间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）具有分化为多种组织细胞的潜能，可分化为脂肪细胞、软骨细胞、上皮细胞、神经细胞等，可广泛参与包括肺在内的受损组织的修复和重建。近年来，MSCs独特的免疫调节功能使其在自身免疫性疾病领域成为热点。现已证明MSCs可通过分泌生长因子、细胞因子、抗纤维化因子或者血管生成介质等实现旁分泌反应，并发挥免疫调节功能。最近有研究证实诱导哮喘早期移植MSCs可上调外周CD4+ CD25+调节性T细胞，降低支气管肺泡灌洗液中炎症细胞的数量，明显抑制支气管哮喘（简称哮喘）小鼠的气道炎症。因此，全面了解MSCs生物学特性有助于更深入探讨其与哮喘之间的联系，为哮喘治疗开辟新的途径。本文就近年来有关MSCs的免疫学特征、归巢机制及MSCs与哮喘的关系作一综述。
1 MSCs概述
MSCs广泛存在于全身结缔组织和器官间质中，以骨髓组织中含量最为丰富，因此统称为骨髓间充质干细胞。MSCs不仅可以分化为脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞，甚至可分化为肌细胞、肌腱细胞、韧带细胞、心肌细胞、神经细胞和其他细胞类型，其分化潜能很大程度上与环境因素有关，尤其是生长因子。由于不同实验室应用不同的分离和体外培养方法，MSCs缺乏特异性表面标记物，因此国际细胞治疗协会提出了成人MSCs的最低标准：①在塑料组织培养皿贴壁生长特性；②CD105、CD73和CD90表达阳性，CD34、CD45、CD14或CD11b、CD79a或CD19和HLA-DR表达阴性；③在体外可诱导分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。
MSCs由于具有来源广泛，易在体外培养，诱导和扩增以及免疫原性低等特性，成为组织工程，细胞工程和基因工程理想的种子细胞和研究热点。大量的研究突出MSCs的治疗作用主要在两个方面：一是调节T细胞介导的免疫反应；二是移植MSCs并使其归巢到缺血和损伤组织。
2 MSCs与免疫炎症的调控及其机制
很多研究认为MSCs具有免疫抑制特性，具体来说，MSCs可以抑制很多种T细胞的功能包括细胞的活化，而且此抑制作用在自体和同种异体移植中均存在，该现象提示此抑制作用不依赖于MSCs和T细胞之间的主要组织相容性复合体配型。而MSCs对T细胞的抑制作用是多路径的。Krampera等认为这种抑制作用依赖于细胞与细胞间的直接接触，而目前研究显示此抑制作用更大程度依赖于一些可溶性分子，其中一直被报道的有吲哚胺-2，3双加氧酶和一氧化氮；此外血红索加氧酶-1、白血病抑制因子、人类白细胞抗原-G5已被提出作为调节MSCs的免疫抑制作用的其他介质。最近Ren等发现，将MSCs与活化的T细胞共培养后，细胞间黏附分子-1（int racellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1， VCAM-1）在MSCs上表达增加，并且ICAM-1和VCAM-1表达越高免疫抑制作用更强。
MSCs所处的内环境对其免疫抑制作用的发挥有重要作用，MSCs需要初始活化，主要是由免疫细胞分泌的促炎因子γ干扰素（interferon-γ，IFN-γ）或者联同肿瘤坏死因子α、白介素1α（interleukin-1α，IL-1α）、IL-1β将其激活。缺乏IFN-γ受体大鼠来源的MSCs缺乏免疫抑制作用，这一现象也在一移植物抗宿主疾病模型体内试验中证实，研究中证实IFN-γ对MSCs的免疫抑制作用不可或缺，并且该抑制作用对IFN-γ有浓度依赖性。此外，MSCs还可以抑制树突状细胞的成熟和功能，并且抑制B细胞和NK细胞的增殖。由此可见.MSCs发挥免疫调节功能的机制是多效的、复杂的。
3 MSCs的归巢
作为一种来源于中胚层的成体干细胞，MSCs具有向损伤组织、缺血区域定向迁移的能力，称之为“归巢”。目前关于MSCs的趋向性机制还不是很清楚，但从白细胞在炎症反应中的移行过程给了我们很大的提示。许多参与白细胞限制、滚动、黏附以及从血液向组织迁移的已知分子，也被证明在MSCs上表达，其中包括整合素、选择蛋白和趋化因子受体。归巢起始于选择蛋白介导的细胞在内皮细胞上的滚动和限制，在白细胞黏附过程中起作用的P-选择蛋白和VCAM-1，也被证明在MSCs黏附到内皮细胞的过程中起重要作用；另外有报道称E和L-选择蛋白不存在，或只少量存在于人MSCs上，与P-选择蛋白相比，它们对MSCs趋化迁移的意义也许并不重要。虽然MSCs的归巢与白细胞迁移至炎症部位相似，但MSCs迁移相比白细胞迁移效率低，可能与缺乏某些黏附分子和趋化因子受体有关，另外受MSCs体积大小的影响。
有关MSCs的归巢、增殖、分化相关研究中，其中一个研究热点是趋化因子及其受体的相互作用。MSCs表达多种趋化因子受体（chemotactic factor receptors， CCR），包括CCR1、CCR7、CCR9、CXCR4、CXCR6和CX3CR1等，其中CXCR4被认为是人MSCs中的一个核心亚群。间质细胞衍生因子-1（stromal cell-derived factor 1，SDF-1）属于趋化因子家族，能和表达于包括造血祖细胞、内皮祖细胞、平滑肌祖细胞和成纤维祖细胞等多种祖细胞上的趋化因子受体CXCR4结合，是目前已知的CD34+/CXCR4+细胞最强大的趋化剂，活化的SDF-1/CXCR4信号轴在干细胞归巢和细胞迁移、趋化等多种生物效应上起调节作用。因此，一些实验室最近研究CXCR4在MSCs上的表达，Wynn等发现MSCs在细胞内高表达CXCR4（83%～98%），在细胞膜上不到1%，但在趋化因子的刺激TCXCR4在细胞表面表达增加并介导迁移；而.Von Luttichau等则报道了CCR1、CCR4、CCR7、CXCR5和CCR10的表达，却没有CXCR4，并且这些趋化因子受体均具有调控MSCs的迁移功能。尽管结果不一致，但表明MSCs确实表达多种不同的趋化因子受体，这反映了各实验室培养的MSCs的异质性，也潜在提示了MSCs利用不同的机制归巢到不同的组织发挥增强修复或者抑制炎症的效应。
整合素在细胞黏附、移行和趋化过程中也具有重要作用。在炎症反应中的白细胞移行过程中，活化的白细胞通过上调整合素的表达牢固黏附内皮细胞并渗出，最后依赖整合素和基质降解酶的作用迁移至细胞外基质。MSCs表达多种整合素，大约有50%的人MSCs被认为表达整合素α4β1，细胞通过整合素α4β1分别结合VCAM-1和纤连蛋白的V区黏附内皮细胞和细胞外基质趋化移行。最近有研究证实，抗VCAM-1抗体使MSCs向微血管内皮细胞的迁移减少；纤连蛋白碎片可提高细胞整合素α4β1的表达并使其黏附于周围基质上。其他整合素也参与了MSCs的趋化迁移，例如，Ip等研究表明整合素β1为MSCs移植后向缺血心肌迁移不同于CXCR4的另一种途径。Lee等报道了整合素α6在MSCs迁移和归巢中的作用。
此外，Tomchuck等研究发现MSCs表面表达Toll样受体（toll like receptor，TLR），TLR可激活核因子-κB（NF-κB）等信号通路，这些信号活化后可触发细胞因子、趋化因子的分泌和诱导作用。而TLR的激活可显著增强MSCs迁移，相反，使用TLR中和性抗体可使MSCs迁移减弱。这在Waterman等等研究中也得到证实，MSCs表面表达多种TLR，并且细胞的迁移、侵袭和免疫调节分子的分泌受到特定的TLR激动剂的影响。因此，在损伤和应激部位，TLR的激活可能是独特的增强MSCs的募集、迁移、免疫调节的一种独立机制。
4 MSCs与气道炎症
哮喘发病与机体免疫系统功能异常有密切关系。T细胞活化及T细胞亚群之间的平衡状态已越来越引起重视，成为哮喘发病机制研究的一个热点。其中Th1/Th2失衡和CD4+ CD25+调节性T细胞功能降低或数量下降在哮喘的发病中发挥主要作用。MSCs对T细胞具有极强的免疫抑制作用。有研究表明，诱导哮喘早期移植MSCs可上调外周血CD4+CD25+调节性T细胞，降低支气管肺泡灌洗液中炎症细胞的数量，明显抑制哮喘小鼠的气道炎症；这在Kavanagh等的研究中也得到证实，移植MSCs后卵蛋白诱导的小鼠气道炎症明显减轻，抗原特异性IgE减少、调节性T细胞增多，支气管肺泡灌洗液中IL-4减少、IL-10增多，利用中等剂量的环磷酰胺特异抑制调节性T细胞的功能之后，MSCs的上述效应消失，但气道内嗜酸粒细胞的数目仍是减少的，这说明MSCs对气道炎症发挥抑制作用不仅仅是依赖调节性T细胞，还存在别的独立的抑制炎症机制。
有研究发现MSCs在同种异体移植、多发性硬化症、自身免疫性甲状腺炎等疾病中是通过使Th1型变态反应向Th2型变态反应的转换发挥免疫调节作用的。但最新研究发现，在卵蛋白诱导的变应性气道炎症小鼠模型中，移植的MSCs通过促进CD4+T细胞向Thl表型分化从而抑制Th2细胞介导的变态性气道炎症，这个过程是依赖IFN-γ的。由此可见，MSCs发挥免疫抑制作用是多途径的，其具体作用可能与炎症环境有关。
5 MSCs与哮喘气道重塑
气道重塑是哮喘特征性病理改变之一，即使是轻度的哮喘患者也存在气道重甥的现象。发生气道重塑涉及气道结构的多种组分，包括上皮组织的丧失、上皮下纤维化、新血管生成、胶原沉积、成纤维细胞和肌成纤维细胞增生和气道平滑肌细胞的增生肥大等。
5.1 MSCs与气道上皮损伤 气道上皮作为机体阻止病原体入侵的第一道天然屏障，对气道有重要保护作用。在损伤刺激下气道上皮细胞分泌多种致炎因子、趋化因子，可异常激活上皮一间质营养单位，造成气道上皮的慢性损伤并异常修复，引起气道局部TGF-β和表皮乍长因子的失衡。TGF-β已被证明在哮喘气道重塑中具有促进胶原产生、增加细胞外基质沉积和诱导气道卜皮细胞凋亡等重要作用。因此，气道上皮的炎性损伤一修复一再损伤一再修复所导致的气道重塑可能是哮喘病发展成难治性哮喘的重要病理生理学基础。目前已经有几个实验室证实MSCs可定植于肺并分化为肺上皮细胞以缓解由脂多糖引起的急性肺损伤和博莱霉索引起的慢性肺损伤。而Spees等将人MSCs与小气道上皮细胞共培养发现一部分MSCs迅速分化为上皮细胞并回复上皮细胞单层，其他MSCs直接与上皮细胞融合，经免疫组织化学发现回收的双核细胞表达上皮细胞表面的抗原表位。最近有报道称MSCs通过修复哮喘气道上皮细胞促进气道上皮重建。因而我们可以考虑凭借干细胞技术来修复气道上皮细胞，增强上皮防御能力，防止哮喘疾病进展。
5.2 MSCs与上皮下纤维化 在哮喘慢性炎症刺激下发生反复气道上皮修复、损伤，上皮下纤维化，研究表明哮喘的上皮下纤维化程度与气道壁网状基底膜下肌成纤维母细胞的数量有关，但这些细胞的确切来源月前仍是争论的热点。有研究证实气道上皮在损伤刺激下通过释放内皮素1和TGF-β诱导上皮下成纤维细胞向肌成纤维母细胞转分化并促进细胞的增殖。而肺纤维母细胞和循环中的纤维细胞是肌成纤维细胞最可能的来源，近期有研究证实哮喘气道中肌成纤维细胞增多，可能是哮喘气道炎症募集循环中的骨髓MSCs来源的成纤维细胞至气道所致；从哮喘患者肺组织中分离的成人支气管成纤维细胞样细胞经流式细胞仪检测发现细胞表面标志物呈骨髓来源的MSCs样的结果。这些结果都提示增生的肌成纤维细胞有一部分可能来自于MSCs的迁移分化，因此确切了解MSCs迁移到靶组织的机制，对哮喘疾病的治疗可能有重大意义。
5.3 MSCs与气道平滑肌细胞（ASMCs） 越来越多的研究结果显示，ASMCs并不是完全处于从属的地位，在持续哮喘病例中，ASMCs不仅出现增生肥大，同时，在各种细胞因子、炎性介质和生长因子联合作用下，ASMCs出现向气道内膜定向移动并出现分泌功能，这一现象即为ASMCs的迁移性生长。而早期研究在哮喘患者气道固有层发现的肌纤维母细胞在显微结构、形态学和位置都与AMSCs极其相似，这都提示，这种肌成纤维细胞很可能来源于平滑肌细胞。最近有实验通过气管活检发现外周血循环中的纤维细胞能够迁移到气道平滑肌束中。这些研究提示哮喘气道重塑过程中迁移的ASMCs很可能来源于MSCs。
5.4 MSCs的旁分泌效应与气道重塑 MSCs作为具有多向分化潜能的干细胞，虽然初步研究证实外源性干细胞可定植于肺，并可分化为多种细胞参与气道重塑，但目前其具体迁移分化机制与产生的生物效应并不明确。目前更多的研究倾向于MSCs通过分泌生长因子、细胞因子、抗纤维化因子或者血管生成介质等旁分泌反应，直接或间接启动细胞内机制，参与组织修复和免疫调节等生物效应。虽然MSCs可能作为肌纤维母细胞的前体细胞，但它们表达的分子标志物不同，功能也不同。MSCs可分泌抗纤维化因子，如干细胞生长因子和肾上腺髓质素，这已在实验性心力衰竭模型中被证实。在这个试验中，移植MSCs可显著降低Ⅰ型和Ⅲ型胶原沉积，金属基质蛋白酶2（matrix metalloproteinases，MMP-2）和MMP-9也显著减少；MSCs在体外培养中也能发挥抗纤维效应，至少部分是通过调节心肌纤维细胞增殖和抑制Ⅰ型和Ⅲ型胶原起作用的。而细胞外基质的降解和沉积失衡是导致气道壁结构异常构建的重要原因，由此可见，MSCs可能通过旁分泌效应减轻气道重塑。
6 结论和展望
哮喘是严重威胁人类健康的重要疾病之一，但目前常规的治疗方法仍有一部分患者得不到缓解。近年有越来越多的研究发现移植MSCs可定向迁移至肺参与修复和重建并抑制纤维化，同时早期移植MSCs可显著抑制哮喘气道炎症。目前已有大量的临床前期和临床研究显示MSCs移植的安全性和无毒性，因此，基于MSCs的治疗可望给哮喘治疗开辟一个新的方向。
