間質干細胞和急性肺損傷培訓課件

間質干細胞和急性肺損傷ARDSwasfirstrecognizedinthe1960s1asaclinicalsyndromeofsevereacuterespiratoryfailurepresentingwithhypoxemiaandbilateralpulmonaryinfiltrates,mostofteninthesettingofpneumonia,sepsis,ormajortrauma.ARDS最初在1960年，被人們認識為嚴重急性呼吸衰竭的臨床綜合征；血氧不足和雙邊肺浸潤，通常繼發(fā)于肺炎、敗血癥、或嚴重的的創(chuàng)傷；2間質干細胞和急性肺損傷distinctionbetween(ALI)andARDSrelatestotheseverityofhypoxemia,withtheformerhavingaPaO2/FiO2oflessthan300,thelatterwithaPaO2/FiO2oflessthan200.lungendothelialinjury,alveolarepithelialinjury,theaccumulationofprotein-rich

fluid、cellulardebrisinthealveolarspace急性肺損傷(ALI)和ARDS的區(qū)別主要指血氧不足嚴重程度，前者有PaO2/FIO2小于300;后者PaO2/FIO2不足200;ALI/ARDS的發(fā)病機制涉及肺血管內皮損傷,肺泡上皮損傷,富含蛋白質液體的增加和肺泡腔內的細胞殘骸.3間質干細胞和急性肺損傷流行病學2005年,大約200000名患者在美國發(fā)展為ALI/ARDS,估計有40%的死亡率。采用肺保護性通氣時代,死亡率下降大約25%。In2005,approximately200,000ptsintheUnitedStatesALI/ARDS,withanestimatedmortalityof40%.Intheeraoflungprotectiveventilation,mortalityhasdeclinedtoapproximately25%.4間質干細胞和急性肺損傷大量的臨床試驗,藥物治療吸入表面活性劑（inhaledsurfactant）、一氧化氮（nitricoxide）、前列環(huán)素（prostacyclins）,糖皮質激素（glucocorticoids）,抗氧化劑（antioxidants）,酮康唑（ketoconazole）并非ALI治療標準；

ALI肺泡的病理生理，任何單一分子不可能逆轉綜合癥的過程，使臨床獲益；reversethecourseofthissyndrome、providesubstantialclinicalbenefit.5間質干細胞和急性肺損傷細胞為基礎的療法cell-basedtherapies能產生炎癥分子molecules調節(jié)炎癥反應modulateinflammatorycascades增強修復enhancerepair間充質干細胞可能是理想的選擇MesenchymalStemCells6間質干細胞和急性肺損傷間充質干細胞:一般屬性間充質干細胞(msc)self-renewingisolatedfrombonemarrowdifferentiateintomuscle,bone,fat,fibroblasts,andcartilage.能重建造血的環(huán)境reconstituteahematopoieticenvironment,regeneratebonetissue，起初被稱為成纖維細胞的集落形成單位，(CFU-F)。這些細胞隨后被稱為骨髓基質細胞,并最終被命名為間充質干細胞。7間質干細胞和急性肺損傷最近一項研究表明，仍然不知道間充質干細胞是否來自中胚層,或者神經上皮,或來自不同來源的發(fā)展階段。普遍認為間充質干細胞不僅可以從骨髓中分離，同樣也可以在脂肪,臍帶血,胎盤組織、肌腱和骨骼肌分離。8間質干細胞和急性肺損傷國際上細胞治療提出標準：1.粘附整形能力；2.能夠表達CD105、CD73CD90；不能表達CD45、CD34、CD14CD11b,CD79a、CD19和人類白細胞抗原(HLA)II；3.體外能分化為成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞的能力。

9間質干細胞和急性肺損傷基于分化能力，研究人員已經研究了這些細胞的可能修復受損肌肉、骨骼能力。然而，間充質干細胞擁有多種其他性能。10間質干細胞和急性肺損傷1.間充質干細胞能夠產生各種各樣的分子,包括造血因子,趨化因子和血管生成素。2.由于間充質干細胞存在骨髓中，他們有強大的免疫調節(jié)作用。3.間充質干細胞可以基因治療的載體,并幫助誘導同種異體骨髓移植耐受性。4.間充質干細胞被發(fā)現對疾病潛伏期模型中有利效果，例如從克羅恩病創(chuàng)傷性腦損傷。5.在過去的十年中,一些調查人員報告，動物模型中間充質干細胞可以減輕一些不同類型的肺部疾病。11間質干細胞和急性肺損傷間充質干細胞在肺部疾病在博來霉素暴露小鼠肺纖維化的模型。分離小鼠的干細胞并且靜脈注射，隨后7天博來霉素誘導小鼠肺損傷，可以在博來霉素誘導肺損傷的區(qū)域發(fā)現外源性間充質干細胞存在，并且這些細胞具有上皮細胞的特征，博來霉素肺損傷小鼠后立即采用干細胞治療顯著降低肺內膠原蛋白沉積，減少基質蛋白酶2和9表達。12間質干細胞和急性肺損傷在肺移植中抗炎作用的程度效果是處于驚人較低水平，隨后報道中干細胞可以阻斷博來霉素誘導增加白介素1(IL)產生。博來霉素處理的小鼠前之前是否存在白消安誘導骨髓抑制，骨髓抑制增加了初始損傷和降低生存率。13間質干細胞和急性肺損傷受到綠色熒光蛋白(GFP)標記的間充質干細胞治療的博來霉素受傷后6小時的小鼠，改善了生存率，與綠色熒光蛋白(GFP)標記的間充質干細胞能夠表達成纖維細胞、肌纖維細胞以及I型和II型肺泡上皮細胞有關.14間質干細胞和急性肺損傷同樣試驗，來自臍帶的干細胞，靜脈注射入博來霉素小鼠誘導小鼠體內，2周后在肺部發(fā)炎的部分發(fā)現干細胞存在，干細胞能夠減少膠原蛋白及細胞信號轉導分子Smad2濃度，表明這些細胞已經具有抗纖維化屬性。15間質干細胞和急性肺損傷在支氣管肺的發(fā)育不良動物模型中，長期氧過多暴露老鼠氣管內注入干細胞，發(fā)現能夠顯著降低細胞凋亡、髓過氧化物酶活性和膠原沉積，以及炎性分子il-6、腫瘤壞死因子(TNF)。此外,少數細胞分化成II型肺泡上皮細胞。同樣試驗也提示可以提高存活率及運動耐量改善,和減少肺泡和肺血管損傷,以及肺動脈高壓。類似試驗間充質干細胞氣管內給藥，能夠降低野百合堿誘導的大鼠肺動脈高壓,改進血管內皮功能。16間質干細胞和急性肺損傷在由輻射引起的老鼠肺氣腫模型中，報道稱,間充質干細胞減少肺氣腫形成，此外干細胞可以分化成II型肺泡上皮細胞。因此干細胞在肺部疾病的模型中有治療作用，因為他們的抗炎特性,他們會特別適用于急性肺損傷。

17間質干細胞和急性肺損傷干細胞在急性肺損傷和膿毒癥的動物模型：有利的證據脂多糖(LPS)被廣泛用于急性肺損傷的動物模型。通過氣道給予脂多糖，48小時候誘發(fā)產生大量中性粒細胞聚集達到峰值，與微血管通透性增加有關。一些調查人員已經研究了在脂多糖誘導急性肺損傷中，干細胞作用。研究表明，經鼻腔注入脂多糖，干細胞4小時后在外周血中顯著增加。18間質干細胞和急性肺損傷他們通過向受到輻照骨髓抑制小鼠，通過骨髓重建鼻內植入免疫熒光標記干細胞，3周后在肺部發(fā)現大量免疫熒光標記的干細胞。其中一些細胞表達細胞角蛋白,上皮細胞標記,而其他細胞表達CD34,內皮細胞的標記。19間質干細胞和急性肺損傷這些結果表明內源性干細胞可能在脂多糖誘導的急性炎癥反應修復中起著重要的作用。一些試驗中，低于致死劑量的輻照引起骨髓抑制，鼻腔內的脂多糖產生類似的組織學損傷和支氣管肺泡灌洗(BAL)中性細胞增多，一周后產生肺氣腫表現。這些病變可以通過骨髓重建修復，表明缺乏內源性干細胞可能會破壞正常的修復過程。20間質干細胞和急性肺損傷在脂多糖植入的氣管內小鼠體內，靜脈注射干細胞30分鐘，3天后可以發(fā)現顯著減少肺泡灌洗液中總細胞和中性粒細胞計數。組織學分析證實明顯減少炎癥浸潤,小葉間隔增厚,間質水腫。此外使用熒光標記干細胞,研究人員表明許多標記細胞在損傷肺部發(fā)現。21間質干細胞和急性肺損傷腹腔內注射脂多糖1毫克/公斤(使用劑量導致最小的死亡率),1小時后靜脈注入干細胞細胞或成纖維細胞。組織學分析顯示,干細胞,而不是成纖維細胞,可以顯著降低肺部中性粒細胞在6、24和48小時后。22間質干細胞和急性肺損傷間充質干細胞小鼠氣管內的給藥，隨后4小時5毫克/公斤脂多糖氣管內給藥，（可以產生顯著的死亡率劑量）干細胞治療后的小鼠改善生存相對于PBS-治療后老鼠:80%和42%在48小時內,80%對18%在72小時。23間質干細胞和急性肺損傷干細胞減少肺損傷的嚴重程度通過肺水含量、濕/干比和BAL蛋白質濃度衡量。在48小時內組織學分析顯示更少的出血和水腫。無活性的干細胞和成纖維細胞沒有復制這種效果，表明未分化,有活性干細胞可以改善脂多糖誘導的急性肺損傷。24間質干細胞和急性肺損傷在腸桿菌肺炎模型中，這項工作得到進一步證實大腸桿菌誘導小鼠肺炎中。4個小時后,這些小鼠氣管內注入干細胞、PBS,或成纖維細胞。通過BAL中性粒細胞計數衡量，干細胞顯著降低了肺部炎癥。25間質干細胞和急性肺損傷最近研究了盲腸的結扎和穿刺(CLP)膿毒癥小鼠模型。6個小時后，干細胞或鹽水輸注靜脈注射。所有小鼠每天均有廣譜抗生素治療。26間質干細胞和急性肺損傷調查人員發(fā)現，干細胞治療后小鼠肺泡灌洗液細胞計數和白蛋白減少。組織學證實28小時后減少炎癥性肺部浸潤,間質水腫。干細胞治療的好處并不局限于肺部，因為干細胞治療小鼠腎臟細胞凋亡減少,改善血清肌酐。膿毒癥導致嚴重的全身性損傷,動物模型28小時45%的死亡率。干細胞治療改善死亡率降低50%。27間質干細胞和急性肺損傷給予靜脈注射(IV)干細胞或控制細胞(熱-死亡細胞或皮膚成纖維細胞)前24小時或1小時后膿毒癥小鼠模型中，每天廣譜抗生素治療。4天后顯示干細胞治療后顯著生存率，干細胞治療后老鼠也有降低血清肌酐和腎小管損傷評分,改善肝臟糖原存儲,并降低轉氨酶,淀粉酶、和脾細胞凋亡。表明多系統性有益。大部分的這些效應觀察，是在小鼠接受干細胞治療前24小時。28間質干細胞和急性肺損傷干細胞在急性肺損傷和膿毒癥動物模型:潛在的機制在過去的幾年里,調查人員檢查了干細胞如何發(fā)揮他們的治療效果在急性肺損傷和膿毒癥模型中,并且發(fā)現越來越多的潛在機制。第一位考慮原因為肺泡水腫液管理和去除。29間質干細胞和急性肺損傷內皮滲透性、上皮通透性和肺泡液體間隙在肺泡水腫形成通過的肺泡內皮蛋白質通透性的增加，以及上皮屏障破壞，肺泡液體清除率下降。最近幾組報道,干細胞能夠減少急性肺損傷內皮通透性。肺泡灌洗液中白蛋白和蛋白質含量通常用作的肺內皮通透性指標。30間質干細胞和急性肺損傷研究發(fā)現在脂多糖注入氣管內3天后肺泡灌洗液中白蛋白、總蛋白和免疫球蛋白M(IgM)增加。肺損傷后干細胞靜脈注射30分鐘，可以減輕蛋白含量。血管生成素可能維持血管內皮細胞處于靜止狀態(tài)，同時可以被證明能減少滲透性,促進內皮細胞的存活。31間質干細胞和急性肺損傷在未損傷老鼠中干細胞可以進一步促進血管生成素減少BAL蛋白,白蛋白,IgM的水平由此推斷干細胞靜脈注射入肺循環(huán)中，可以促使血管生成素在血管內皮細胞中起作用，減少炎性細胞浸潤,降低血漿蛋白漏到肺泡腔。32間質干細胞和急性肺損傷最近報道,靜脈輸液干細胞注入膿毒癥小鼠體內28小時可以減少肺泡灌洗液中白蛋白，表明干細胞細胞減少膿毒癥內皮通透性一些學者在相關肺炎模型中進一步檢測了干細胞效果，他們報道稱,老鼠給與大腸桿菌氣管內注射，18小時后肺泡灌洗液中白蛋白明顯增加，但是損傷后4小時，氣管內注射干細胞(但不包括成纖維細胞)，可以白蛋白明顯減少。33間質干細胞和急性肺損傷正如前面指出的,測量肺泡灌洗液蛋白質可以評估肺血管內皮通透性、上皮通透性,肺水含量。肺泡上皮細胞通常形成一個比內皮細胞更緊密的屏障,急性肺損傷中失去完整性具有重要意義。一些試驗試圖研究干細胞對肺泡上皮細胞的影響。34間質干細胞和急性肺損傷當暴露在強效的炎性細胞因子(IL-1b,TNF-a,和干擾素(IFN)),上皮細胞層蛋白質滲透率增加大約500%。但是當植入同種異體干細胞，蛋白質滲透性減少到控制水平。這些發(fā)現表明在急性肺損傷炎癥反應中干細胞提高關鍵肺泡上皮的屏障功能35間質干細胞和急性肺損傷肺泡液體清除率是肺上皮細胞的清除任何原因肺泡液體,肺水腫能力。ALI/ARDS中通常是肺泡液體清除率受損與惡化的結果。很多情況下可以減少肺泡液體清除率,包括高潮氣量、細菌,和促炎細胞因子研究發(fā)現發(fā)現氣管內注入干細胞在急性肺損傷4小時后減少多余的肺水。36間質干細胞和急性肺損傷一個體外肺灌注的試驗，用來測試干細胞在急性肺損傷中效果。在這個模型中,脂多糖導致肺泡液體清除率明顯減少,從每小時大約20%到接近每小時0%。成纖維細胞滴注肺受傷1小時后，肺泡液體清除率沒有影響。然而,滴注人類干細胞后肺泡液體清除率至基線水平。37間質干細胞和急性肺損傷因此,得出結論干細胞似乎改善內皮/上皮通透性和以及肺泡液體清除率。38間質干細胞和急性肺損傷移植干細胞最初注意到分化為骨,脂肪,肌肉,和軟骨，研究人員發(fā)現在1990年代末,在一定條件下,這些細胞可以發(fā)展為一個非中層表型。標記的干細胞融入博來霉素損傷后肺組織，表現出肺泡的二型肺細胞的形態(tài)學和分子特征。39間質干細胞和急性肺損傷靜脈注射脂多糖和靜脈注入干細胞24小時后，大量標記干細胞在肺實質被發(fā)現。然而,2周后,很少有標記的細胞存在,這表明大量存在的干細胞在急性肺損傷中只是一種短暫的現象。40間質干細胞和急性肺損傷對小鼠每日霧化脂多糖7天,第一天灌注入干細胞。其中一些動物中,細胞可以表達Ang-1，輸液后14天,標記細胞出現在肺內，但是這些細胞沒有進一步的特征。綜上所述,數據表明,干細胞可以分化為成熟的肺細胞，在急性肺損傷可能發(fā)生在低水平,但不太可能產生的有益效果。41間質干細胞和急性肺損傷免疫調節(jié)干細胞一直以來證明能夠抑制記憶T細胞、B細胞、自然殺傷(NK)細胞,單核細胞的分化和功能。研究表明膿毒癥模型中氣管內的注入干細胞可以使肺泡灌洗液中促炎細胞因子TNF-a和巨噬細胞炎性蛋白(MIP)2水平降低。同時有一個相應的增加抗炎細胞因子il-10、IL-1raIL-13。42間質干細胞和急性肺損傷這些研究結果表明,在急性肺損傷中，干細胞可以促使肺環(huán)境從促炎到抗炎轉變。研究表明靜脈注射干細胞可以延緩脂多糖誘導的急性肺損傷中血清促炎因子IFN-gIL-1bMIP-1a,KC(引發(fā)的小鼠相同器官)。膿毒癥小鼠動物模型中，可以靜脈注射干細胞可以減少血清TNF-a和lL-6,但在受傷24小時后增加Il-10。43間質干細胞和急性肺損傷他們還發(fā)現,干細胞治療可以減少過氧物酶在脂多糖誘導小鼠膿毒癥的肝臟和腎臟中水平,表明中性粒細胞入侵減少和器官損傷有關。然后,他們進行了一系列實驗來幫助闡明分子信號驅動這些影響。干細胞治療可以改善缺乏成熟的T細胞和B細胞基因敲除的小鼠，以及NK細胞缺陷老鼠的生存率。44間質干細胞和急性肺損傷接下來他們耗盡小鼠單核細胞和巨噬細胞發(fā)現干細胞治療不再有效,這表明這些細胞通過干細胞治療施加有益的影響。體外實驗中脂多糖刺激小鼠動物模型，干細胞被證明增加環(huán)氧酶的表達和活性，其次是增加前列腺素E2(PGE2)的水平。干細胞與巨噬細胞一起培養(yǎng),脂多糖模型中發(fā)現增加il–10。在一系列的實驗中,這種效果產生被證明依靠TLR4,MyD88TLR4NF-kB,TNF-a和TNF受體存在45間質干細胞和急性肺損傷在額外的實驗中,他們發(fā)現,巨噬細胞反應通過EP2PGE2和EP4受體由此得出結論膿毒癥中重組巨噬細胞分泌il–10激活干細胞,這減少了中性粒細胞遷移并且在組織中幫助減輕組織損傷。46間質干細胞和急性肺損傷抗菌效果這一直令人困惑的是干細胞除了可以有效的抗炎效果，然而卻顯著改善由細菌引起的敗血癥小鼠生存率。一些令人興奮的最近的實驗表明,這似乎是由于干細胞減少細菌的負擔能力。試驗發(fā)現，膿毒癥小鼠模型中靜脈注射脂多糖6小時后，生存率極大改善。他們比較損傷后28小時脾臟細菌菌落數,干細胞治療后菌落數下降一個數量級別。48間質干細胞和急性肺損傷下一步他們分離了小鼠腹膜內和脾臟的總細胞數量或CD11b1片段(單核細胞/巨噬細胞和中性粒細胞)，損傷后24小時。他們發(fā)現干細胞治療后總細胞數和CD11b1分數增加了革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌的噬菌作用的能力。額外的實驗表明,干細胞本身很少從事吞噬作用,表明他們必須間接調節(jié)宿主的吞噬細胞能力49間質干細胞和急性肺損傷最近報道,干細胞具有額外的抗菌性。這些研究人員首先發(fā)現,干細胞(比較成纖維細胞)減少大腸桿菌體外的生長。50間質干細胞和急性肺損傷干細胞條件培養(yǎng)基對革蘭氏陰性細菌生長沒有影響,除非這些細胞原先被大腸桿菌細胞刺激,表明這種誘導產生抗菌物質。他們篩選細菌刺激的干細胞的培養(yǎng)基發(fā)現大量的人類((LL-37)。合成LL-37減少大腸桿菌和銅綠色假單胞菌的生長，當與LL-37抑制性抗體同時培養(yǎng)時,受刺激的干細胞失去了抗菌活性。當老鼠大腸桿菌氣管內注射，的然后用干細胞治療4小時后,肺泡灌洗液顯示超過一個數量級減少細菌。同時使用LL-37抗體，效果卻明顯下降。51間質干細胞和急性肺損傷總的來說,結果表明細胞對細菌起到直接的作用和積極調節(jié)宿主的噬菌作用的能力。未來的實驗應該幫助闡明的確切的細胞和分子途徑噬菌作用,和可能識別額外的直接的抗菌效果。52間質干細胞和急性肺損傷其他可能的機制最近的一些研究也揭示了干細胞和組織細胞之間全新的互動機制。一些研究者通過使用溴化乙錠改變DNA來減弱A549細胞線粒體功能。隨后這些細胞同干細胞一起培養(yǎng)后，A549細胞獲得了線粒體功能，這些線粒體DNA同干細胞DNA相互匹配。延時的顯微鏡檢提示干細胞可以逐漸向A549細胞細胞質擴展，并且通過這種擴展線粒體大量轉運。然而這份報告并未確定線粒體的超微結構的機制轉移。53間質干細胞和急性肺損傷最近顯示體外骨髓間充質向心臟肌細胞線粒體轉移。電子顯微鏡顯示了極薄的結構稱為納米管，線粒體似乎通過納米管轉運。線粒體是否通過囊泡、納米管或一些其他機制轉運，觀察發(fā)現干細胞能通過直接轉移他們的線粒體，積極的挽救缺乏免疫力的細胞，顯示另一個潛在的有益的體內作用，因為線粒體缺陷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