷患者接受HSCT后輸注供者來源的MSC,顯示出良好的抗GVHD效果。Qiao等對經(jīng)過致死性全身照射的小鼠輸入骨源性的MSC后,Treg細(xì)胞擴(kuò)增;T細(xì)胞細(xì)胞因子受體表達(dá)改變,CCR5和CXCR3表達(dá)下調(diào),CCR7表達(dá)上調(diào),從而減少活化T細(xì)胞向炎癥部位的遷移,減輕免疫損傷;Th1細(xì)胞免疫功能下降,IFN-γ等炎性因子生成減少,使Th1/Th2平衡向抗炎性的Th2細(xì)胞極化傾斜。表明MSC的免疫保護(hù)機(jī)制對于受照小鼠加快造血恢復(fù),改善生存也發(fā)揮了重要作用。

4.營養(yǎng)作用:

MSC能分泌許多造血生長因子如G-CSF、SCF、TPO等支持造血,還能分泌其他營養(yǎng)分子,包括非造血生長因子(HGF、KGF、VEGF、TGF)、白介素、黏附素、趨化因子以及細(xì)胞外基質(zhì)糖蛋白等。這些營養(yǎng)分子可以促進(jìn)細(xì)胞間相互作用,不僅能減輕受損組織處的炎癥、凋亡和纖維化過程,還有利于組織細(xì)胞的再生。近年來,越來越多的證據(jù)表明MSC的治療作用主要是基于其旁分泌的各種營養(yǎng)分子。

張曉玲等對小鼠進(jìn)行6 Gy全身照射后輸注MSC,2天后治療組小鼠血清中檢測到G-CSF、SCF等造血生長因子,并且與對照組相比,其血清G-CSF水平明顯增加,表明MSC可能是通過分泌造血生長因子促進(jìn)造血恢復(fù)的。

Francois等證明,靜脈輸注的外源性MSC能優(yōu)先遷移到肝組織的血管周圍區(qū)域,通過增加VEGF和Ang-1的表達(dá),維持內(nèi)皮功能,促進(jìn)血管生成,能分泌HGF、NGF等生長因子及一些抗炎因子如IL-10、IL-1RA等有助于減少細(xì)胞凋亡,促進(jìn)細(xì)胞增殖,另外,MSC治療還能促進(jìn)受損肝組織中Nrf2、SOD的表達(dá)增加,從而在清除活性氧,減輕輻射所致的氧化應(yīng)激方面也發(fā)揮了一定作用。

Xue等研究發(fā)現(xiàn),只有0.1%的肺細(xì)胞屬于供者的MSC來源,一方面,如此低比例的分化并不能充分解釋所觀察到的肺損傷保護(hù)作用,另一方面,MSC的培養(yǎng)上清液在體內(nèi)能減輕放射性肺損傷,體外能調(diào)節(jié)炎性反應(yīng),保護(hù)Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞對抗放射性損傷。這表明MSC的輻射保護(hù)作用更多的是由于其旁分泌機(jī)制。

結(jié)語：

盡管MSC在急性放射性損傷中的應(yīng)用已得到大量研究,然而大部分只涉及動物試驗,距離實際的臨床應(yīng)用仍有很大差距。而且,當(dāng)前還有很多問題仍不清楚:MSC修復(fù)放射性損傷的作用機(jī)制,MSC的應(yīng)用時機(jī)、最優(yōu)細(xì)胞數(shù)、輸注次數(shù)及應(yīng)用途徑,不同來源的MSC對急性放射性損傷的療效差別。另外,基因修飾后MSC的安全性以及其對MSC治療作用的影響也有待進(jìn)一步驗證。相信在不久的將來,隨著研究的進(jìn)一步深入,MSC在治療急性放射性損傷方面應(yīng)用前景更加廣闊。

摘自《中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志》（有刪減）