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胰腺炎是一種臨床上常見的危及人類健康的疾病,主要由胰蛋白酶的自身消化作用引起。根據病理改變的不同可分為急性和慢性胰腺炎。其中,急性胰腺炎根據嚴重程度不同又可分為輕癥急性胰腺炎和重癥急性胰腺炎。
輕癥急性胰腺炎主要以胰腺充血、水腫以及炎性細胞浸潤為主,是一種自限性疾病,預后較好;而重癥急性胰腺炎多伴有胰腺出血、壞死、感染以及腺泡細胞凋亡等病理改變,常合并多器官功能障礙,病情進展迅速,病死率極高。慢性胰腺炎是由于各種病因所導致胰腺組織和功能出現不可逆性病理改變的一種慢性炎癥性疾病,多伴有胰腺內外分泌功能障礙,預后差。
間充質干細胞 (mesenchymastem cels,MSCs)在細胞治療方面具有巨大的潛力。MSCs不但具有低免疫原性和免疫調節的能力,而且還具有多向分化、定向遷移、組織修復以及對炎癥損傷的抑制等能力。已有研究表明,MSCs在一些炎癥相關疾病的治療中起重要作用,如對缺血/再灌注損傷的治療、急性腎損傷的修復等,為胰腺炎的治療提供新的思路和策略。
MSCs在急性胰腺炎治療中的作用
普遍認為,胰腺實質內腺泡細胞消化酶,如胰蛋白酶原的激活及自身消化是觸發急性胰腺炎發病的關鍵。活化的消化酶引起胰腺間質水腫,空泡形成,甚至導致腺泡細胞凋亡、壞死。同時胰腺的病理改變也促使炎性細胞(巨噬細胞和淋巴細胞等)產生大量的炎性介質,如白細胞介素 (interleukin,IL)1β、IL4、IL-5、IL-6、IL-10、γ干擾素以及腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor,TNF-α)等。這些炎性介質觸發全身炎癥級聯反應,促使全身炎癥反應發生,甚至引起多器官功能衰竭,導致患者死亡。MSCs不但可以抑制炎癥反應的發生,緩解胰腺本身的損傷,而且可以緩解重癥胰腺炎中胰腺以外各器官的損傷,從而達到治療急性胰腺炎的目的。
1)MSCs通過抑制炎癥反應緩解胰腺損傷
經脫氧膽酸鈉處理后的胰腺腺泡細胞存活率顯著下降,同時淀粉酶分泌率以及乳酸脫氫酶的泄漏率均明顯增加。除此之外,超氧化物歧化酶活性顯著降低,而丙二醛水平則顯著增加。當加入MSCs進行干預后,腺泡細胞存活率顯著增加,且酶系分泌率明顯降低,同時顯著緩解氧化應激反應。此外,以不同的實驗方法分別誘導 Sprague-Dawley(SD)大鼠輕癥急性胰腺炎和重癥急性胰腺炎模型,然后通過大鼠尾靜脈注射 MSCs來觀察MSCs對不同程度急性胰腺炎的治療效果。結果發現,MSCs特異性地定向遷移至受損胰腺組織。不僅如此,共聚焦以及原位雜交結果提示,MSCs的遷移可能與炎癥程度有一定關系。無論是輕癥還是重癥急性胰腺炎組,在MSCs干預后,胰腺組織的充血水腫、炎性細胞的浸潤得到了顯著緩解,實質出血、壞死情況以及腺泡細胞的凋亡也顯著降低。不僅如此,在MSCs干預后,胰腺炎相關生化指標如淀粉酶和脂肪酶水平明顯降低。同樣地,MSCs有效地緩解了胰腺水腫程度。此外,MSCs對過氧化物酶的活性起到明顯的抑制作用,有效下調因過氧化物酶造成的氧化應激效應。更有研究發現,MSCs對重癥急性胰腺炎的治療具有一定的時效性和量效性。相較于發病前以及發病后數小時,重癥急性胰腺炎發病時立即給予MSCs進行干預可以更加有效降低病死率,緩解胰腺損傷,降低胰外器官損傷發生率。
2)MSCs有效地緩解胰外器官損傷
重癥急性胰腺炎中最常見的胰外受損臟器是肺損傷。急性胰腺炎發生早期,TNF-α和P物質在重癥急性胰腺炎合并急性肺損傷的發生過程中發揮了重要作用。由于炎性因子的作用,肺血管上皮屏障通透性過度提高,伴隨著液體大量的滲透進肺泡間隙以及肺間質,導致肺水腫和換氣障礙。MSCs不僅可以有效地緩解肺泡和肺間質水腫、減少出血、降低炎性細胞的浸潤以及緩解肺葉結構的損害,而且可以有效降低 TNF-α和P物質水平,通過抑制炎癥反應修復受損肺組織。
在大鼠實驗模型中,急性壞死性胰腺炎發生后會引起胰腺、肺臟以及小腸血管內膜細胞水通道蛋白表達顯著下調。MSCs不但可以顯著降低血清淀粉酶、尿素及肌酐水平,而且通過透視電子顯微鏡檢查,發現MSCs亦可以有效緩解腎臟血管內皮的損傷,顯著改善其通透性。通過下調小腸血管內皮細胞水通道蛋白1的表達水平,MSCs同樣可以有效改善小腸血管內皮屏障,降低液體漏出量,進而緩解重癥急性胰腺炎所造成的小腸損傷。此外,MSCs還可以有效緩解小腸固有層的破壞情況 (毛細血管暴露以及局部出血等),抑制炎性細胞浸潤,增加小腸絨毛細胞以及固有層腺體的存活率。
MSCs在慢性胰腺炎治療中的作用
在慢性胰腺炎發生、發展過程中,胰腺組織和功能出現不可逆性的病理改變。在這一過程中,大量的細胞外基質的蓄積導致胰腺纖維化的發生,隨著纖維化的不斷進展,又進一步引起胰腺內分泌及外分泌系統的功能障礙。MSCs亦可以顯著抑制單核細胞和巨噬細胞向受損胰腺組織的不斷募集,而研究表明單核細胞以及巨噬細胞的募集效應也是促進慢性胰腺炎進展的重要方面。進一步抑制大量涉及胰腺組織纖維化的炎性因子、趨化因子和黏附因子,如轉化生長因子β、轉化生長因子α、單核細胞化學趨化蛋白1、胞間黏附分子1,從而抑制PSC的活性,并且促進PSC凋亡或者恢復到休眠狀態,降低PSC所產生的炎性因子,最終緩解由PSC所致的膠原蛋白沉積以及胰腺纖維化的進程。
除了自身對炎性損傷的修復作用外,MSCs還具有低免疫原性和免疫調節的能力,以及向炎性損傷部位定向遷移的能力。這些特性表明,MSCs可能作為治療載體對炎性損傷進行修復。
隨著醫學技術水平不斷進步,治療理念不斷更新,胰腺炎的診斷更加準確及時,治愈率也有了一定程度的提高。然而,仍沒有一種真正有效的治療手段來治愈此類疾病。大量的研究表明,MSCs因其自身獨特的特點在治療各種炎性損傷疾病方面發揮重要作用。MSCs能夠有效緩解甚至逆轉胰腺炎所造成的損傷。在急性胰腺炎發生時,MSCs可以通過其自身的炎癥趨向性,大量蓄積在受損胰腺組織中,且蓄積程度與胰腺組織受損程度有關。MSCs可以通過抑制B細胞以及CD3+、CD4+T細胞增殖,促進輔助T細胞產生,進而抑制炎性因子和炎性介質過表達,促進抗炎因子表達,有效降低全身炎癥反應發生率,最終緩解胰腺損失的進展。同時,MSCs治療急性胰腺炎具有一定的時效性和量效性。重癥急性胰腺炎發展過程 中,胰外器官損傷也是造成死亡的重要因素。在這個過程中,除了炎性介質的過度激活、表達,血管內膜屏障的破壞也起到了關鍵作用。而MSCs除了抗炎作用外,通過解除重癥急性胰腺炎對水通道蛋白的抑制,進一步緩解血管內膜屏障的損傷,來改善胰外器官的灌注,從而減少多器官功能障礙的發生。MSCs則發揮其抗炎作用,抑制單核細胞和巨噬細胞向受損胰腺的聚集,從而抑制大量促胰腺纖維化的炎性因子、趨化因子和黏附分子的激活表達。而這些又進一步抑制了PSC的活性,促使PSC恢復到休眠狀態。另外,因為MSCs的特定趨向性,可以作為治療載體來治療慢性胰腺炎。