脂肪間充質干細胞在纖維化疾病治療中的作用

王扶凝，代會博，唐 蕾，單 云，盛梅笑

南京中醫藥大學附屬醫院腎內科，江蘇 南京 210029

纖維化是纖維結締組織在組織器官內廣泛沉積的動態過程，其特征為膠原蛋白等細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的積累。機體在感染、炎癥、自身免疫、退行性病變、腫瘤和損傷等各種觸發因素下，啟動一系列修復過程［1］。如果組織損傷嚴重或反復受損，修復過程會演變為進行性不可逆的纖維化反應，成纖維細胞持續激活，ECM過度合成，導致器官組織被結締組織所取代，功能喪失［2］。肝硬化、肺纖維化、腎間質纖維化、心肌梗死、系統性硬化癥、移植物抗宿主病等各種疾病的纖維化重塑可損害器官功能，甚至導致器官衰竭，嚴重威脅人類生命健康［3］。因此，探尋纖維化的發生機制和抗纖維化的有效治療方法一直受到關注。

脂肪間充質干細胞（adipose-derived stem cell，ADSC）是一種來源于脂肪組織、具有自我更新及多向分化能力，在體外和體內均具有抗炎、抗凋亡、調節免疫、促進再生等特點的間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC），在一系列纖維化疾病的治療中均表現出巨大的潛力［4-8］。本文就近年來ADSC在纖維化疾病中的治療作用和機制進行綜述。

1 ADSC概述

ADSC 是皮下脂肪組織通過酶促消化獲得的、具有增殖和分化能力的MSC。MSC 最早在骨髓中發現，也存在于臍帶、脂肪、羊膜、牙髓等多種組織器官［9］。2006 年國際細胞治療學會提出定義MSC的3 項基本標準：①塑性黏附；②表達分化簇（cluster of differentiation，CD）73、CD90 和CD105，不表達CD11b、CD14、CD19、CD45 和人類白細胞抗原DR（human leukocyte antigen DR，HLA-DR）；③有成骨分化、成脂分化和成軟骨分化的潛能［10］。MSC分泌多種趨化因子、細胞因子和ECM 蛋白，參與多種生物學過程，包括造血、血管生成、白細胞運輸、免疫和炎癥反應?；贛SC 的免疫調節作用及低免疫原性，無需免疫抑制即可進行同種異體移植，其在組織工程和再生醫學研究領域受到廣泛關注。而脂肪相比胎盤、羊膜、骨髓等組織來源更豐富，便于提取，易于獲得較多細胞，且供體創傷小、可自體移植、安全性高，被認為是MSC 臨床應用的理想來源［11］。與最經典的骨髓來源的MSC相比，ADSC增殖能力更強，且在生物活性因子分泌方面更活躍，能分泌更多的血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、神經生長因子（nerve growth factor，NGF）等，具有更好的促血管生成和再生修復能力［12-13］。

2 ADSC對組織纖維化的干預作用與機制

早期研究人員認為纖維化不可逆轉，但近年來動物研究和臨床試驗均表明，纖維化是一個高度動態變化的過程。因此，探索纖維化的發生機制，尋求新型抗纖維化治療手段具有重要意義。在痤瘡及燒傷瘢痕的臨床研究中發現，皮內注射ADSC 及其條件培養液（ADSC condition medium，ADSC-CM）可減輕瘢痕嚴重程度及瘢痕面積占比，改善患者的皮膚彈性［14-15］。慢性阻塞性肺炎患者肱靜脈自體輸注ADSC，炎癥相關C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）下降，氣道纖維化重塑減輕，肺順應性提高，肺功能有所改善［16］。一系列臨床實驗表明ADSC安全且療效確切，其對組織纖維化的具體干預作用與機制涉及以下幾個方面。

2.1 阻抑上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）

EMT參與器官發育與傷口愈合，也是癌癥和組織纖維化等疾病發展的重要環節。在EMT過程中，上皮細胞間連接丟失，細胞與基質失去相互作用，上皮標志物如E-鈣黏蛋白（E-cadherin）、細胞角蛋白（cytokeratin）、緊密連接蛋白-1（zonula occludens protein-1，ZO-1）減少，進而表達N-鈣黏蛋白（N-cadherin）、波形蛋白（vimentin）和α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）等間充質標志物［17］。ADSC-CM可改善轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β 所致的上皮標志物E-cadherin、ZO-1表達減少，下調N-cadherin［18］，并有效抑制香煙煙霧提取物誘導的人肺上皮細胞死亡，減輕肺纖維化。ADSC 還分泌包含微小RNA（microRNA，miR）、長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）的外泌體（exosome，Exo），通過細胞間的物質交換參與調節纖維化進程。在小鼠子宮內膜纖維化模型中，宮腔內注射ADSC-Exo，其包含的lncRNA-MIAT與子宮內膜上皮細胞中的miR-150-5p結合，抑制α-SMA 表達，緩解纖維化。此外，在體外角膜上皮重建中，ADSC 可以通過間充質-上皮轉化（mesenchymal-epithelial transition，MET）衍生出上皮祖細胞［19］。在完全膀胱切除術后植入含ADSC的去細胞化膀胱基質，能夠在小鼠體內誘導內源性尿路上皮細胞再生［20］。這些研究表明，ADSC可通過轉分化及旁分泌作用，抑制甚至逆轉EMT，促進組織器官原有結構和功能的恢復。然而，在腫瘤微環境中，ADSC 可能促進癌細胞EMT，參與腫瘤細胞的遷移和侵襲［21］，對癌癥患者的治療安全性還有待探究。

2.2 抑制成纖維細胞活化

在慢性炎癥或反復組織損傷的環境中，成纖維細胞對ECM合成、降解、重塑的調節失衡，活化為產生ECM 的肌成纖維細胞［2］。肌成纖維細胞在纖維化疾病中起重要致病作用，眾多抗纖維化研究均通過靶向抑制成纖維細胞活化來發揮效應。TGF-β1是成纖維細胞活化為肌成纖維細胞的關鍵介質［22］。研究發現，大鼠靜脈注射ADSC可降低受損肝臟、腎臟或生殖器海綿體組織中的TGF-β1以及Ⅰ型膠原的表達［23-25］。在人瘢痕疙瘩組織的離體培養中也發現，ADSC-CM 抑制TGF-β/Smad 及p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK）信號轉導通路，減少成纖維細胞活化，改善膠原沉積［26-28］。ADSC-Exo 中的miR-192-5p 可直接靶向成纖維細胞中的白介素-17 受體A（interleukin-17 receptor A，IL-17RA），通過抑制其下游Smad通路磷酸化，抑制成纖維細胞活化［29］。同時，ADSC-CM還通過環氧合酶-2/前列腺素E2（cyclooxygenase-2/prostaglandin E2，COX-2/PGE2）級聯反應，抑制活化的瘢痕成纖維細胞增殖并促使其凋亡［30］?？谇火つだw維化的研究中也發現，過表達ADSC-Exo 中miR-375可增強對纖維化頰黏膜成纖維細胞中轉錄因子活性的抑制，促進細胞凋亡以抑制纖維化進程［31］。ADSC 對成纖維細胞存在雙向調節作用。在傷口愈合早期，ADSC會促進成纖維細胞的增殖遷移及膠原蛋白的合成，并分泌VEGF等促進血管形成以加速創面愈合［32-33］，但在愈合后期或炎癥、射線等促纖維化條件下，ADSC 能阻止成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，抑制肉芽組織形成，調節基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表達［34-35］，抑制膠原沉積［36-37］，起到抗纖維化的作用。此外，ADSC升高腫瘤壞死因子α刺激基因-6（tumor necrosis factor α stimulated gene 6，TSG-6）水平，抑制肝星狀細胞（hepatic stellate cell，HSC）活化的同時可促使其表達EPCAM、CD133等肝臟譜系標志物，誘導HSC向肝祖細胞轉化。

2.3 參與抗炎及免疫調節

組織損傷和炎癥是再生與纖維化的重要觸發因素。隨著各種不同類型的炎癥細胞如巨噬細胞、T 細胞、肥大細胞等的招募和激活，炎癥反應被放大，進一步加速纖維化進程。因此，抑制炎癥反應是抗纖維重塑，促進損傷后組織結構恢復的重要途徑［38］。

2.3.1 巨噬細胞

目前研究認為，巨噬細胞M1型向M2型轉化可以改善纖維化。M1型巨噬細胞促炎并產生TGF-β1、IL-1β等促纖維化介質，M2 型分泌IL-10 和精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）等促進炎癥消退［39-41］。ADSC 可通過調節巨噬細胞激活狀態，促進巨噬細胞M1 型向M2 型轉化，對抗纖維化相關組織損傷，這在梗死后心肌重塑研究中已有報道［42］。一項人類皮膚光老化的前瞻性研究中發現，ADSC 可增加M2型巨噬細胞數量，抑制炎癥［43］，且這種調節作用在肥胖個體中更加顯著。通過抑制Toll 樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）及其下游信號轉導，降低核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的DNA 結合活性，ADSC 抑制M1 型相關促炎分子，如細胞因子TNF-α、NO 的合成［44］。另有研究比較了脂肪與骨髓來源的MSC 對腹膜透析誘導的腹膜纖維化的治療作用，發現ADSC促M2型巨噬細胞極化作用更顯著而具有更好的治療效果，這基于ADSC在TGF-β1刺激下分泌更多的IL-6［45］。這種MSC來源的IL-6在促調節組織穩態的同時，提高組織的修復活性，促進去分化及再生［46］。此外，ADSC 在體內的長期免疫調節作用與巨噬細胞的吞噬清除功能相關，巨噬細胞攝入凋亡的ADSC 后產生抗炎介質，而巨噬細胞耗竭和IL-6 阻斷均抑制ADSC 的治療效果［47］。

2.3.2 T細胞

先天性免疫和獲得性免疫都參與了纖維化的形成，調節性T 細胞（regulatory T cell，Treg）參與免疫穩態的調節，一般認為Treg 抑制纖維化的發生；Th1 細胞產生干擾素（interferon，IFN）-γ抑制成纖維細胞誘導的膠原蛋白合成并減輕纖維化，也被認為在很大程度上起著抗纖維化作用［48］，而其他表型Th17 型與Th2 型細胞多被認為對纖維化有促進作用［49］。因此，T 細胞的表型轉化與平衡也是ADSC 抗纖維化的潛在機制。在博萊霉素誘導的小鼠肺損傷模型中，尾靜脈注射ADSC 可以抑制小鼠Th2型CD4+T細胞的分化和增殖，促進Treg細胞的分化和增殖，減少肺纖維化面積，改善預后［50］。通過體外共培養人ADSC 與外周血單核細胞發現，ADSC 通過程序性死亡受體-1（programmed cell death protein 1，PD-1）和T 細胞免疫球蛋白黏蛋白-3（T cell immunoglobulin domain and mucin domain-3，TIM-3）途徑抑制T 細胞中的NF-κB 活化，劑量依賴性調節Th1/Th2/Treg 細胞亞群轉化，起到免疫抑制作用［51-52］。除細胞間接觸外，ADSC 還通過分泌PGE2、IDO 等因子［53］，介導哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）抑制，或通過線粒體轉移上調下游FoxP3、CTLA4、GITR 等mRNA 水平，誘導Treg 細胞分化，促進Th17/Treg 間平衡的恢復［54］。此外，在克羅恩病肛瘺的臨床試驗中發現ADSC 在調節T 細胞的同時不增加感染風險，優于免疫抑制劑［55］，為炎癥相關纖維化的治療提供了新的思路。

2.3.3 肥大細胞（mast cell，MC）

隨著研究深入，MC 也被證實與纖維化的發生有關［56］。特發性肺纖維化患者活檢標本中，MC 數量與纖維化病灶之間呈顯著正相關，與患者肺功能呈負相關，因此被視為潛在的治療靶點［55］。一項關于皮膚瘢痕的臨床試驗也證實，MC數量與人體皮膚瘢痕形成情況呈正相關［57］，阻斷MC 脫顆粒，可減小瘢痕大小，改善傷口組織的膠原結構及密度。作為皮膚中的免疫哨兵，MC 對各種病理和環境刺激的反應與Toll樣受體等多個分子通路及其他免疫細胞相關。間質性膀胱炎大鼠黏膜下層注射ADSC，可下調TNF-α、IFN-γ、MCP、IL-6、TLR2 和TLR11 等炎癥因子水平，抑制MC 浸潤和上皮細胞凋亡，促進受損膀胱再生［58］。皮下注射ADSC 誘導Th17 細胞下調IL-17 分泌，減少小鼠皮膚中MC 浸潤，改善炎癥反應［59-60］。此外，ADSC 還通過COX2 依賴性機制抑制B 細胞IgE 的釋放，減少MC 富集和激活，并通過上調前列腺素相關受體，減少IgE受體表達，抑制IκB-α降解以降低MC 中的NF-κB 活性，抑制MC活化［61］。

4 結語

ADSC 來源豐富，易于獲取，分泌多種細胞因子，參與免疫調節和組織再生，在多項臨床試驗中顯示出治療優勢，在纖維化相關疾病中也具有臨床應用前景，已被證實可通過阻抑EMT、抑制成纖維細胞活化、調節免疫等多個途徑治療纖維化。同時，以ADSC-Exo 為載體，構建靶向遞送系統，也為纖維化疾病的治療提供了新的方向。然而，ADSC可能促進腫瘤的進展和轉移，其是否適合腫瘤微環境下的移植治療仍然值得討論。此外，ADSC促血管生成在不同纖維化環境下的影響尚有爭議，ADSC抗纖維化作用的時間依賴性及作用間的串擾等也有待進一步探索。