自体内皮祖细胞移植对内毒素致兔急性肺损伤生物学作用的实验研究

摘要

目的：急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合症(ALI/ARDS)是各种致病因素导致的急性进行性呼吸衰竭,是临床常见急重症.其死亡率在20世纪70年代早期高达70％以上,尽管近年来对其认识及救治技术不断提高,但总体病死率仍然在40％以上。国内外学者对 ARDS的治疗进行了大量研究并取得了一些进展,但相关治疗策略均只能在一定程度上缓解病情,并不能从根本上改善ARDS的不良预后。炎症反应介导的肺毛细血管内皮细胞与肺泡上皮细胞损伤是ARDS的特征性病理改变,因此对受损肺脏进行结构修复和功能重建才是降低ARDS死亡率的理想治疗方式.成体干细胞具有多向或单向分化潜能,取材方便,易于分离扩增,并且不涉及到医学伦理学的相关问题,因而在ALI/ARDS治疗中具有重要的应用价值。内皮祖细胞(EPC)是血管内皮细胞的前体细胞,并且可参与出生后血管新生、再内皮化和内皮损伤后的修复。鉴于EPC作为内源性修复机制在维持内皮细胞层完整性方面发挥了重要的作用,并且内皮受损为ARDS早期的特征性病理改变之一,因此EPC移植有希望成为ALI/ARDS的有效治疗手段。本研究旨在了解ARDS动物模型不同发病阶段EPC的动态变化规律,观察EPC自体移植以及EPC培养液“无细胞移植”对ARDS的生物作用并探讨其可能的作用机制,为提出 ALI/ARDS治疗新方法提供实验线索。
　　 方法：⑴从兔耳中央动脉抽取外周血(10mL/Kg),以密度梯度法分离出单个核细胞(PMC),并将其接种于培养皿内；使用添加了细胞因子和胎牛血清的内皮祖细胞专用培养液(EGM-2)进行诱导分化培养。首次换液时间为72小时,其后每48小时换液一次。结果显示,体外培养24小时后可见到单个核细胞粘附于培养皿底部。粘在第3天时,部分细胞呈现出纺锤形变化,并且细胞分裂增殖明显。此时更换培养液以除去未贴壁细胞和红细胞。从第5天起,一部分单核细胞转化为梭形的贴壁细胞,并且随着体外培养时间的延长,圆形细胞的数量逐渐减少,而梭形细胞的数量逐渐增多.在第7天左右可观察到成团细胞形成的细胞集落。在第14天左右,细胞形状变为长梭形,并且多角形细胞有融合趋势.吞噬功能和粘附功能实验显示,体外培养的EPC可同时摄取Dil标记的乙酰化低密度脂蛋白(Dil-acLDL)并粘附FITC标记的荆豆凝集素-1(FITC-UEA-1),荧光显微镜下双阳性细胞的比率接近100％.通过免疫荧光对表面标志物进行检测显示,95％以上的细胞同时表达血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)和CD34。依据上述条件可认定通过密度梯度离心后体外培养扩增的细胞为早期EPC。⑵通过耳缘静脉将内毒素(ET055:B5；500μg/Kg和700μg/Kg)注入新西兰大白兔体循环内,72小时后活杀各组动物并取肺组织进行大体病理观察.对两组动物的肺组织切片行HE染色显示,两组动物均表现为不同程度的肺组织充血、微血管内皮损伤、出血和以中性粒细胞浸润为主的大量白细胞渗出、聚集；同时两组动物还出现肺泡间隔增厚、破坏以及部分肺泡萎陷不张等病理改变。上述结果提示两组剂量内毒素均可成功建立ALI模型。与500μg/Kg剂量组相比,700μg/Kg剂量组动物的肺组织损伤程度相对较重,但早期死亡率过高,不利于进行后期分析。因此在后续实验中采用内毒素500μg/Kg建立ALI动物模型。⑶利用内毒素(500μg/Kg)建立兔ALI模型,同时以等量生理盐水注射设立对照组。分别在12小时、24小时、48小时、72小时和第5天抽取外周血.利用流式细胞仪测定外周血中VEGFR-2和CD34双阳性细胞(EPC)的比率。体外培养细胞后测定 EPC的增殖、粘附和迁移功能。
　　 结果：①对照组外周血EPC比率基本保持稳定；模型组外周血EPC比率在内毒素注射后即出现降低,24小时后降至最低点,其后有所上升,但第5天时仍低于对照组。EPC增值、粘附和迁移功能均在内毒素注射后出现降低,48小时后降至最低点,其后有所上升,第5天时仍低于对照组；模型组在各时间点与对照组相比均具有显著差异。②CM-Dil标记的EPC可定植于肺组织内.正常对照组各项指标在各时间点均无显著变化,并且与肺损伤对照组和EPC移植组相比均具有显著差异(P<0.01).EPC移植组肺组织病理切片的病变程度轻于肺损伤对照组,但病理评分无统计学显著差异.与肺损伤对照组相比,EPC移植组的肺湿干比(W/D)和BALF蛋白含量降低,并且在3d和5d时具有显著差异(P<0.05)；BALF中性粒细胞计数降低,并且在24h和3d时具有显著差异(P<0.05)；肺组织髓过氧化物酶(MPO)活性降低,并且在3d时具有显著差异(P<0.05)；IL-1β水平降低,并且在3d和5d时具有显著差异(P<0.05)；肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平降低,并且在24h和3d时具有显著差异(P<0.05)；IL-10水平升高,并且在3d时具有显著差异(P<0.05)；血清细胞间粘附分子1(ICAM-1)水平较低,并且在24h时具有显著差异(P<0.05)；P选择素mRNA水平降低,并且在3d时具有显著差异(P<0.05)。EPC移植组的肺组织细胞凋亡数量少于肺损伤对照组,并且在5d时最为明显。肺损伤对照组和EPC培养液组各项指标与正常对照组相比均具有显著差异(P<0.01).EPC培养液组肺组织普通病理检查所示的病变程度稍轻于肺损伤对照组.与肺损伤对照组相比,EPC培养液组肺W/D、BALF总蛋白含量、BALF中性粒细胞数量和肺组织MPO活性均较低,但各指标均不具有统计学显著差异(P>0.05)。
　　 结论：⑴密度梯度离心联合贴壁选择法能够成功从外周血中分离中EPC,并可在体外进行培养扩增。⑵在内毒素构建的兔ALI动物模型中,外周血EPC数量以及增殖、粘附和迁徙功能在 ALI早期均出现显著降低；随着肺部炎症的消退,EPC数量和相关功能有所恢复。⑶来源于外周血的自体EPC于移植后可归巢到受损肺脏,并且可减轻内毒素诱导的急性肺损伤病变严重程度。自体EPC移植可通过降低ICAM-1和P-选择素表达的方式减少ALI起始阶段的PMN肺内扣押,进而预防肺损伤。自体EPC移植可将内毒素诱导的促炎细胞因子反应部分转化为抗炎细胞因子反应,同时可还可通过减少肺组织细胞凋亡发挥治疗作用.EPC培养液移植可在一定程度上减轻内毒素诱导的肺损伤,具有用作辅助治疗的潜力,同时亦表明EPC旁分泌为EPC治疗ALI的作用机制之一。