引用本文： 宋慶, 林鈴, 李雪杉, 成瑋, 劉聰, 周愛媛, 陳平. 慢性阻塞性肺疾病與干細胞的研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2022, 21(10): 745-750. doi: 10.7507/1671-6205.202202044 復制
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是以氣道、肺組織和血管的慢性炎癥為特征的疾病[1]，研究數據顯示，慢阻肺的發病率、致殘率及死亡率較高，且呈逐年上升的趨勢，已成為一個嚴重的全球性公共衛生問題，是全球人口死亡的主要危險因素之一[2-3]。吸煙是慢阻肺發生發展的主要病因，卷煙煙霧可通過誘導炎癥、細胞凋亡及氧化應激等，導致細胞損傷和死亡，進而引起肺組織結構破壞、功能受損[4]。
干細胞是具有高增殖分化潛能的原始細胞，可分化為內皮細胞等，參與組織損傷的修復[5]。干細胞分為成體干細胞和胚胎干細胞，其中成體干細胞包括內皮祖細胞、肺上皮干細胞和間充質干細胞等，可以修復破損的細胞及組織，進而發揮重要治療的作用[6]。
幾乎所有的成人組織中均含有干細胞，包括肺組織，肺是一個復雜的器官，由多種不同分化類型的細胞構成，不同的干細胞群定位于成人肺組織不同的解剖區域[7]。由于慢性阻塞性肺病的特點是肺組織損害和氣道結構破壞，使用干細胞治療以促進肺組織再生和重塑氣道，維持肺組織結構和功能穩定，從而恢復慢性阻塞性肺病患者的肺功能是一種比較有前景的治療方法。因此，本文總結了慢性阻塞性肺疾病與干細胞的研究進展，為干細胞治療慢阻肺提供相關的理論依據。
1 慢阻肺與內皮祖細胞
內皮祖細胞是一類具有高增殖潛能的成體干細胞，可分化為成熟的內皮細胞，參與內皮損傷的修復[8]。研究表明，慢阻肺的發生發展與肺血管內皮細胞凋亡及死亡有關[9]，而內皮祖細胞可增加內皮細胞的數量，逆轉慢阻肺血管損傷從而改善肺組織的變化。
此外，慢阻肺患者循環內皮祖細胞數量明顯減少，粘附功能下降，增殖能力明顯減弱，且與疾病的嚴重程度顯著相關[10]。有研究表明，p300/sp1介導的p16高表達可以促進內皮祖細胞衰老進而導致慢阻肺的發生[11]。卷煙煙霧提取物（cigarette smoke extract，CSE）可導致內皮祖細胞的增殖和分泌功能減弱，內皮祖細胞衰老標志物p16Ink4a表達增加，內皮型一氧化氮合酶及干細胞抗原-1（stem cell antigen-1，Sca-1）表達降低；然而，5-氮-2’-脫氧胞苷（DNA甲基化抑制劑）在一定程度上可以逆轉CSE誘導的內皮祖細胞功能障礙及上述分子水平改變[12-14]。在另一項研究中發現，半乳糖凝集素-3抑制劑可緩解CSE誘導的內皮祖細胞自噬和功能障礙，這些作用可能受5’-磷酸腺苷活化蛋白激酶信號通路的調控[15]，體內研究也證實，5-氮-2’-脫氧胞苷可以通過抑制內皮祖細胞和肺組織中p16Ink4a的表達來減輕小鼠肺氣腫程度[16]。地西他濱作為DNA甲基化抑制劑，可以部分保護CSE誘導的小鼠肺氣腫，增強肺組織中Sca-1的表達，并促進骨髓源性內皮祖細胞的增殖[17]。
內皮祖細胞具有強大的修復能力，Shi等[18]研究發現，將正常的內皮祖細胞經氣管移植到慢阻肺模型小鼠體內后，小鼠肺功能和肺氣腫程度均明顯改善，肺泡灌洗液中金屬蛋白酶水平降低，肺泡間隔細胞凋亡減少，肺組織抗氧化能力增加。盡管內皮祖細胞較成熟的內皮細胞的增殖能力更強，然而有趣的是，近期的研究表明，內皮細胞也表現出了顯著的治療作用，能夠減輕慢阻肺的發生發展。Ma等[19]的體內外研究均顯示，來源于肺血管內皮細胞的微粒可以通過miR-126發揮強大的抗炎能力，減輕CSE誘導的支氣管上皮細胞及小鼠肺組織炎癥，進而對慢阻肺產生修復作用；另一項研究也表明，內皮細胞經眼眶后注射可以減輕彈性蛋白酶誘導的小鼠肺氣腫程度[20]。這些結果意味著，不論是內皮細胞還是內皮祖細胞均可能參與了慢阻肺的修復過程；此外，內皮祖細胞作為有潛在治療作用的干細胞，未來值得更深入的研究以探討其修復慢阻肺的具體機制。
2 慢阻肺與肺上皮干細胞
外界有毒顆粒及氣體等因子可直接損傷肺上皮細胞，進而導致疾病的發生發展。研究表明，卷煙煙霧可誘導肺上皮細胞壞死進而參與慢阻肺的發生發展[21]，肺上皮干細胞作為一類多能干細胞，在維持外界有害因素導致的氣道上皮功能損傷的修復過程中發揮了至關重要的作用，可以重建氣道上皮，參與肺組織的修復[22]。依據其定位不同，可分為肺泡上皮干細胞、氣管–支氣管上皮干細胞及細支氣管上皮干細胞。
2.1 氣管–支氣管上皮干細胞
氣管–支氣管上皮干細胞包括基底干細胞和黏膜下腺體干細胞，基底干細胞是位于近端氣道，在人類和小鼠近端氣道的穩態和損傷后再生修復中起重要作用的干細胞[23]，可以分化成其他類型的細胞，包括基底細胞、分泌細胞和纖毛細胞，使氣道恢復正常的結構和功能[24]。
Ghosh等[25]研究也表明，慢阻肺患者的基底干細胞計數、自我更新、多潛能性及分化能力均低于非慢阻肺患者，且基底干細胞的缺失和氣流受限顯著相關。滋養細胞表面抗原2（trophoblast cell surface antigen 2，TROP2）是一種跨膜糖蛋白，可以調控干細胞的生長[26]，Liu等[27]研究表明，慢阻肺患者基底干細胞中TROP2表達增加，TROP2可以影響基底干細胞的功能，從而促進細胞增生、上皮間充質轉化和炎癥分子進入微環境，繼而重塑氣道，修復慢阻肺患者破壞的氣道結構。也有研究表明，吸煙患者肺組織以及CSE誘導的基底細胞中TROP2表達均顯著增加，且與吸煙指數呈正相關，而人參皂苷Rb3可以抑制TROP2的表達，拮抗CSE誘導的基底細胞增生、炎癥因子表達，進而防止慢阻肺上皮穩態的破壞[28]。Yang等[29]研究發現，吸煙可增強基底干細胞中表皮生長因子/表皮生長因子受體信號傳導，從而促進小氣道上皮細胞重塑，參與慢阻肺的發展；也有研究顯示，吸煙可誘導表皮生長因子驅動氣道基底干細胞鱗狀分化，進而促進表皮生長因子受體配體雙向調節素的表達，而雙向調節素在人氣道中又可誘導基底干細胞和黏膜增生、纖毛細胞分化和屏障完整性受損[30]。另一項研究也發現，在吸煙慢阻肺患者肺組織中，骨形態發生蛋白4（bone morphogenetic protein 4，BMP4）在纖毛細胞和中間未分化細胞中上調，隨后BMP4受體在基底干細胞中富集，并通過相應的信號介導，BMP4誘導基底干細胞獲得與吸煙相關的異常表型，其特征是分化為正常黏液纖毛上皮細胞的能力下降，同時產生鱗狀上皮化生[31]。
黏膜下腺體干細胞是位于氣管黏膜下腺體導管部的多能干細胞，可分化為黏膜下腺小管、導管細胞和氣道上皮細胞[32]。研究表明，將體外擴增的黏膜下腺體干細胞移植到裸露的氣道支架上后，可分化為氣道上皮細胞，促進氣道的再生；進一步研究也發現，嚴重損傷后的動物肺小葉及小葉內氣道表面上皮都出現了黏膜下腺體干細胞，且轉錄因子SOX9對氣道再生中黏膜下腺體干細胞的可塑性是必要的[33]。盡管黏膜下腺體干細胞已經從人支氣管中分離出來，然而，黏膜下腺體干細胞治療慢阻肺的作用機制還需要進一步研究。
2.2 細支氣管上皮干細胞
細支氣管上皮干細胞位于細支氣管導管連接處，具有自我更新的能力，能夠抵抗有毒顆粒或氣體對細支氣管和肺泡的損傷，并分化為細支氣管上皮細胞和肺泡上皮細胞[34]。最近的一項研究結果顯示，在流感病毒感染引起細支氣管和肺泡損傷后，細支氣管上皮干細胞可促進新的Clara細胞和Ⅱ型肺泡細胞（alveolar epithelial type Ⅱ，AT2）形成，參與肺組織損傷的修復[35]。Kawakita等[36]研究也發現，在萘誘導的小鼠損傷的氣道上皮中移植細支氣管上皮干細胞后，可明顯促進末梢細支氣管上皮的修復。然而，關于細支氣管干細胞與慢阻肺之間的作用仍有待進一步研究。
2.3 肺泡上皮干細胞
肺泡是由AT1細胞和AT2細胞排列形成，其中AT2細胞具有干細胞特性，能夠修復受損的肺泡[37]。研究表明，慢阻肺患者存在肺泡上皮細胞凋亡，提示肺泡上皮細胞凋亡可能參與了慢阻肺的發病過程[38]，而肺泡上皮干細胞作為一類多能干細胞，可參與慢阻肺肺泡上皮細胞損傷的修復。
Tsutsumi等[39]研究發現，暴露于卷煙煙霧的肺氣腫小鼠，其AT2干細胞形成的集落數量和大小均顯著高于正常小鼠，且抗凋亡能力更強，提示AT2干細胞具有抵抗卷煙煙霧誘導的小鼠肺組織損傷作用。另一項研究中也發現，在彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠模型中，經典Wnt信號通路被激活后，可導致肺泡上皮干細胞數量大幅增加，進而維持肺泡穩定，減輕肺氣腫的發生發展[40]。
3 慢阻肺與間充質干細胞
間充質干細胞是一種多能干細胞，具有修復作用，也可以通過自我更新、分化和旁分泌作用增強組織再生和調節免疫反應能力[41]，此外，間充質干細胞已被證明在一系列呼吸道疾病模型小鼠中有治療作用。Antunes等[42]研究發現，將小鼠骨髓、脂肪組織及肺組織分離間充質干細胞注入彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠體內，發現各來源的間充質干細胞均能減輕小鼠的肺氣腫程度，減少炎性細胞浸潤，增加彈性纖維含量，減少細胞損傷。
3.1 肺間充質干細胞
肺間充質干細胞是肺的駐留細胞，較骨髓間充質干細胞更具有肺滯留特異性[43-44]。有研究表明，將肺間充質干細胞經氣管注入彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠體內，可部分恢復肺組織彈性和肺泡結構，減輕肺氣腫[45]。近期的研究也顯示，來源于正常人體肺組織的肺間充質干細胞能顯著減輕過氧化氫誘導的上皮細胞壞死、減輕氧化應激并促進上皮細胞增殖，對慢阻肺的肺組織損傷具有修復作用[46]；有趣的是，來源于正常人體與慢阻肺患者肺組織的肺間充質干細胞其表面標記物、分化及增殖潛能并無差異，且修復受損的肺泡能力也并無差異[47]。然而，目前關于肺間充質干細胞治療慢阻肺的具體機制的研究尚不深入，也沒有人體臨床轉化研究，因此未來值得進一步探討。
3.2 骨髓間充質干細胞
骨髓間充質干細胞已被確定為一種治療慢阻肺的可能策略細胞，也是目前研究最為廣泛的一類干細胞，研究表明，骨髓間充質干細胞可以通過抑制內皮細胞損傷和凋亡來修復血管，進而減緩慢阻肺的進展[48]。Liu等[49]研究表明，骨髓間充質干細胞能夠增強巨噬細胞的分泌功能，進而抑制核轉錄因子信號通路，促進巨噬細胞的吞噬作用，減輕卷煙煙霧誘導的肺氣腫小鼠的肺組織炎癥。此外，有研究表明，來源于骨髓間充質干細胞的外泌體可以減輕卷煙煙霧誘導的小鼠肺部炎癥，減少線粒體分裂，對卷煙煙霧誘導的小鼠肺部損傷具有保護作用[50]。楊莉穎等[51]研究也發現，來源于小鼠的骨髓間充質干細胞外泌體能減輕CSE誘導的肺血管內皮凋亡，對慢阻肺的發生發展具有保護作用；同時，人臍帶間充質干細胞來源的細胞外囊泡能減輕卷煙煙霧誘導的大鼠氣道炎癥，進而減輕大鼠肺氣腫[52]。最近的一項研究結果顯示，人Wharton's jelly來源的間充質干細胞在慢阻肺小鼠模型中也顯示了肺再生作用[53]。
有趣的是，研究表明損傷的AT2細胞能分泌外泌體，并將LncRNA-TCONS_00064356運輸至骨髓間充質干細胞中，進而增強間充質干細胞的增殖和遷移能力[54]。這項研究的發現也意味著盡管骨髓間充質干細胞已經展現出強大的治療作用，然而，其自身的治療能力也同樣受其他分子機制的調節，這也就是說，在未來間充質干細胞的臨床研究中，要充分考慮疾病的復雜性，從整體上看待間充質干細胞的潛在治療作用。
3.3 脂肪間充質干細胞
來源于脂肪的間充質干細胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，ASCs）對肺氣腫也有修復作用。Cho等[55]研究發現，在彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠胸膜內給予ASCs治療后，小鼠肺組織再生顯著增強，成纖維細胞生長因子-2和干細胞生長因子表達增加，金屬蛋白酶顯著減少。另一項研究中，將ASCs經尾靜脈注入卷煙煙霧誘導的肺氣腫大鼠體內，結果顯示，ASCs治療的大鼠肺功能明顯改善，肺泡灌洗液中炎癥細胞顯著減少，氧化應激水平減輕[56]。Hong等[57]研究也發現，吡格列酮預處理的ASCs對彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠的肺組織具有更強的修復作用，且能增加肺組織中血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的產生。
此外，ASCs可以通過間充質–上皮細胞轉變分化為肺泡上皮細胞，減輕彈性蛋白酶誘導的小鼠肺氣腫程度，降低肺泡平均內襯間隔，改善小鼠肺功能[58]。ASCs的條件培養基也能有效地抑制CSE誘導的上皮–間充質轉化作用，并能逆轉與轉化生長因子β-1治療相關的上皮標志物表達的喪失[59]。另一項研究也發現，眼眶后注射ASCs能促進彈性蛋白酶誘導的小鼠肺氣腫病理結構的修復，且在右肺表現更為明顯[60]。
3.4 其他來源間充質干細胞
目前，間充質干細胞的研究廣泛，越來越多其他組織源性的間充質干細胞功能被挖掘。人誘導的多能干細胞來源的間充質干細胞（human induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells，iPSC-MSCs）在減輕卷煙煙霧誘導的肺泡腔擴大方面優于骨髓間充質干細胞；在iPSC-MSCs治療后，卷煙煙霧誘導的8-異前列腺素和細胞因子誘導的中性粒細胞趨化劑-1分泌顯著降低，炎性細胞浸潤減少，細胞凋亡顯著降低，干細胞因子增加[61]。此外，在慢阻肺中，iPSC-MSCs也能向肺組織細胞轉移線粒體，繼而保護肺組織免受氧化應激誘導的線粒體功能障礙及細胞凋亡，并減少肺組織損傷及炎癥反應[62]。
來源于臍帶的間充質干細胞對慢阻肺也顯示出了強大的治療修復作用，Chen等[63]研究發現，將人臍帶來源的間充質干細胞注入卷煙煙霧暴露的肺氣腫小鼠體內，發現能顯著減少小鼠支氣管肺泡灌洗液中炎癥細胞及因子的水平，并提高肺成纖維細胞的活力，進而減輕小鼠肺氣腫；另一項研究中也證實人臍帶來源的間充質干細胞可以通過VEGF通路抑制細胞凋亡，進而減輕大鼠肺氣腫[64]。
4 慢阻肺與干細胞的臨床研究
目前的臨床試驗證實，間充質干細胞治療能改善慢阻肺患者的肺功能及生活質量。Stessuk等[65]研究發現，靜脈輸注異基因擴增的臍帶源性的間充質干細胞治療慢阻肺患者，未觀察到嚴重或顯著的不良反應，而慢阻肺患者的生活質量在6個月內有顯著改善。近期的一項臨床研究顯示，在基線C反應蛋白為4 mg/L的慢阻肺患者中，給予同種異體骨髓間充質干細胞治療，發現慢阻肺患者的第1秒用力呼氣容積、用力肺活量和六分鐘步行試驗顯著改善；在C反應蛋白水平為2或3 mg/L的患者中也發現了顯著的益處，然而，對改善慢阻肺的急性加重并無顯著療效[66]。此外，也有研究顯示，用同種異體骨髓間充質干細胞治療穩定期慢阻肺患者一周后，發現患者循環中炎癥因子、氧化應激水平減低，并進一步證實可能是間充質干細胞衍生的旁分泌因子如白細胞介素-β、細胞外囊泡等發揮了重要的調節炎癥的作用[67-68]。Harrell等[69]研究也發現，接受胎盤組織源性間充質干細胞治療的慢阻肺患者的肺功能顯著改善，臨床慢阻肺問卷評分下降，六分鐘步行距離增加，影像CT檢查也證實，患者肺肺氣腫變化顯著改善，且所有患者中均未報告任何相關的不良反應。在一項I期臨床研究中也發現，注射骨髓單核細胞治療的中重度慢阻肺患者12個月后的第1秒用力呼氣容積及肺一氧化碳彌散量增加；聯合注射骨髓單核細胞及ASCs的中重度慢阻肺患者12個月后的肺一氧化碳彌散量、氣體交換及生活質量均顯著改善，且未觀察到與治療相關的不良反應[70]。盡管間充質干細胞的人體試驗顯現出一定的治療能力，然而，未來也需要更多的臨床試驗去證實間充質干細胞有效的修復能力及其作用機制，為慢阻肺的再生治療提供更為確切的臨床證據。
5 結語
基于干細胞治療是慢阻肺的一種有前景的創新性治療方法，盡管目前已有較多關于不同種類干細胞與慢阻肺的研究，然而大部分的研究也僅僅局限于體外細胞及動物水平，且不同干細胞治療慢阻肺的機制尚不很明確，此外，也很少有多中心、大樣本的人類轉化研究，因此，在干細胞的臨床試驗進展之前，深入的機制研究及更多的人類轉化研究是必要的。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是以氣道、肺組織和血管的慢性炎癥為特征的疾病[1]，研究數據顯示，慢阻肺的發病率、致殘率及死亡率較高，且呈逐年上升的趨勢，已成為一個嚴重的全球性公共衛生問題，是全球人口死亡的主要危險因素之一[2-3]。吸煙是慢阻肺發生發展的主要病因，卷煙煙霧可通過誘導炎癥、細胞凋亡及氧化應激等，導致細胞損傷和死亡，進而引起肺組織結構破壞、功能受損[4]。
干細胞是具有高增殖分化潛能的原始細胞，可分化為內皮細胞等，參與組織損傷的修復[5]。干細胞分為成體干細胞和胚胎干細胞，其中成體干細胞包括內皮祖細胞、肺上皮干細胞和間充質干細胞等，可以修復破損的細胞及組織，進而發揮重要治療的作用[6]。
幾乎所有的成人組織中均含有干細胞，包括肺組織，肺是一個復雜的器官，由多種不同分化類型的細胞構成，不同的干細胞群定位于成人肺組織不同的解剖區域[7]。由于慢性阻塞性肺病的特點是肺組織損害和氣道結構破壞，使用干細胞治療以促進肺組織再生和重塑氣道，維持肺組織結構和功能穩定，從而恢復慢性阻塞性肺病患者的肺功能是一種比較有前景的治療方法。因此，本文總結了慢性阻塞性肺疾病與干細胞的研究進展，為干細胞治療慢阻肺提供相關的理論依據。
1 慢阻肺與內皮祖細胞
內皮祖細胞是一類具有高增殖潛能的成體干細胞，可分化為成熟的內皮細胞，參與內皮損傷的修復[8]。研究表明，慢阻肺的發生發展與肺血管內皮細胞凋亡及死亡有關[9]，而內皮祖細胞可增加內皮細胞的數量，逆轉慢阻肺血管損傷從而改善肺組織的變化。
此外，慢阻肺患者循環內皮祖細胞數量明顯減少，粘附功能下降，增殖能力明顯減弱，且與疾病的嚴重程度顯著相關[10]。有研究表明，p300/sp1介導的p16高表達可以促進內皮祖細胞衰老進而導致慢阻肺的發生[11]。卷煙煙霧提取物（cigarette smoke extract，CSE）可導致內皮祖細胞的增殖和分泌功能減弱，內皮祖細胞衰老標志物p16Ink4a表達增加，內皮型一氧化氮合酶及干細胞抗原-1（stem cell antigen-1，Sca-1）表達降低；然而，5-氮-2’-脫氧胞苷（DNA甲基化抑制劑）在一定程度上可以逆轉CSE誘導的內皮祖細胞功能障礙及上述分子水平改變[12-14]。在另一項研究中發現，半乳糖凝集素-3抑制劑可緩解CSE誘導的內皮祖細胞自噬和功能障礙，這些作用可能受5’-磷酸腺苷活化蛋白激酶信號通路的調控[15]，體內研究也證實，5-氮-2’-脫氧胞苷可以通過抑制內皮祖細胞和肺組織中p16Ink4a的表達來減輕小鼠肺氣腫程度[16]。地西他濱作為DNA甲基化抑制劑，可以部分保護CSE誘導的小鼠肺氣腫，增強肺組織中Sca-1的表達，并促進骨髓源性內皮祖細胞的增殖[17]。
內皮祖細胞具有強大的修復能力，Shi等[18]研究發現，將正常的內皮祖細胞經氣管移植到慢阻肺模型小鼠體內后，小鼠肺功能和肺氣腫程度均明顯改善，肺泡灌洗液中金屬蛋白酶水平降低，肺泡間隔細胞凋亡減少，肺組織抗氧化能力增加。盡管內皮祖細胞較成熟的內皮細胞的增殖能力更強，然而有趣的是，近期的研究表明，內皮細胞也表現出了顯著的治療作用，能夠減輕慢阻肺的發生發展。Ma等[19]的體內外研究均顯示，來源于肺血管內皮細胞的微粒可以通過miR-126發揮強大的抗炎能力，減輕CSE誘導的支氣管上皮細胞及小鼠肺組織炎癥，進而對慢阻肺產生修復作用；另一項研究也表明，內皮細胞經眼眶后注射可以減輕彈性蛋白酶誘導的小鼠肺氣腫程度[20]。這些結果意味著，不論是內皮細胞還是內皮祖細胞均可能參與了慢阻肺的修復過程；此外，內皮祖細胞作為有潛在治療作用的干細胞，未來值得更深入的研究以探討其修復慢阻肺的具體機制。
2 慢阻肺與肺上皮干細胞
外界有毒顆粒及氣體等因子可直接損傷肺上皮細胞，進而導致疾病的發生發展。研究表明，卷煙煙霧可誘導肺上皮細胞壞死進而參與慢阻肺的發生發展[21]，肺上皮干細胞作為一類多能干細胞，在維持外界有害因素導致的氣道上皮功能損傷的修復過程中發揮了至關重要的作用，可以重建氣道上皮，參與肺組織的修復[22]。依據其定位不同，可分為肺泡上皮干細胞、氣管–支氣管上皮干細胞及細支氣管上皮干細胞。
2.1 氣管–支氣管上皮干細胞
氣管–支氣管上皮干細胞包括基底干細胞和黏膜下腺體干細胞，基底干細胞是位于近端氣道，在人類和小鼠近端氣道的穩態和損傷后再生修復中起重要作用的干細胞[23]，可以分化成其他類型的細胞，包括基底細胞、分泌細胞和纖毛細胞，使氣道恢復正常的結構和功能[24]。
Ghosh等[25]研究也表明，慢阻肺患者的基底干細胞計數、自我更新、多潛能性及分化能力均低于非慢阻肺患者，且基底干細胞的缺失和氣流受限顯著相關。滋養細胞表面抗原2（trophoblast cell surface antigen 2，TROP2）是一種跨膜糖蛋白，可以調控干細胞的生長[26]，Liu等[27]研究表明，慢阻肺患者基底干細胞中TROP2表達增加，TROP2可以影響基底干細胞的功能，從而促進細胞增生、上皮間充質轉化和炎癥分子進入微環境，繼而重塑氣道，修復慢阻肺患者破壞的氣道結構。也有研究表明，吸煙患者肺組織以及CSE誘導的基底細胞中TROP2表達均顯著增加，且與吸煙指數呈正相關，而人參皂苷Rb3可以抑制TROP2的表達，拮抗CSE誘導的基底細胞增生、炎癥因子表達，進而防止慢阻肺上皮穩態的破壞[28]。Yang等[29]研究發現，吸煙可增強基底干細胞中表皮生長因子/表皮生長因子受體信號傳導，從而促進小氣道上皮細胞重塑，參與慢阻肺的發展；也有研究顯示，吸煙可誘導表皮生長因子驅動氣道基底干細胞鱗狀分化，進而促進表皮生長因子受體配體雙向調節素的表達，而雙向調節素在人氣道中又可誘導基底干細胞和黏膜增生、纖毛細胞分化和屏障完整性受損[30]。另一項研究也發現，在吸煙慢阻肺患者肺組織中，骨形態發生蛋白4（bone morphogenetic protein 4，BMP4）在纖毛細胞和中間未分化細胞中上調，隨后BMP4受體在基底干細胞中富集，并通過相應的信號介導，BMP4誘導基底干細胞獲得與吸煙相關的異常表型，其特征是分化為正常黏液纖毛上皮細胞的能力下降，同時產生鱗狀上皮化生[31]。
黏膜下腺體干細胞是位于氣管黏膜下腺體導管部的多能干細胞，可分化為黏膜下腺小管、導管細胞和氣道上皮細胞[32]。研究表明，將體外擴增的黏膜下腺體干細胞移植到裸露的氣道支架上后，可分化為氣道上皮細胞，促進氣道的再生；進一步研究也發現，嚴重損傷后的動物肺小葉及小葉內氣道表面上皮都出現了黏膜下腺體干細胞，且轉錄因子SOX9對氣道再生中黏膜下腺體干細胞的可塑性是必要的[33]。盡管黏膜下腺體干細胞已經從人支氣管中分離出來，然而，黏膜下腺體干細胞治療慢阻肺的作用機制還需要進一步研究。
2.2 細支氣管上皮干細胞
細支氣管上皮干細胞位于細支氣管導管連接處，具有自我更新的能力，能夠抵抗有毒顆粒或氣體對細支氣管和肺泡的損傷，并分化為細支氣管上皮細胞和肺泡上皮細胞[34]。最近的一項研究結果顯示，在流感病毒感染引起細支氣管和肺泡損傷后，細支氣管上皮干細胞可促進新的Clara細胞和Ⅱ型肺泡細胞（alveolar epithelial type Ⅱ，AT2）形成，參與肺組織損傷的修復[35]。Kawakita等[36]研究也發現，在萘誘導的小鼠損傷的氣道上皮中移植細支氣管上皮干細胞后，可明顯促進末梢細支氣管上皮的修復。然而，關于細支氣管干細胞與慢阻肺之間的作用仍有待進一步研究。
2.3 肺泡上皮干細胞
肺泡是由AT1細胞和AT2細胞排列形成，其中AT2細胞具有干細胞特性，能夠修復受損的肺泡[37]。研究表明，慢阻肺患者存在肺泡上皮細胞凋亡，提示肺泡上皮細胞凋亡可能參與了慢阻肺的發病過程[38]，而肺泡上皮干細胞作為一類多能干細胞，可參與慢阻肺肺泡上皮細胞損傷的修復。
Tsutsumi等[39]研究發現，暴露于卷煙煙霧的肺氣腫小鼠，其AT2干細胞形成的集落數量和大小均顯著高于正常小鼠，且抗凋亡能力更強，提示AT2干細胞具有抵抗卷煙煙霧誘導的小鼠肺組織損傷作用。另一項研究中也發現，在彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠模型中，經典Wnt信號通路被激活后，可導致肺泡上皮干細胞數量大幅增加，進而維持肺泡穩定，減輕肺氣腫的發生發展[40]。
3 慢阻肺與間充質干細胞
間充質干細胞是一種多能干細胞，具有修復作用，也可以通過自我更新、分化和旁分泌作用增強組織再生和調節免疫反應能力[41]，此外，間充質干細胞已被證明在一系列呼吸道疾病模型小鼠中有治療作用。Antunes等[42]研究發現，將小鼠骨髓、脂肪組織及肺組織分離間充質干細胞注入彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠體內，發現各來源的間充質干細胞均能減輕小鼠的肺氣腫程度，減少炎性細胞浸潤，增加彈性纖維含量，減少細胞損傷。
3.1 肺間充質干細胞
肺間充質干細胞是肺的駐留細胞，較骨髓間充質干細胞更具有肺滯留特異性[43-44]。有研究表明，將肺間充質干細胞經氣管注入彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠體內，可部分恢復肺組織彈性和肺泡結構，減輕肺氣腫[45]。近期的研究也顯示，來源于正常人體肺組織的肺間充質干細胞能顯著減輕過氧化氫誘導的上皮細胞壞死、減輕氧化應激并促進上皮細胞增殖，對慢阻肺的肺組織損傷具有修復作用[46]；有趣的是，來源于正常人體與慢阻肺患者肺組織的肺間充質干細胞其表面標記物、分化及增殖潛能并無差異，且修復受損的肺泡能力也并無差異[47]。然而，目前關于肺間充質干細胞治療慢阻肺的具體機制的研究尚不深入，也沒有人體臨床轉化研究，因此未來值得進一步探討。
3.2 骨髓間充質干細胞
骨髓間充質干細胞已被確定為一種治療慢阻肺的可能策略細胞，也是目前研究最為廣泛的一類干細胞，研究表明，骨髓間充質干細胞可以通過抑制內皮細胞損傷和凋亡來修復血管，進而減緩慢阻肺的進展[48]。Liu等[49]研究表明，骨髓間充質干細胞能夠增強巨噬細胞的分泌功能，進而抑制核轉錄因子信號通路，促進巨噬細胞的吞噬作用，減輕卷煙煙霧誘導的肺氣腫小鼠的肺組織炎癥。此外，有研究表明，來源于骨髓間充質干細胞的外泌體可以減輕卷煙煙霧誘導的小鼠肺部炎癥，減少線粒體分裂，對卷煙煙霧誘導的小鼠肺部損傷具有保護作用[50]。楊莉穎等[51]研究也發現，來源于小鼠的骨髓間充質干細胞外泌體能減輕CSE誘導的肺血管內皮凋亡，對慢阻肺的發生發展具有保護作用；同時，人臍帶間充質干細胞來源的細胞外囊泡能減輕卷煙煙霧誘導的大鼠氣道炎癥，進而減輕大鼠肺氣腫[52]。最近的一項研究結果顯示，人Wharton's jelly來源的間充質干細胞在慢阻肺小鼠模型中也顯示了肺再生作用[53]。
有趣的是，研究表明損傷的AT2細胞能分泌外泌體，并將LncRNA-TCONS_00064356運輸至骨髓間充質干細胞中，進而增強間充質干細胞的增殖和遷移能力[54]。這項研究的發現也意味著盡管骨髓間充質干細胞已經展現出強大的治療作用，然而，其自身的治療能力也同樣受其他分子機制的調節，這也就是說，在未來間充質干細胞的臨床研究中，要充分考慮疾病的復雜性，從整體上看待間充質干細胞的潛在治療作用。
3.3 脂肪間充質干細胞
來源于脂肪的間充質干細胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，ASCs）對肺氣腫也有修復作用。Cho等[55]研究發現，在彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠胸膜內給予ASCs治療后，小鼠肺組織再生顯著增強，成纖維細胞生長因子-2和干細胞生長因子表達增加，金屬蛋白酶顯著減少。另一項研究中，將ASCs經尾靜脈注入卷煙煙霧誘導的肺氣腫大鼠體內，結果顯示，ASCs治療的大鼠肺功能明顯改善，肺泡灌洗液中炎癥細胞顯著減少，氧化應激水平減輕[56]。Hong等[57]研究也發現，吡格列酮預處理的ASCs對彈性蛋白酶誘導的肺氣腫小鼠的肺組織具有更強的修復作用，且能增加肺組織中血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的產生。
此外，ASCs可以通過間充質–上皮細胞轉變分化為肺泡上皮細胞，減輕彈性蛋白酶誘導的小鼠肺氣腫程度，降低肺泡平均內襯間隔，改善小鼠肺功能[58]。ASCs的條件培養基也能有效地抑制CSE誘導的上皮–間充質轉化作用，并能逆轉與轉化生長因子β-1治療相關的上皮標志物表達的喪失[59]。另一項研究也發現，眼眶后注射ASCs能促進彈性蛋白酶誘導的小鼠肺氣腫病理結構的修復，且在右肺表現更為明顯[60]。
3.4 其他來源間充質干細胞
目前，間充質干細胞的研究廣泛，越來越多其他組織源性的間充質干細胞功能被挖掘。人誘導的多能干細胞來源的間充質干細胞（human induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells，iPSC-MSCs）在減輕卷煙煙霧誘導的肺泡腔擴大方面優于骨髓間充質干細胞；在iPSC-MSCs治療后，卷煙煙霧誘導的8-異前列腺素和細胞因子誘導的中性粒細胞趨化劑-1分泌顯著降低，炎性細胞浸潤減少，細胞凋亡顯著降低，干細胞因子增加[61]。此外，在慢阻肺中，iPSC-MSCs也能向肺組織細胞轉移線粒體，繼而保護肺組織免受氧化應激誘導的線粒體功能障礙及細胞凋亡，并減少肺組織損傷及炎癥反應[62]。
來源于臍帶的間充質干細胞對慢阻肺也顯示出了強大的治療修復作用，Chen等[63]研究發現，將人臍帶來源的間充質干細胞注入卷煙煙霧暴露的肺氣腫小鼠體內，發現能顯著減少小鼠支氣管肺泡灌洗液中炎癥細胞及因子的水平，并提高肺成纖維細胞的活力，進而減輕小鼠肺氣腫；另一項研究中也證實人臍帶來源的間充質干細胞可以通過VEGF通路抑制細胞凋亡，進而減輕大鼠肺氣腫[64]。
4 慢阻肺與干細胞的臨床研究
目前的臨床試驗證實，間充質干細胞治療能改善慢阻肺患者的肺功能及生活質量。Stessuk等[65]研究發現，靜脈輸注異基因擴增的臍帶源性的間充質干細胞治療慢阻肺患者，未觀察到嚴重或顯著的不良反應，而慢阻肺患者的生活質量在6個月內有顯著改善。近期的一項臨床研究顯示，在基線C反應蛋白為4 mg/L的慢阻肺患者中，給予同種異體骨髓間充質干細胞治療，發現慢阻肺患者的第1秒用力呼氣容積、用力肺活量和六分鐘步行試驗顯著改善；在C反應蛋白水平為2或3 mg/L的患者中也發現了顯著的益處，然而，對改善慢阻肺的急性加重并無顯著療效[66]。此外，也有研究顯示，用同種異體骨髓間充質干細胞治療穩定期慢阻肺患者一周后，發現患者循環中炎癥因子、氧化應激水平減低，并進一步證實可能是間充質干細胞衍生的旁分泌因子如白細胞介素-β、細胞外囊泡等發揮了重要的調節炎癥的作用[67-68]。Harrell等[69]研究也發現，接受胎盤組織源性間充質干細胞治療的慢阻肺患者的肺功能顯著改善，臨床慢阻肺問卷評分下降，六分鐘步行距離增加，影像CT檢查也證實，患者肺肺氣腫變化顯著改善，且所有患者中均未報告任何相關的不良反應。在一項I期臨床研究中也發現，注射骨髓單核細胞治療的中重度慢阻肺患者12個月后的第1秒用力呼氣容積及肺一氧化碳彌散量增加；聯合注射骨髓單核細胞及ASCs的中重度慢阻肺患者12個月后的肺一氧化碳彌散量、氣體交換及生活質量均顯著改善，且未觀察到與治療相關的不良反應[70]。盡管間充質干細胞的人體試驗顯現出一定的治療能力，然而，未來也需要更多的臨床試驗去證實間充質干細胞有效的修復能力及其作用機制，為慢阻肺的再生治療提供更為確切的臨床證據。
5 結語
基于干細胞治療是慢阻肺的一種有前景的創新性治療方法，盡管目前已有較多關于不同種類干細胞與慢阻肺的研究，然而大部分的研究也僅僅局限于體外細胞及動物水平，且不同干細胞治療慢阻肺的機制尚不很明確，此外，也很少有多中心、大樣本的人類轉化研究，因此，在干細胞的臨床試驗進展之前，深入的機制研究及更多的人類轉化研究是必要的。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。