l I, Mahoney DJ, et al. TSG-6 modulates the interaction between hyaluronan and cell surface CD44[J]. J Biol Chem, 2004,279(24)： 25745-25754.·综 述·
【摘要】炎症损伤在临床中非常普遍，常可引起严重并发症或导致死亡。然而传统临床治疗不仅方法有限，且效果较差。相关研究报道，间充质干细胞(mesenchymal stem cells， MSCs)能显著减轻炎症程度，极好地促进受损组织形态和功能恢复，该作用很大程度上是依赖其所分泌的TSG-6(tumor necrosis factor stimulated gene 6)而获得的。本文就MSCs该作用机制作一综述。
【关键词】间充质干细胞； TSG-6； 炎症
间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)作为一种具有自我更新及多向分化潜能的成体干细胞，具有免疫调节、调控细胞生长和修复损伤等功能[1]。通过分泌细胞因子，MSCs可影响相应靶器官结构、功能及病理状态下的修复。骨髓来源的MSCs可分泌多种细胞因子，而在炎症损伤刺激下MSCs至少可分泌11种，包括TSG-6(tumor necrosis factor stimu-lated gene 6)、HGF、TGF-β和PGE2等，而MSCs所分泌的TSG-6因其强大的抗炎作用和促细胞外基质重塑等功能被广泛关注。
1964年，Bush等[2]首次证实了干细胞在小鼠骨髓内的存在；1991年，Caplan等[3]称其为MSCs。之后，大量的研究证据表明MSCs具有独特的免疫调节以及组织修复等功能。如今MSCs的应用已作为一种细胞治疗方式进入临床Ⅱ期试验阶段，但其临床应用仍存在机制不明、远期疗效不确定等诸多问题。
MSCs作为成体干细胞，无论是应用在早期的移植物抗宿主反应、成骨不全，还是新近的克罗恩病、脊髓损伤等，均显示出显著的损伤修复作用[4]，然而并不能仅从传统的MSCs的分化作用解释其获得的疗效，因为在相当多的研究中，MSCs经动物尾静脉移植后仅能观察到极少量甚至无细胞定植于受损组织，由此说明MSCs可能通过旁分泌或细胞间相互接触发挥重要作用。研究[5]表明，MSCs可分泌多种生物活性物质作用于相应靶点。当处于损伤微环境下，MSCs能与免疫细胞相互作用，反馈性地产生多种细胞因子，进而调节免疫细胞活力和削弱炎症反应。MSCs针对炎症损伤应答至少可分泌11种细胞因子，分别为TSG-6、TGF-β、HGF、PGE-2、IL-6、IL-10、IL-1Rag、iNOS、IDO、Gal-1和HLA-G，这些细胞因子都是可溶性细胞因子，因此MSCs在炎症损伤环境下能产生足够的细胞因子发挥损伤修复作用。近年来，MSCs所分泌的TSG-6备受人们关注，它是一种具有多重作用且极其重要的抗炎蛋白。并且越来越多的研究认为MSCs移植后主要通过分泌TSG-6来促进组织损伤修复。
20世纪90年代，Lee等[6]筛选TNF-α干预的人类二倍体FS- 4纤维细胞cDNA表达文库时，首次发现TSG-6基因。而TSG-6蛋白主要由相邻的Link组件和CUB组件组成，可与透明质酸(hyaluronic acid， HA)、硫酸软骨素、蛋白多糖或聚集蛋白聚糖的G1链、间-α-蛋白酶抑制剂(inter-α-proteinase inhibitor， IαI)结合参与细胞外基质的重塑[7]。在正常成年人或动物组织中，TSG-6没有既定的分布形式。随着对其功能研究的逐渐深入，已证实该基因是存在于多种细胞中的一个保护性的炎症反应性基因，其启动子序列中存在激活蛋白及核因子白细胞介素结合位点并且可被促炎因子激活，从而在多种炎症性疾病(如风湿性关节炎)或类似炎症的生理过程(如排卵)中高表达，发挥特定作用。
通过序列对比发现，TSG-6基因编码的蛋白序列和HA结合蛋白(如CD44、软骨连接蛋白等)序列都含有高度保守的HA结合区，并且相似度达40%以上。Lesley等[8]发现，TSG-6可通过与HA结合并引起HA构象改变，继而增强其与细胞表面CD44结合的能力，介导免疫细胞的迁移和黏附，使TSG-6能很好地发挥其抗炎作用。IαI作为丝氨酸蛋白酶抑制因子的家族成员之一，由两条重链和双库尼茨抑制剂(bikunin)链组成，并且bikunin与IαI抑制效应有关。除与HA结合外，TSG-6还能通过增强其抑制IαI的活力而对抗血纤维蛋白溶酶，减轻炎症部位的受损程度。TSG-6通过从IαI转移其重链至HA并导致IαI活性bikunin的释放而实现该功能。
3.1 肺部损伤
肺部损伤是多数肺部疾病的普遍病理过程。相关研究表明，MSCs在肺损伤动物模型中能通过削弱炎症反应而起到显著治疗效果。Danchuk等[9]使用脂多糖制作了小鼠急性肺损伤模型。他们在该模型建立4h后经口咽抽吸法注入MSCs，在24、48h后检测了治疗效果，发现MSCs均能有效地减少促炎因子的表达、中性粒细胞的数量和肺水肿程度。然而，该治疗效果可能并不依靠肺内的MSCs特定分化作用，因为注射至腹腔内的MSCs也同样改善了脂多糖所诱导的肺部损伤。基因芯片检测发现，细胞移植12h后，该模型体内TSG-6均处于高表达状态。进一步研究发现，使用TSG-6基因沉默的MSCs失去了其绝大部分的疗效，而肺内注射重组人TSG-6却获得了与MSCs相当的疗效。由此说明，MSCs在急性肺损伤的治疗作用中主要是依靠其分泌的TSG-6对抗炎症反应获得。2014年，Foskett等[10]使用博来霉素诱导的肺损伤动物模型同样验证了MSCs可通过分泌TSG-6对抗早期炎症反应并以此改善肺损伤和肺功能。除此之外，研究[11]发现在特发性肺动脉高压和哮喘等肺部疾病中TSG-6均起着极其重要的抗炎症损伤作用，这也证实了MSCs通过分泌TSG-6直接或间接减弱肺炎症损伤可能是MSCs发挥治疗作用的重要途径。
3.2 急性心肌梗死
急性心肌梗死由冠状动脉急性、持续性缺血缺氧所引起，可造成心肌严重损伤坏死，通过结扎动物冠状动脉左前降支可制作急性心梗模型。Lee等[12]利用该模型研究了MSCs对其治疗作用和机制。他们经动物尾静脉注射2×106个人来源MSCs于该模型体内，并通过RT-PCR检测人Alu序列和GAPDH在体内的表达，结果表明MSCs绝大部分积累在肺组织内，而在心梗部位分别仅有(400±300)、(1480±530)个定植细胞。实际疗效表明，MSCs显著缩小了心梗面积并改善了心肌功能，因此其治疗效果并不仅仅依靠少数定植于梗死部位的MSCs的特定分化作用，另外，使用TSG-6基因沉默的MSCs会大大减弱其疗效。他们通过基因芯片技术分析了其栓塞在肺内10h后多种人来源的细胞因子转录水平，发现SMAD6,CSF1,VCAM-1和TSG-6等均可成倍的上调或者更多，然而TSG-6却上调至本底水平的28～47倍，远远高于其他细胞因子。不仅如此，他们还在体外使用TNF-α刺激同一供者来源的MSCs及成纤维细胞，发现MSCs所分泌的TSG-6量要远远高于成纤维细胞的分泌量。以上结果均表明，MSCs分泌的TSG-6在治疗急性心肌梗死中起着重要作用，并且相对于其他细胞而言，MSCs可能是分泌TSG-6的一个极好来源。
3.3 腹膜炎症和损伤
针对腹膜炎症和损伤，MSCs具有明确的组织修复和免疫调节功能，但具体作用机制尚不甚明确，2011年，Choi等[13]采用酵母聚糖(zymosan)成功诱导了腹膜炎模型，并发现移植入体内的MSCs同样通过分泌TSG-6减弱了其腹膜损伤程度。他们通过体外实验发现，MSCs在相应的炎症信号作用下，能分泌TSG-6与常驻巨噬细胞CD44受体结合，并抑制其NF-κB通路内zymosan/TLR2相关核转录因子而减少促炎因子的释放量，并反过来减弱对MSCs的刺激，整个过程形成一个负反馈系统。此外，他们还发现内皮细胞或者其他类型的细胞对该负反馈系统能起到放大作用，因此大大的抑制了促炎因子的释放，继而改善了zymosan所诱导的腹膜炎症损伤。Wang等[14]通过尾静脉或腹腔注射MSCs到大鼠腹膜损伤模型内，也观察到了显著的修复作用，而将MSCs内TSG-6基因沉默后却使它失去了原有疗效。同时，他们发现饥饿后的MSCs的条件培养基同其母体细胞一样可改善腹膜损伤，且与MSCs所获疗效无统计学差异，之后他们经蛋白芯片分析，发现饥饿24h后的MSCs培养基内所含的TSG-6能达到其本底释放的194倍，远远高于其他细胞因子相对倍数。
3.4 神经损伤
脑神经损伤可由外伤或脑缺血等因素引起，而神经损伤后脑功能的恢复主要依靠神经元存活的数量，尤其是受损或梗塞周围区域的神经元。Watanabe等[15]发现在小鼠外伤性脑损伤模型中使用MSCs可以发挥有效的治疗作用，并且主要是依靠所分泌的TSG-6在损伤的初期减少嗜中性粒细胞的外渗和基质金属蛋白酶9的表达，从而有效地改善其随后的血脑屏障渗漏状况。2013年，Lin等[16]发现MSCs应用于脑局部缺血所致的神经损伤模型中，能显著降低其血清S-100B水平，而该治疗效果很大程度依靠MSCs所分泌的TSG-6对抗大脑皮层下的中性粒细胞弹性蛋白酶和炎症因子的作用而实现。综上所述，MSCs能修复受损神经，很大程度上可能是依靠其分泌的TSG-6对抗早期炎症反应的作用。
3.5 角膜损伤
MSCs在角膜疾病中的应用很早就一直为人们所关注。近年来，研究者发现MSCs能通过分泌的TSG-6修复角膜损伤，并且作用效果极好。Oh等[17]应用重组人TSG-6于干角膜损伤模型中，并验证了其对抗角膜损伤的有效性。之后两年，该研究者还发现MSCs应用在角膜移植中也能够提高其存活率，主要是因为MSCs分泌的TSG-6在手术引起的早期炎症反应过程中所发挥的作用，这也解释了MSCs为什么能够减弱移植排斥反应。而在体外实验中，该团队发现角膜内皮细胞在受损伤时能够产生损伤信号作用于MSCs，并显著上调TSG-6的分泌量。由此可见，MSCs分泌的TSG-6能够通过抑制炎症反应而修复角膜损伤，并且可能是MSCs早期发挥抗损伤作用的极其重要媒介。
综上所述，MSCs能通过分泌TSG-6修复受损组织，其作用机制是MSCs在炎症损伤微环境下能特异性地上调TSG-6分泌量，TSG-6进一步与HA、IαI等葡聚糖苷类物质结合而直接或间接地发挥炎症抑制和损伤修复作用。目前，对于诸如脐带、脐血、脂肪等来源的MSCs是否也能同骨髓来源MSCs一样经分泌TSG-6而发挥抗炎症损伤作用还不十分明确，且TSG-6的作用机制还有待进一步研究。随着对MSCs修复组织损伤作用机制的深入研究，将有助于进一步明确其作用的本质。
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Research progress on anti-inflammatory effects of mesenchymal stem cells through secreting TSG-6
【Abstract】Mesenchymal stem cells (MSCs) are a type of adult pluripotent stem cells and have multiple biological functions, such as immune modulation, regulation of cell proliferation and repair of tissue damage. Recent studies have revealed that MSCs can also reduce inflammation, promote morphological and functional recovery of the injured tissue, and these effects mainly rely on the secretion of cytokine tumor necrosis factor stimulated gene 6 (TSG-6). This important mechanism of action has attracted increasing attention, and therefore we present this review to summarize the latest research progress in this field.
【Key words】mesenchymal stem cells; tumor necrosis factor stimulated gene 6; inflammation
doi：10.16118/j.1008-0392.2015.01.028
收稿日期：2014-04-14
基金项目：国家自然科学基金(81170436)
【中图分类号】R 364.5
【文献标志码】A
【文章编号】1008-0392(2015)01-0125-04