引用本文： 那仁格日勒, 阿拉坦高勒, 安彩艷, 楊敬平. 干細胞治療急性呼吸窘迫綜合征及提高療效的相關研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2020, 19(5): 528-532. doi: 10.7507/1671-6205.201801006 復制
急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）是由多種病因引起的以進行性呼吸困難和頑固性低氧血癥為特征的急性呼吸衰竭[1]，以彌漫性損傷導致肺泡–毛細血管屏障障礙為特點，表現為含氣域內充滿了富含蛋白質的水腫液即肺水腫引起的嚴重肺換氣異常。ARDS 的早期死亡是由于低氧性呼吸衰竭進而發展為多器官功能衰竭，而 2 周后死亡通常歸因于由肺部過度纖維化和/或院內感染導致進行性肺功能障礙，病死率非常高。自 1967 年以病例報告形式定義 ARDS 以來，其流行病學、發病機制和病理生理學方面已取得了相當大的進步，并在改善 ARDS 的支持治療方面也取得了很大進展。然而，到目前為止尚未確定 ARDS 的有效藥理療法，主要原因是肺損傷的病理機制復雜。ARDS 初始階段（稱為滲出性階段）出現毛細血管內皮細胞和肺泡上皮細胞損傷，導致肺泡–毛細血管屏障通透性增加，肺間質和肺泡內富含蛋白質的漏出液形成蛋白質透明膜。其次，與膿毒癥的相似，炎癥反應是 ARDS 發病的主要驅動因素。大量中性粒細胞流入肺毛細血管，形成多形核中性粒細胞 (polymorphic neutrophils, PMNs)，釋放多種有害分子導致肺損傷。巨噬細胞依賴趨化因子遷移至損傷部位，釋放炎性細胞因子和凋亡誘導分子擴大肺損傷[2- 3]。
干細胞（stem cell）是在多細胞生物中發現的一類細胞。自我更新和多潛能是干細胞兩大特點。根據干細胞所處的發育階段分為胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）和成體干細胞（somatic stem cell）兩大類。ESC 在胚泡的內細胞團中存在，成體干細胞在不同的組織中廣泛存在。根據干細胞的發育潛能分為三類：全能干細胞（totipotent stem cell，TSC）、多能干細胞（pluripotent stem cell）和單能干細胞（unipotent stem cell）[4]。在胚胎發育過程中，干細胞可以分化成所有特殊化的細胞，包括外胚層、內胚層、中胚層。因其既能無限擴增又具有全能性，理論上 ESC 是一種損傷或疾病后再生醫學和組織工程學的潛在來源，但由于倫理學限制了人 ESC 的研究[5]。在成熟生物體中成體干細胞和祖細胞（單能干細胞）也具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，并維持再生器官如血液、皮膚、腸道組織的正常周轉，被醫學界稱為“萬用細胞”[6]。因其生產不需要破壞胚胎，成體干細胞的研究和治療不存在爭議。更重要的是，成體干細胞可以從受體身上獲得（自體移植），基本不存在免疫排斥的風險。目前正在研究開發各種來源的干細胞，包括骨髓、脂肪組織、血液、臍帶及臍帶血等，已成為 ARDS 潛在的新治療法[7]。
1 干細胞治療 ARDS 的機制研究
臨床實踐中保護性機械通氣和限制性液體流的策略是唯一能夠改善 ARDS 病情的支持性治療，但因引起肺組織不可逆的機械損傷，效果仍不佳[8- 9]。根據 ARDS 的病理生理學改變，治療的關鍵是實現結構重構和功能修復以恢復正常的氣體交換。目前，實現肺損傷修復和再生的潛在措施是通過肺內或肺外途徑激活自身修復潛力，即利用內源或外源性細胞治療從細胞水平和分子水平調節，提高肺組織損傷修復能力，改善肺微環境，促進呼吸功能重建[8, 10- 11]。最初的細胞治療研究認為，潛在的干/祖細胞通過分化成受損組織的細胞，如內皮細胞或肺泡上皮細胞，從而修復肺組織損傷；隨后發現，除了分化成受損組織細胞外，細胞治療中干/祖細胞更重要的功能是通過自分泌或旁分泌多種細胞因子，如生長因子、抗炎細胞因子和抗菌肽，穩定肺泡毛細血管屏障，提高肺泡液體清除功能，減少感染等[12]。一項對 23 例臨床細胞治療呼吸道疾病的 meta 分析研究表明，細胞療法不影響或不會急劇惡化患者個體生活質量、心肺功能、免疫系統和氣體交換功能，具有安全性和耐受性，是一種很有潛力的從根本上治療肺損傷的方法[13]。
研究表明，干細胞主要通過以下幾種機制介導損傷修復[7, 14- 15]：① 歸巢至受損組織并招募組織生長所需的其他細胞，如內皮祖細胞；② 通過旁分泌和微粒的釋放，特別是微泡和外泌體，細胞之間傳遞遺傳物質、細胞器（如線粒體）和生物活性分子；③ 抑制促炎因子，調控免疫反應；④ 抑制細胞凋亡；⑤ 提高抗菌作用；⑥ 干細胞分泌趨化因子，改變免疫應答，促進受體免疫系統接受新組織，這有利于避免同種異體治療中的高排斥風險。
2 干細胞治療 ARDS 動物實驗研究進展
2.1 骨髓和外周血的干細胞/祖細胞移植
骨髓是最大的干細胞存儲庫，構成肺部外來干細胞/祖細胞的主要來源，包括骨髓間充質細胞（bone marrow mesenchymal stem cell, BMSC），內皮祖細胞（endothelial progenitor cells, EPC）和造血干/祖細胞（hematopoietic stem/progenitor cell, HSPCs）[16]。LPS 誘導的 ARDS 嚙齒動物靜脈或氣管注入 BMSC，可減少肺病理表面積和高氧性肺損傷，逆轉呼吸功能[17-18]。BMSC 分泌的外泌體也改善了 LPS 誘導的 ARDS 炎癥和肺部病理損傷[19]。研究顯示，外周血輸入骨髓和外周血 EPC 可歸巢至肺損傷組織，減輕炎性損傷，促進內皮修復和恢復免疫功能的失調[20- 21]。組織中 EPC 數量與動物生存率正相關；吸入 NO 可增加外周血中 EPC 數量，并修復小豬受損肺組織；在預后不良的急性肺損傷（acute lung injury，ALI）小豬外周血中 EPC 數量沒有提高的現象[22]。在 ALI 小鼠中人 EPC 通過外泌體輸送 miRNA-126 到受傷的肺泡中，從而減輕 LPS 誘導的肺損傷[23]。HSPCs 在 ALI 中的研究有限；手術導致的 ARDS 小鼠中輸注外周血來源的 HSPCs 有助于肺部損傷的修復[24]。
2.2 脂肪干細胞移植
肺損傷中脂肪干細胞（adipose-derived stem cells, ADSCs）修復和再生的能力已被廣泛研究。ADSCs 在人體脂肪組織中廣泛分布，具有儲備數量大的特點。相比 BMSC，成人骨髓提取的總量是 40 mL，但通過常規脂肪抽吸技術獲得 ADSCs 很容易達到 500 mL[6]。此外，ADSCs 較骨髓異體移植更易于被受體接受且未發現有潛在的血液污染和免疫排斥的風險[25]。ADSCs 的采用率上升速度是 BMSC 的 100～500 倍。ADSCs 可以在有限的時間內大量獲得，并且無需體外擴增。ADSCs 可以分泌血管內皮生長因子，粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF），肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor, HGF）和基質衍生因子-1（stromal-derived factor-1, SDF-1）促進血管生成。同時，ADSCs 通過旁分泌途徑釋放膠原蛋白Ⅰ、Ⅲ以及層粘連蛋白等，在 ARDS 肺結構修復和功能重建過程中起到了重要的作用[26- 27]。
2.3 胎盤衍生干細胞/祖細胞移植
胎盤來源的干細胞/祖細胞來自胎盤、臍帶、羊水及其內容物。其中，胎盤結構復雜，由羊膜、絨毛膜和底蛻膜組成。羊膜和絨毛膜來自胎兒，而基底蛻膜則來自前體。胎兒發育期胎盤是干細胞和祖細胞的類儲層。一旦胎兒分離完成后,胎盤很容易獲得且沒有倫理爭論。目前，胎盤來源的干細胞/祖細胞包括胎膜 MSC、臍帶 MSC、臍帶血液 MSC、羊水干細胞和羊膜上皮細胞等被用于肺損傷修復[6]。因此，胎盤來源的干細胞/祖細胞可作為有效治療 ALI 候選。
2.4 參與肺損傷修復的其他干細胞/祖細胞
人類胚胎衍生的干細胞/祖細胞可以通過與一類特殊的 CD11b+ 細胞群相互作用改善膿毒癥誘導的肺部炎癥損傷[28]。然而，由于倫理學問題，胚胎干細胞不被推薦為肺部受傷修復和再生的理想種子細胞。2001 年首次從皮膚成纖維細胞轉基因獲得了誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs），類似于細胞去分化的過程。2007 年發現 iPSCs 具有胚胎干細胞類似的全能性的特征。目前已證實 ADSCs 比成纖維細胞更容易轉變為 iPSCs[27]。iPSCs 可以從 ARDS 患者身上獲得，并在體外分化為肺泡上皮細胞[29]，體內通過抑制 Src，NF-κB，PI3K/Akt 通路以及 IP-10 依賴調節旁分泌的通路起治療作用。此外，成年哺乳動物的組織和器官中有一些內源性干細胞/祖細胞定居在被稱作壁龕的微環境中；干細胞壁龕為組織和器官的修復和體內平衡提供細胞，雖然它們缺乏具體的標記，體外分離培養困難，分類也存在爭議，但在維持肺結構穩定性和功能修復中被廣泛認可。
3 細胞治療 ARDS 中提高干細胞修復作用的相關研究
干細胞治療中移植率和存活率低是向臨床應用轉化的障礙。在 ARDS 的實驗模型中，已開發出幾種策略來改善干細胞的移植率和存活率。一種是利用小分子活性物質預處理策略，提高干細胞治療的效果。如利用富含血小板的血漿、轉化生長因子-β1 等活性物質協同干細胞移植，促進了受損區域血液供應，使組織再生增強[17, 30-31]。在活體皮下注射 OP9 間充質細胞和 HSPCs 的膠原包裹的羧甲基纖維素微支架的 3D 造血生態模型后，發現免疫缺陷小鼠的基質和造血群體維持了 12 周以上[32]；另一種是利用有益基因修飾干細胞的策略，在 ARDS 模型中增強了干細胞的遷移，存活和治療潛力，如過表達血管生成素 1 或血管緊張素轉換酶 2（angiotensin‐converting enzyme 2，ACE2），也可避免干細胞輸送途徑對細胞療效的影響。血管內皮中 ACE2 在抑制血管緊張素Ⅱ的促炎癥反應和促凋亡的過程中起著重要作用。在體外 LPS 誘導的肺損傷實驗中，過表達 ACE2 提高了 MSCs 遷移至肺組織能力，并減輕炎癥和內皮損傷，降低肺水腫和纖維化[33-35]。肺內類 IL-1 受體 1 具有免疫調節作用，LPS 誘導的 ALI 小鼠模型中，人過表達類 IL-1 受體 1 的 MSCs 較天然的 MSCs 更大程度地減少炎癥及支氣管肺泡灌洗液中蛋白質和嗜中性粒細胞數量[36]。
4 干細胞治療 ARDS 的臨床試驗進展
MSCs 具有易于獲得及低免疫原性等特點而廣泛在臨床干細胞治療中被使用[7, 15]。其中，BMSCs 中主要組織相容性復合體（MHC）Ⅰ、Ⅱ和 T 細胞內共刺激分子低表達，同種異體移植時很容易被受體接受。2008 年，Chang 等[37]對 ARDS 患者氣管內注入臍帶血 MSC 后氧合指數（P/F 比值）從手術前的 191 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）在手術后的第三天增加到 334 mm Hg，胸部 X 光檢查顯示雙側肺浸潤略有減少，這是第一例臍帶血分離的 MSCs 治療的臨床病例。2012 年開始實施的 RUMCESS（NCT01849237）研究為前瞻性、單中心、開放標簽的隨機研究，以評估 MSCs 移植對膿毒性休克和嚴重中性粒細胞減少癥患者的影響。主要檢測指標是 28 天死亡率、SOFA 評分。該試驗中 13 例患者接受了常規治療，14 例患者在常規治療同時，10 小時內 4 次注入單一劑量的 1×106個 MSCs，發現 MSC 治療組 28 天存活率顯著提高（MSC 組為 57%，安慰劑組為 15%），這與 SOFA 評分下降有關[38]。這項研究沒有炎癥標記分析，使用的 MSCs 類型也不明確，很難從這項研究中得出進一步的結論。
2013 年 Zheng 等[25]完成了 MSCs 移植對 ARDS 患者安全性的臨床試驗（NCT01902082），該研究為單中心、雙盲、安慰劑對照研究，觀察 MSCs 移植組及生理鹽水對照組在住院及 ICU 的天數、停止通氣治療及血清中生物標志物（SP-D、IL- 6、IL- 8）表達等，發現兩組沒有顯著差異。該研究為第一個使用脂肪來源的 MSCs 治療 ARDS 的臨床試驗。同時，Simonson 等[39]報道了 2 例重度 ARDS 患者接受靜脈移植同種異體 BMSCs 2×106細胞/kg 的臨床觀察結果。2 例患者在呼吸、血液動力學和多器官功能衰竭的緩解方面均表現出改善，這與上皮細胞凋亡分子標記和肺泡毛細血管漏液減少，血漿和支氣管肺泡灌洗液中促炎因子、miRNAs、趨化因子均下降相關。
2014 年 Wilson 等[40]開始一項多中心、開放標簽、劑量遞增的研究，主要對中、重度 ARDS 患者進行異體 BMSC 移植的安全性評估。Ⅰ期研究（NCT01775774）試驗顯示，3 組患者（共 9 例）分別輸入 1×106、5×106或 10×106細胞/kg，所有 BMSC 劑量水平的耐受性良好，但組間 ARDS 標記（IL-6, IL-8, ANGPT2 和 AGER）無顯著差異。2014 年 3 月 24 至 2017 年 2 月 9 日進行的Ⅱ期研究（NCT02097641）從 1038 例患者中篩選了 60 例符合條件并接受治療的中、重度 ARDS 患者，隨機分配以接受 10×106 細胞/kg MSC 或安慰劑（2∶1），通過一項前瞻性、雙盲、多中心、隨機試驗評估一次靜脈注射 MSCs 的安全性和治療效果。所有患者均未觀察到與 MSC 相關的血液動力學和呼吸道不良反應，兩組之間的 28 天死亡率沒有差異（MSC 組為 30%，安慰劑組為 15%，優勢比 2.4，95%CI 0.5～15.1），MSCs 組存活力范圍為 36%至 85%，表明一劑靜脈內 MSCs 對中度至重度 ARDS 患者是安全的。接受 MSC 治療的患者氧合指數有所改善，血漿中血管生成素-2 的水平降低，表明 MSC 移植減輕了內皮損傷[41]。
此外，在中國隨訪五年后，經血來源的 MSCs 的移植可以降低 H7N9 病毒誘導的 ARDS 患者的死亡率，而無不良影響[42]。目前，中國臨床試驗注冊中心（http://www.chictr.org.cn/）已注冊了約 10 個臨床試驗，以研究骨髓或臍帶間充質干細胞移植治療新型冠狀病毒肺炎的安全性和有效性。這些研究表明，間充質干細胞可以抑制新型冠狀病毒肺炎的炎癥反應并改善免疫系統，降低 ARDS 死亡率[43-45]。
以上臨床研究試驗表明在中、重度的 ARDS 患者中注入同種異體脂肪或骨髓來源 MSCs 是安全的，并可減少外周血中肺泡上皮損傷的標記。
5 干細胞治療 ARDS 存在的問題及展望
盡管干細胞在疾病治療中顯示了很大的應用前景，且 MSCs 早期臨床試驗結果也令人振奮，但是干細胞治療 ARDS 的過程中仍存在幾個挑戰阻礙著動物研究轉化到臨床。首先，實驗動物和人體重差異較大，人體所需干細胞數量（按體重計算）極大，目前正在進行臨床試驗中患者的劑量高達 10 億 MSCs，臨床級 MSCs 劑量輸送到人體時需體外大量擴增。而且干細胞在體外培養過程中存在容易分化，周期長等問題，這導致干細胞移植既費時又昂貴；其次，不同捐助者的細胞活力、潛能及免疫源性等方面仍然存在較大的差異，這影響細胞治療效果及安全。研究發現，物種、年齡和輸送路線都影響干/祖細胞的療效[5]。在 ALI 治療中同種干細胞/祖細胞優于異種移植，同樣，與異體移植相比，自體移植是優先選擇。老化的干細胞/祖細胞顯示出低細胞活性和抗炎能力，年輕干/祖細胞是優先的選擇。
內源性干細胞/祖細胞是維持肺結構穩定性和功能修復的關鍵，不幸的是，ARDS 期間許多內源性修復機制被特異性抑制。細胞治療具有調節 ARDS 中多重失調的細胞和分子活動（包括免疫調節和再生）的優勢，動物實驗研究凸顯了他們的治療潛能和作用機制，但仍需要更多的試驗研究如何提高外源干細胞移植率和存活率。因此，找到新的、能提高干細胞活力并促進體外擴增，同時不引起干細胞分化的活性小分子或藥物是非常重要，這有利于提高內、外源性干/祖細胞活性，從而進一步改善細胞治療的效果。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）是由多種病因引起的以進行性呼吸困難和頑固性低氧血癥為特征的急性呼吸衰竭[1]，以彌漫性損傷導致肺泡–毛細血管屏障障礙為特點，表現為含氣域內充滿了富含蛋白質的水腫液即肺水腫引起的嚴重肺換氣異常。ARDS 的早期死亡是由于低氧性呼吸衰竭進而發展為多器官功能衰竭，而 2 周后死亡通常歸因于由肺部過度纖維化和/或院內感染導致進行性肺功能障礙，病死率非常高。自 1967 年以病例報告形式定義 ARDS 以來，其流行病學、發病機制和病理生理學方面已取得了相當大的進步，并在改善 ARDS 的支持治療方面也取得了很大進展。然而，到目前為止尚未確定 ARDS 的有效藥理療法，主要原因是肺損傷的病理機制復雜。ARDS 初始階段（稱為滲出性階段）出現毛細血管內皮細胞和肺泡上皮細胞損傷，導致肺泡–毛細血管屏障通透性增加，肺間質和肺泡內富含蛋白質的漏出液形成蛋白質透明膜。其次，與膿毒癥的相似，炎癥反應是 ARDS 發病的主要驅動因素。大量中性粒細胞流入肺毛細血管，形成多形核中性粒細胞 (polymorphic neutrophils, PMNs)，釋放多種有害分子導致肺損傷。巨噬細胞依賴趨化因子遷移至損傷部位，釋放炎性細胞因子和凋亡誘導分子擴大肺損傷[2- 3]。
干細胞（stem cell）是在多細胞生物中發現的一類細胞。自我更新和多潛能是干細胞兩大特點。根據干細胞所處的發育階段分為胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）和成體干細胞（somatic stem cell）兩大類。ESC 在胚泡的內細胞團中存在，成體干細胞在不同的組織中廣泛存在。根據干細胞的發育潛能分為三類：全能干細胞（totipotent stem cell，TSC）、多能干細胞（pluripotent stem cell）和單能干細胞（unipotent stem cell）[4]。在胚胎發育過程中，干細胞可以分化成所有特殊化的細胞，包括外胚層、內胚層、中胚層。因其既能無限擴增又具有全能性，理論上 ESC 是一種損傷或疾病后再生醫學和組織工程學的潛在來源，但由于倫理學限制了人 ESC 的研究[5]。在成熟生物體中成體干細胞和祖細胞（單能干細胞）也具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，并維持再生器官如血液、皮膚、腸道組織的正常周轉，被醫學界稱為“萬用細胞”[6]。因其生產不需要破壞胚胎，成體干細胞的研究和治療不存在爭議。更重要的是，成體干細胞可以從受體身上獲得（自體移植），基本不存在免疫排斥的風險。目前正在研究開發各種來源的干細胞，包括骨髓、脂肪組織、血液、臍帶及臍帶血等，已成為 ARDS 潛在的新治療法[7]。
1 干細胞治療 ARDS 的機制研究
臨床實踐中保護性機械通氣和限制性液體流的策略是唯一能夠改善 ARDS 病情的支持性治療，但因引起肺組織不可逆的機械損傷，效果仍不佳[8- 9]。根據 ARDS 的病理生理學改變，治療的關鍵是實現結構重構和功能修復以恢復正常的氣體交換。目前，實現肺損傷修復和再生的潛在措施是通過肺內或肺外途徑激活自身修復潛力，即利用內源或外源性細胞治療從細胞水平和分子水平調節，提高肺組織損傷修復能力，改善肺微環境，促進呼吸功能重建[8, 10- 11]。最初的細胞治療研究認為，潛在的干/祖細胞通過分化成受損組織的細胞，如內皮細胞或肺泡上皮細胞，從而修復肺組織損傷；隨后發現，除了分化成受損組織細胞外，細胞治療中干/祖細胞更重要的功能是通過自分泌或旁分泌多種細胞因子，如生長因子、抗炎細胞因子和抗菌肽，穩定肺泡毛細血管屏障，提高肺泡液體清除功能，減少感染等[12]。一項對 23 例臨床細胞治療呼吸道疾病的 meta 分析研究表明，細胞療法不影響或不會急劇惡化患者個體生活質量、心肺功能、免疫系統和氣體交換功能，具有安全性和耐受性，是一種很有潛力的從根本上治療肺損傷的方法[13]。
研究表明，干細胞主要通過以下幾種機制介導損傷修復[7, 14- 15]：① 歸巢至受損組織并招募組織生長所需的其他細胞，如內皮祖細胞；② 通過旁分泌和微粒的釋放，特別是微泡和外泌體，細胞之間傳遞遺傳物質、細胞器（如線粒體）和生物活性分子；③ 抑制促炎因子，調控免疫反應；④ 抑制細胞凋亡；⑤ 提高抗菌作用；⑥ 干細胞分泌趨化因子，改變免疫應答，促進受體免疫系統接受新組織，這有利于避免同種異體治療中的高排斥風險。
2 干細胞治療 ARDS 動物實驗研究進展
2.1 骨髓和外周血的干細胞/祖細胞移植
骨髓是最大的干細胞存儲庫，構成肺部外來干細胞/祖細胞的主要來源，包括骨髓間充質細胞（bone marrow mesenchymal stem cell, BMSC），內皮祖細胞（endothelial progenitor cells, EPC）和造血干/祖細胞（hematopoietic stem/progenitor cell, HSPCs）[16]。LPS 誘導的 ARDS 嚙齒動物靜脈或氣管注入 BMSC，可減少肺病理表面積和高氧性肺損傷，逆轉呼吸功能[17-18]。BMSC 分泌的外泌體也改善了 LPS 誘導的 ARDS 炎癥和肺部病理損傷[19]。研究顯示，外周血輸入骨髓和外周血 EPC 可歸巢至肺損傷組織，減輕炎性損傷，促進內皮修復和恢復免疫功能的失調[20- 21]。組織中 EPC 數量與動物生存率正相關；吸入 NO 可增加外周血中 EPC 數量，并修復小豬受損肺組織；在預后不良的急性肺損傷（acute lung injury，ALI）小豬外周血中 EPC 數量沒有提高的現象[22]。在 ALI 小鼠中人 EPC 通過外泌體輸送 miRNA-126 到受傷的肺泡中，從而減輕 LPS 誘導的肺損傷[23]。HSPCs 在 ALI 中的研究有限；手術導致的 ARDS 小鼠中輸注外周血來源的 HSPCs 有助于肺部損傷的修復[24]。
2.2 脂肪干細胞移植
肺損傷中脂肪干細胞（adipose-derived stem cells, ADSCs）修復和再生的能力已被廣泛研究。ADSCs 在人體脂肪組織中廣泛分布，具有儲備數量大的特點。相比 BMSC，成人骨髓提取的總量是 40 mL，但通過常規脂肪抽吸技術獲得 ADSCs 很容易達到 500 mL[6]。此外，ADSCs 較骨髓異體移植更易于被受體接受且未發現有潛在的血液污染和免疫排斥的風險[25]。ADSCs 的采用率上升速度是 BMSC 的 100～500 倍。ADSCs 可以在有限的時間內大量獲得，并且無需體外擴增。ADSCs 可以分泌血管內皮生長因子，粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF），肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor, HGF）和基質衍生因子-1（stromal-derived factor-1, SDF-1）促進血管生成。同時，ADSCs 通過旁分泌途徑釋放膠原蛋白Ⅰ、Ⅲ以及層粘連蛋白等，在 ARDS 肺結構修復和功能重建過程中起到了重要的作用[26- 27]。
2.3 胎盤衍生干細胞/祖細胞移植
胎盤來源的干細胞/祖細胞來自胎盤、臍帶、羊水及其內容物。其中，胎盤結構復雜，由羊膜、絨毛膜和底蛻膜組成。羊膜和絨毛膜來自胎兒，而基底蛻膜則來自前體。胎兒發育期胎盤是干細胞和祖細胞的類儲層。一旦胎兒分離完成后,胎盤很容易獲得且沒有倫理爭論。目前，胎盤來源的干細胞/祖細胞包括胎膜 MSC、臍帶 MSC、臍帶血液 MSC、羊水干細胞和羊膜上皮細胞等被用于肺損傷修復[6]。因此，胎盤來源的干細胞/祖細胞可作為有效治療 ALI 候選。
2.4 參與肺損傷修復的其他干細胞/祖細胞
人類胚胎衍生的干細胞/祖細胞可以通過與一類特殊的 CD11b+ 細胞群相互作用改善膿毒癥誘導的肺部炎癥損傷[28]。然而，由于倫理學問題，胚胎干細胞不被推薦為肺部受傷修復和再生的理想種子細胞。2001 年首次從皮膚成纖維細胞轉基因獲得了誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs），類似于細胞去分化的過程。2007 年發現 iPSCs 具有胚胎干細胞類似的全能性的特征。目前已證實 ADSCs 比成纖維細胞更容易轉變為 iPSCs[27]。iPSCs 可以從 ARDS 患者身上獲得，并在體外分化為肺泡上皮細胞[29]，體內通過抑制 Src，NF-κB，PI3K/Akt 通路以及 IP-10 依賴調節旁分泌的通路起治療作用。此外，成年哺乳動物的組織和器官中有一些內源性干細胞/祖細胞定居在被稱作壁龕的微環境中；干細胞壁龕為組織和器官的修復和體內平衡提供細胞，雖然它們缺乏具體的標記，體外分離培養困難，分類也存在爭議，但在維持肺結構穩定性和功能修復中被廣泛認可。
3 細胞治療 ARDS 中提高干細胞修復作用的相關研究
干細胞治療中移植率和存活率低是向臨床應用轉化的障礙。在 ARDS 的實驗模型中，已開發出幾種策略來改善干細胞的移植率和存活率。一種是利用小分子活性物質預處理策略，提高干細胞治療的效果。如利用富含血小板的血漿、轉化生長因子-β1 等活性物質協同干細胞移植，促進了受損區域血液供應，使組織再生增強[17, 30-31]。在活體皮下注射 OP9 間充質細胞和 HSPCs 的膠原包裹的羧甲基纖維素微支架的 3D 造血生態模型后，發現免疫缺陷小鼠的基質和造血群體維持了 12 周以上[32]；另一種是利用有益基因修飾干細胞的策略，在 ARDS 模型中增強了干細胞的遷移，存活和治療潛力，如過表達血管生成素 1 或血管緊張素轉換酶 2（angiotensin‐converting enzyme 2，ACE2），也可避免干細胞輸送途徑對細胞療效的影響。血管內皮中 ACE2 在抑制血管緊張素Ⅱ的促炎癥反應和促凋亡的過程中起著重要作用。在體外 LPS 誘導的肺損傷實驗中，過表達 ACE2 提高了 MSCs 遷移至肺組織能力，并減輕炎癥和內皮損傷，降低肺水腫和纖維化[33-35]。肺內類 IL-1 受體 1 具有免疫調節作用，LPS 誘導的 ALI 小鼠模型中，人過表達類 IL-1 受體 1 的 MSCs 較天然的 MSCs 更大程度地減少炎癥及支氣管肺泡灌洗液中蛋白質和嗜中性粒細胞數量[36]。
4 干細胞治療 ARDS 的臨床試驗進展
MSCs 具有易于獲得及低免疫原性等特點而廣泛在臨床干細胞治療中被使用[7, 15]。其中，BMSCs 中主要組織相容性復合體（MHC）Ⅰ、Ⅱ和 T 細胞內共刺激分子低表達，同種異體移植時很容易被受體接受。2008 年，Chang 等[37]對 ARDS 患者氣管內注入臍帶血 MSC 后氧合指數（P/F 比值）從手術前的 191 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）在手術后的第三天增加到 334 mm Hg，胸部 X 光檢查顯示雙側肺浸潤略有減少，這是第一例臍帶血分離的 MSCs 治療的臨床病例。2012 年開始實施的 RUMCESS（NCT01849237）研究為前瞻性、單中心、開放標簽的隨機研究，以評估 MSCs 移植對膿毒性休克和嚴重中性粒細胞減少癥患者的影響。主要檢測指標是 28 天死亡率、SOFA 評分。該試驗中 13 例患者接受了常規治療，14 例患者在常規治療同時，10 小時內 4 次注入單一劑量的 1×106個 MSCs，發現 MSC 治療組 28 天存活率顯著提高（MSC 組為 57%，安慰劑組為 15%），這與 SOFA 評分下降有關[38]。這項研究沒有炎癥標記分析，使用的 MSCs 類型也不明確，很難從這項研究中得出進一步的結論。
2013 年 Zheng 等[25]完成了 MSCs 移植對 ARDS 患者安全性的臨床試驗（NCT01902082），該研究為單中心、雙盲、安慰劑對照研究，觀察 MSCs 移植組及生理鹽水對照組在住院及 ICU 的天數、停止通氣治療及血清中生物標志物（SP-D、IL- 6、IL- 8）表達等，發現兩組沒有顯著差異。該研究為第一個使用脂肪來源的 MSCs 治療 ARDS 的臨床試驗。同時，Simonson 等[39]報道了 2 例重度 ARDS 患者接受靜脈移植同種異體 BMSCs 2×106細胞/kg 的臨床觀察結果。2 例患者在呼吸、血液動力學和多器官功能衰竭的緩解方面均表現出改善，這與上皮細胞凋亡分子標記和肺泡毛細血管漏液減少，血漿和支氣管肺泡灌洗液中促炎因子、miRNAs、趨化因子均下降相關。
2014 年 Wilson 等[40]開始一項多中心、開放標簽、劑量遞增的研究，主要對中、重度 ARDS 患者進行異體 BMSC 移植的安全性評估。Ⅰ期研究（NCT01775774）試驗顯示，3 組患者（共 9 例）分別輸入 1×106、5×106或 10×106細胞/kg，所有 BMSC 劑量水平的耐受性良好，但組間 ARDS 標記（IL-6, IL-8, ANGPT2 和 AGER）無顯著差異。2014 年 3 月 24 至 2017 年 2 月 9 日進行的Ⅱ期研究（NCT02097641）從 1038 例患者中篩選了 60 例符合條件并接受治療的中、重度 ARDS 患者，隨機分配以接受 10×106 細胞/kg MSC 或安慰劑（2∶1），通過一項前瞻性、雙盲、多中心、隨機試驗評估一次靜脈注射 MSCs 的安全性和治療效果。所有患者均未觀察到與 MSC 相關的血液動力學和呼吸道不良反應，兩組之間的 28 天死亡率沒有差異（MSC 組為 30%，安慰劑組為 15%，優勢比 2.4，95%CI 0.5～15.1），MSCs 組存活力范圍為 36%至 85%，表明一劑靜脈內 MSCs 對中度至重度 ARDS 患者是安全的。接受 MSC 治療的患者氧合指數有所改善，血漿中血管生成素-2 的水平降低，表明 MSC 移植減輕了內皮損傷[41]。
此外，在中國隨訪五年后，經血來源的 MSCs 的移植可以降低 H7N9 病毒誘導的 ARDS 患者的死亡率，而無不良影響[42]。目前，中國臨床試驗注冊中心（http://www.chictr.org.cn/）已注冊了約 10 個臨床試驗，以研究骨髓或臍帶間充質干細胞移植治療新型冠狀病毒肺炎的安全性和有效性。這些研究表明，間充質干細胞可以抑制新型冠狀病毒肺炎的炎癥反應并改善免疫系統，降低 ARDS 死亡率[43-45]。
以上臨床研究試驗表明在中、重度的 ARDS 患者中注入同種異體脂肪或骨髓來源 MSCs 是安全的，并可減少外周血中肺泡上皮損傷的標記。
5 干細胞治療 ARDS 存在的問題及展望
盡管干細胞在疾病治療中顯示了很大的應用前景，且 MSCs 早期臨床試驗結果也令人振奮，但是干細胞治療 ARDS 的過程中仍存在幾個挑戰阻礙著動物研究轉化到臨床。首先，實驗動物和人體重差異較大，人體所需干細胞數量（按體重計算）極大，目前正在進行臨床試驗中患者的劑量高達 10 億 MSCs，臨床級 MSCs 劑量輸送到人體時需體外大量擴增。而且干細胞在體外培養過程中存在容易分化，周期長等問題，這導致干細胞移植既費時又昂貴；其次，不同捐助者的細胞活力、潛能及免疫源性等方面仍然存在較大的差異，這影響細胞治療效果及安全。研究發現，物種、年齡和輸送路線都影響干/祖細胞的療效[5]。在 ALI 治療中同種干細胞/祖細胞優于異種移植，同樣，與異體移植相比，自體移植是優先選擇。老化的干細胞/祖細胞顯示出低細胞活性和抗炎能力，年輕干/祖細胞是優先的選擇。
內源性干細胞/祖細胞是維持肺結構穩定性和功能修復的關鍵，不幸的是，ARDS 期間許多內源性修復機制被特異性抑制。細胞治療具有調節 ARDS 中多重失調的細胞和分子活動（包括免疫調節和再生）的優勢，動物實驗研究凸顯了他們的治療潛能和作用機制，但仍需要更多的試驗研究如何提高外源干細胞移植率和存活率。因此，找到新的、能提高干細胞活力并促進體外擴增，同時不引起干細胞分化的活性小分子或藥物是非常重要，這有利于提高內、外源性干/祖細胞活性，從而進一步改善細胞治療的效果。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。