【摘要】：目的： 急性肺損傷(Acute Lung Injury, ALI)及其嚴(yán)重形式急性呼吸窘迫綜合征(Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS)在膿毒癥等危重病人中的發(fā)病率和死亡率極高,目前,對ALI的研究主要集中在ALI相關(guān)炎癥細(xì)胞、細(xì)胞因子、黏附因子的相互作用、表達(dá)調(diào)控等方面,雖然取得了一定的成果,但其發(fā)病機制仍未闡明。ALI的治療主要是支持性治療,尚未找到特效治療措施,死亡率高達(dá)40%,亟需探索新的治療方法,因而成為醫(yī)學(xué)研究人員亟待突破的重大醫(yī)學(xué)難題之一。最新研究發(fā)現(xiàn),骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells, BM-MSCs)具有多向分化、免疫調(diào)節(jié)和旁分泌特性,不僅能夠歸巢至損傷組織、在受損組織中抑制免疫反應(yīng)及炎性反應(yīng),還具有向多種組織細(xì)胞分化的潛能,在創(chuàng)傷修復(fù)、組織功能再生與重建、免疫調(diào)節(jié)與治療等研究領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。多個動物實驗研究表明,BM-MSCs可通過抗炎、抗凋亡和免疫調(diào)節(jié)等作用,減輕內(nèi)毒素引起的急性肺損傷,改善肺功能,提高生存率,為急性肺損傷治療提供了新的方法與思路。 然而,作為MSCs經(jīng)典來源的骨髓組織隨著年齡增長存在干細(xì)胞含量和增殖能力降低、操作過程易造成感染等問題,尋找理想來源的間充質(zhì)干細(xì)胞十分必要。間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)在幾乎所有組織和器官中均可提取,其在免疫調(diào)節(jié)及低免疫源性方面的優(yōu)點與其來源無關(guān)。與BM-MSCs相比,臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells,UC-MSCs)具有獲取方便、易提取、細(xì)胞量大、增殖率高、更安全等優(yōu)點,目前尚無UC-MSCs治療內(nèi)毒素肺損傷的報道。本研究擬首先比較BM-MSCs和UC-MSCs的細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞表型、分化能力和免疫能力,并采用全基因組表達(dá)芯片比較二者的功能基因表達(dá)情況,然后通過注射內(nèi)毒素制備大鼠肺損傷模型,驗證人UC-MSCs輸注能否通過抑制炎癥反應(yīng)、抑制氧化應(yīng)激等減輕內(nèi)毒素致肺損傷,并提高生存率 方法： 1)間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)和鑒定：原代培養(yǎng)人BM-MSCs和UC-MSCs,并通過形態(tài)學(xué)觀察和流式細(xì)胞術(shù)鑒定這兩種細(xì)胞的一般特征；使用β-甘油磷酸鈉、TGF-p和胰島素等化學(xué)誘導(dǎo)方法誘導(dǎo)兩種MSCs向成骨、軟骨和脂肪細(xì)胞方向誘導(dǎo)分化,利用茜素紅S、油紅O和甲苯胺藍(lán)染色等方法鑒定其多向分化功能； 2)利用芯片分析MSCs的基因表達(dá)：分別提取BM-MSCs和UC-MSCs的RNA,通過人全基因組表達(dá)基因芯片對這兩種細(xì)胞的基因組表達(dá)和微小RNA表達(dá)情況進行比較分析,并對差異表達(dá)的基因進行GO功能聚類分析； 3)膿毒癥急性肺損傷模型的制作：選擇SD大鼠60只,隨機分為四組：對照組、LPS組、Fibroblast+LPS組和MSC+LPS組即治療組,每組15只,按照10mg/kg體重腹腔內(nèi)注射LPS,制造膿毒癥急性肺損傷模型,并進行常規(guī)病理切片、支氣管肺泡灌洗液、肺濕干比和血清炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6的ELISA分析。 4) UC-MSCs輸注治療肺損傷：LPS注射致肺損傷1小時后,MSC+LPS組尾靜脈注射含5×105臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的生理鹽水300μl,Fibroblast+LPS組注射含5×105人成纖維細(xì)胞(MRC-5細(xì)胞系)的生理鹽水300μl,其余兩組注射等量生理鹽水。并分別于輸注治療后6小時、24小時和48小時每組處死3到5只大鼠,收集血漿、肺組織,進行常規(guī)病理切片、支氣管肺泡灌洗液中性粒細(xì)胞計數(shù)及蛋白定量、肺濕干比和血清炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6的ELISA分析,并檢測肺組織氧化損傷指標(biāo)MDA含量,以及HO-1酶的活性和蛋白Western Blotting定量分析。 結(jié)果： 1)我們所培養(yǎng)的骨髓和臍帶MSC均可旺盛增殖,呈現(xiàn)典型的成纖維狀細(xì)胞形態(tài),表達(dá)CD29、CD44、CD73、CD90、CD105和CD166等典型的MSC細(xì)胞表面抗原,不表達(dá)CD31、CD34和CD45等造血和內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志,在誘導(dǎo)后可向造骨、軟骨和脂肪細(xì)胞分化,并表達(dá)其特異性標(biāo)志。 2)通過基因芯片和生物信息學(xué)分析,與UC-MSCs相比,BM-MSCs表達(dá)更多的免疫反應(yīng)相關(guān)基因,而UC-MSC更多的表達(dá)器官發(fā)育和生長等早期發(fā)育相關(guān)基因。KEGG信號通路分析同樣證明BM-MSCs高表達(dá)免疫相關(guān)信號通路。在UC-MSCs中的高表達(dá)的前3個miRNA分別是miR-519e*、miR-518a-5p和miR-520d-5p。而BM-MSCs則高表達(dá)miR-373*、miR-492、miR-498和miR-409-5p,這些miRNA的靶基因均主要與腫瘤發(fā)生有關(guān)。 3)腹腔注射LPS6小時后,肺組織病理表現(xiàn)為明顯的毛細(xì)血管擴張充血,中性粒細(xì)胞明顯增多,并于24小時達(dá)到高峰,同時出現(xiàn)肺泡間隔明顯增厚直至48小時仍不能有效緩解。腹腔注射LPS后24小時肺組織濕干比明顯升高,48小時逐漸恢復(fù)減輕。在中性粒細(xì)胞浸潤方面,LPS腹腔注射后支氣管肺泡灌洗液中中性粒細(xì)胞于24小時和48小時有明顯升高,而肺組織MPO活性也同時明顯升高。經(jīng)過LPS處理造模,LPS導(dǎo)致大鼠血漿中的促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6濃度明顯升高并于刺激6小時后達(dá)到高峰,于24小時和48小時逐漸下降。 4)臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療后肺組織表現(xiàn)出一定程度的肺損傷,但嚴(yán)重程度在三個時間點均較單純LPS損傷組明顯減輕。而人肺成纖維細(xì)胞治療不能改善LPS誘發(fā)的肺損傷病理改變。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療后,24小時肺濕干比明顯改善。支氣管肺泡灌洗液蛋白濃度是檢測肺毛細(xì)血管內(nèi)皮和肺泡上皮通透性的重要指標(biāo),LPS引起支氣管肺泡灌洗液蛋白濃度迅速升高,并于24小時達(dá)到高峰,MSC+LPS組在各時間點灌洗液蛋白濃度雖均有降低,但未達(dá)到統(tǒng)計學(xué)差異。在中性粒細(xì)胞浸潤和肺組織MPO活性方面：MSC+LPS組與LPS組相比兩者均明顯下降。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療明顯降低了LPS誘發(fā)的全身炎癥反應(yīng),血漿中的促炎因子濃度TNF-α、IL-1β、IL-6在治療后6小時即明顯下降,在此后的24和48小時均低于LPS損傷組。LPS同樣引起各時間段抗炎因子IL-10血漿濃度的明顯升高,臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療沒有影響IL-10血漿濃度的升高。 5)肺組織MDA水平是氧化損傷程度的標(biāo)志,LPS腹腔注射后各時間點MDA均明顯升高,而MSC+LPS組與LPS組相比MDA各時間點均明顯下降。我們還檢測了損傷24小時各組HO-1的蛋白表達(dá)及活性水平,結(jié)果顯示對照組HO-1有輕微表達(dá),而LPS注射后肺組織HO-1表達(dá)明顯增強,臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療后HO-1表達(dá)進一步增強。HO-1活性水平與此相似。 6)在生存率方面,臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療組48小時生存率明顯高于單純損傷組,分別為87%和60%,治療組大鼠生存率提高了20%,而人肺成纖維細(xì)胞對LPS誘導(dǎo)肺損傷生存率沒有改善作用。 結(jié)論： 1)骨髓和臍帶均可獲得MSC,符合國際上對MSC的界定標(biāo)準(zhǔn),但UC-MSCs的增殖能力明顯高于BM-MSCs,且同樣具有多向分化能力。BM-MSCs的免疫抑制能力雖然高于UC-MSCs,但不具有顯著性差異； 2)靜脈注射臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞明顯提高了內(nèi)毒素肺損傷模型大鼠的生存率。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞明顯降低了血中促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6水平,對IL-10無影響,減輕了內(nèi)毒素引起的全身炎癥反應(yīng)。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可通過減輕肺水腫、減少中性粒細(xì)胞肺部浸潤等明顯改善內(nèi)毒素肺損傷。促進抗炎與抑炎反應(yīng)平衡、減輕氧化應(yīng)激可能是臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療作用的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R563.8

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本文編號：2528661