文摘
急性肺损伤(ALI)和更严重的形式,急性呼吸窘迫综合征(ARDS),继续成为危重患者的发病率和死亡率的主要原因。目前的治疗策略对ALI / ARDS包括支持性护理,药物治疗,呼吸机支持仍然是有争议的。更多的科学家都在关注治疗涉及干细胞,具有自我更新能力和分化成多种细胞谱系,基因疗法有可能上调表达的抗炎介质。最近,细胞和基因治疗已证明提供附加利益开辟了新篇章的治疗策略和提供了一个基础的发展创新的方法预防和治疗ALI / ARDS。
1。介绍
急性肺损伤(ALI)和更严重的形式,急性呼吸窘迫综合征(ARDS),与两国组成的综合征急性呼吸衰竭肺浸润由于内部或肺外的风险因素(1]。尽管先进的治疗原则,ALI / ARDS的发病和结果被广泛认为依旧很高。在最近的出版物(2),阿里和ARDS患者的发病率在美国15岁以上,大大低估了过去(3),据报道,每年每100000人78.9和58.7,与死亡率分别为38.5%和41.1%。阿里的发病率随着年龄的增加从16每100000人每年的15到19岁到306年每100000人每年75到84岁。死亡率随着年龄增加24%的15至19岁的60%为那些85岁或更老。前瞻性,多中心研究[4)在上海icu中发现2%的发病率ARDS患者15岁或以上的近70%的死亡率。报道的数据相差很大,一篇由Zambon和文森特(5)在2008年出版的得出结论,整个池死亡率为43%,确实有降低死亡率,大约1.1% /年ALI / ARDS患者在过去的十年里。尽管一些预期的试验支持治疗(例如,一氧化氮疗法(6),易定位(7),体外膜肺氧合(ECMO) [8,9)负责改善ALI / ARDS死亡率,莫兰et al。10)认为,医学界的零效应并不排除在外,只出现弱有效性的证据。
根据欧美共识会议(AECC)在ARDS [1,11),诊断标准的存在急性低氧血症与动脉氧的分压比的比例氧气(PaO的启发2:FiO2)300毫米汞柱或更少(ALI)或200 mmHg或更少(ARDS);双边的浸润在胸部和没有临床证据高血压左心室或肺动脉楔压18毫米汞柱或更少。广泛采用,肺损伤评分或急性生理和慢性健康评估(Apache III)或简化的急性生理评分(SAPS II)评分系统可以应用于评估的严重性ALI / ARDS和相关的临床特征(12,13]。然而,GOCA分层系统(气体交换,器官衰竭,原因,及相关疾病)被AECC推荐(11促进更多的临床信息整合和预测结果。
频繁,ALI / ARDS已经注意到全身表现,因为它的触发条件是系统性和肺的损伤会导致败血症或炎症反应综合征(14,15]。大多数研究[4,5,16,17)表明,耐火ALI / ARDS患者死于多器官功能障碍综合征(插件),而不是孤立的呼吸衰竭。直到现在没有统一的理论关于ALI / ARDS的发病机制,但它可以被理解为任何细胞或分子机制与炎症通路参与肺损伤有关。一些评论18,19]支持发现肺泡上皮和肺白细胞和凝固通路中发挥关键作用的形成和间隙ALI / ARDS和结果可以通过增加液体的速度提高间隙β肾上腺素的刺激。另一方面,一些化合物,合成了或作用于内皮细胞已被用于治疗肺损伤实验研究或人体试验。
目前的治疗方法对ALI / ARDS包括支持性护理,药物治疗,和通气支持包括高频通气(HFV),反比通气(课),压力释放通气(APRV),定位的病人,外源性表面活性剂管理、液体机械通风和体外膜肺氧合(ECMO),和二氧化碳清除(出版2R)。然而,创新的通气策略仍然是有争议的好处(20.]。合并呼吸道护理和吸入一氧化氮尚未表明严格提高整体死亡率(4]。一个研究[21)由Slutsky和Tremblay透露机械通风的恶性循环,尽管作为一个不可或缺的工具,提供足够的气体交换和在某些ARDS患者呼吸道肌肉休息,可能导致启动和/或传播的系统性炎症反应导致插件。的核心难题,问题是“什么是最有效的方式来恢复多个器官衰竭?“为了逃避这种恶性循环,创新方法,细胞和/或基因疗法,现在正在酝酿。我们搜索一些电子数据库包括通过PubMed Medline (1990 - 2011)、EMBASE通过奥维德(1990年至2011年)和Web的科学(1990年至2011年),也回顾了Cochrane图书馆找到相关文章和搜索小学和评论文章的引用列表找到文章关于细胞和/或基因治疗ALI / ARDS。本文旨在提供一些背景材料和突出的重要性和承诺这些新的治疗策略。
2。细胞治疗ALI / ARDS
最近,涉及干细胞的治疗,单独使用和自我更新能力和分化成多种细胞谱系22,23已经成为吸引眼球。干细胞为此评估包括间充质干细胞(msc)和胚胎干细胞(ES)细胞。
研究已经证明,msc治疗提供了一个重要的生存优势通过系统性管理bleomycin-induced肺损伤的实验模型(24,25),通过与endotoxin-mediated阿里(小鼠肺内的交货26,27]。持续的肺损伤和纤维化衰减的一个解释是,msc不仅迁移到终止急性肺部炎症和分化成瀑特异性细胞(28),但增加的生产可能动员内源性干细胞的生长因子。增加内源性祖细胞的动员和改变细胞因子在当地环境的修复可能有助于保护作用的干细胞移植概述罗哈斯et al。25]。另一种保护理论认为msc转变促炎与抗炎反应的平衡内毒素或博来霉素,包括增强il - 10的生产26)和阻断TNF -α和il - 129日]。尽管如此,有强有力的证据表明,祖细胞有能力嫁接和有助于肺的间充质间,这可能是有益的或有害的后果(30.),根据血统嫁接细胞(31日]。
胚胎干细胞被认为是另一个新的角度对细胞治疗ALI / ARDS。胚胎干细胞的能力来生成II型pneumocytes和细胞分化的气道上皮组织,包括基底细胞,纤毛细胞、中间细胞,或克拉拉细胞被发现(32,33]。然而,一个主要关注使用胚胎干细胞用于治疗目的是他们可能形成畸胎瘤体内;这样的致瘤性是迄今为止未知的多能成体祖细胞(34]。
与先前的报道相反,Kotton et al。35)提供的证据未能检测调整未分离骨髓或肺肺泡上皮细胞的纯化造血干细胞移植后自发荧光和死细胞被排除在分析之外。这一发现支持了合作意向书等。36)表明,骨髓衍生回家与低频气道上皮细胞由当前的技术。进一步研究,因此,在招聘管理骨髓细胞的分子机制和表型转换是必要的为了让这种方法在临床上是可行的。
3所示。基因治疗ALI / ARDS
越来越多的科学家正在关注功能基因组学方法具有巨大的潜力,解决相关问题的关键细胞表型的变化ALI / ARDS [37- - - - - -39]。例如,损伤机制由颗粒酶的释放或氧自由基通过中性粒细胞,中性粒细胞、单核细胞和血小板的聚集和激活的凝血级联使用本构生化途径和不需要感应新记录或新蛋白质的表达。此外,既定的表达但压抑的信使rna可以翻译成蛋白质在细胞信号ALI / ARDS和其相关的系统性表现。因此,使用微阵列基因的方法和其他方法迅速成为生物调查和主要工具也越来越多的被应用于ALI / ARDS。在所有的基因组学策略,一个最有效的一个是上调基因表达内皮一氧化氮合酶等抗炎介质(以挪士),抑制κB (I -κB),角质细胞生长因子(KGF),而。
炎性反应,导致损伤、一氧化氮(NO),合成了亚型的合酶(NOS)如内皮(以挪士),本构神经元NOS (nNOS)和诱导NOS(间接宾语),是一个重要的因素,在阿里的发病机制调节微血管通透性。它已被证实(40,41),在化学或炎症性压力,增加生产发生主要通过伊诺同种型。此外,过多的原因自动阻尼的合成,以挪士是更敏感比诱导同种型反馈。自1980年代以来,广泛领域的研究没有和ALI / ARDS产生了不同的结果,增加了操作的不确定性之间的微妙的平衡的疗效和毒性。系统评价(42- - - - - -44]未能识别统计上显著的有益的吸入没有对临床结果的影响。尽管瞬态改善氧化的迹象,吸入可能有害,因为它可能会导致肾功能损害。因此,最近的研究调查了非选择性NOS和伊诺选择性抑制剂。与数据支持伊诺的抑制导致有益的影响在动物模型中,非选择性抑制NOS有多个不良反应(41]。因此,潜在的角色以挪士ALI / ARDS需要澄清。尽管山下式等。45之前报道,慢性以挪士超表达结果在抗脂多糖(LPS)诱导内毒素休克使用以挪士转基因老鼠overexpressing牛以挪士基因在内皮细胞,他们修改了研究设计通过建立机械通风模型使用以挪士转基因老鼠没有刺激伊诺表达和活动,还加强了概念,没有来自慢性以挪士超表达抑制neutrophil-associated肺部水肿和炎症细胞因子通过减少生产在肺损伤46]。因为啮齿动物和人类之间的区别的反应模型,以挪士交付的临床效果和方法应该被进一步的研究评估。
转录因子核因子k B (NFκB)是一个中央监管机构的炎症和免疫反应。它仍然是在细胞质中以非活性的形式,因为它与抑制蛋白(我协会κ当NF Bs)和迁移核κB是由刺激导致磷酸化激活我的和随后的退化κB蛋白。最近,它已被证明,过度的我κBα或NFκB诱饵转染减少NFκB活动和引发分泌不仅在内皮细胞和基质细胞和单核细胞47,48),但在上皮细胞(49]。抗炎基因疗法基于核苷酸基因转移可能提供承诺ALI / ARDS但大型临床研究缺乏。
角质细胞生长因子(KGF)是一种epithelial-specific由成纤维细胞生长因子分泌和血管平滑肌细胞。它最近被发现的主要促分裂原肺泡II型细胞(50]。巴巴等人已经证明瞬态超表达hyperoxia-induced肺部KGF减弱病理生理障碍的小鼠急性肺损伤的上皮细胞的增殖和Ki67-and表面活性剂的增加蛋白C (Sp-C)阳性细胞(51]。这表明,KGF的保护特性是多因素影响的产物。在斯特恩et al。最近的研究(52),KGF落下帷幕流体中没有检测到的15幸存者除了一个病人,而13 KGF大于阈值的17 nonsurvivors病人。这不是矛盾与以前的研究结果(51,53]表明气管内的动物或静脉管理KGF对肺损伤的保护。然而,在大多数实验研究,KGF在大量(5毫克/公斤),48或72小时前受伤。因此,可能的时间管理是一个关键因素。海拔KGF体内可能发生太晚了,已经是最大的一次,上皮细胞损伤。实际上,斯特恩等。54)已经报道,在ALI / ARDS人类受试者,发现KGF在肺泡的生物活性水平,与parathyroid-hormone-related蛋白质调节肺泡上皮细胞凋亡和细胞增殖的平衡。因此,KGF基因转导应该是一个很有用的方法来克服ALI / ARDS的重要阶段尽管上皮细胞的缺点或II型细胞增生相关的超表达KGF在肺部(55]。
的配体endothelial-specific与免疫球蛋白和表皮生长因子受体酪氨酸激酶同源域2 (Tie2),而(Ang1)在胚胎血管发展中扮演着重要的角色56,57]。据报道在实验研究Ang1可以作为抗炎因子通过减少肺部炎症、血浆外渗,细胞因子和粘附分子的增加。一些数据显示,Ang1改善活性氧(ROS)诱导ALI通过衰减血管渗漏和调节炎症介质的表达(6,58]。临床试验由范德Heijden et al。59)表明,Ang1 ALI / ARDS患者水平低于控制。这些发现提供了一个理由,Ang1可以是一个值得推荐的抗炎ALI / ARDS的目标。然而,Ang1治疗的副作用可能已经注意到最近,包括肺动脉高压的发展,淋巴发芽,促炎和profibrotic效应在急性肾损伤60- - - - - -62年]。因此,未来的研究需要重点研究的两个最Tie2配体Ang1和Ang2-interferes Ang-1阻止Ang-1绑定激活的受体优化治疗ALI / ARDS的治疗策略。
4所示。基于细胞的基因治疗ALI / ARDS
基因疗法被广泛接受的是一种有前途的治疗方法的选择对于由基因决定和特发性疾病。然而,病毒载体的使用问题,从宿主免疫对肿瘤发生的反应。克服的局限性瞬时基因表达通过经典的运载体,格罗夫et al。63年)使用一种方法的逆转录病毒转导多功能从骨髓干细胞(bmsc)提供基因治疗肺上皮细胞和高达20%的肺上皮细胞可以来自bmsc。
因此,一种新的治疗方法,以细胞为基础的基因治疗与细胞的结合和基因疗法已被证明是成功的从ALI / ARDS[实验性肺血管疾病64年- - - - - -66年)或肺动脉高压(67年,68年]。组织学检查人类ALI / ARDS可细分为渗出性阶段以及随后fibroproliferative阶段(69年]。渗出性阶段特点是弥漫性中性肺泡浸润而出血,巨噬细胞的积累和富含蛋白质的肺水肿。内皮损伤和随后的内皮屏障的完整性丢失是一个先决条件发展间质水肿和渗透率的增加。这些见解损伤和炎症在ALI / ARDS的机制带来了关注治疗策略针对肺内皮。在迈克的工作等。64年),他们用皮肤成纤维细胞细胞基因治疗在阿里的老鼠模型来实现目标的Ang-1过度肺微脉管系统而绕过体内转染的问题,避免病毒蛋白的干扰。他们的过度表达,endothelial-selective酪氨酸-受体的配体,以挪士的保护酶和血红素oxygenase-1 (HO-1),持续减少肺损伤。这种治疗策略可能优于静脉管理重组Ang-1蛋白质,因为它允许转基因的更具针对性的表达和蛋白半衰期短的克服问题后注入。在进一步的调查(65年),有一个额外的影响Ang1 overexpressing msc与msc独自相比,不仅外渗的血浆蛋白和炎症细胞,而且在各种炎性细胞因子和趋化因子的水平的液体。这种协同效应的MSCs-based Ang1基因转移可能归因于它能够减少内皮细胞激活,从而阻止放大的肺损伤依赖于招募白细胞从肺循环进入肺部受伤。然而,很明显,在细胞疗法反应不需要高水平的长期持久性移植msc。这个观察是一致的报告(70年],它指向一个重要的角色对移植细胞的旁分泌行为新血管形成和组织愈合。有趣的是,这种好处也一直支持我们的研究(66年]。LPS-induced肺损伤明显减轻在msc携带Ang1治疗组相比,治疗组用msc或Ang1孤单。Ang1蛋白的表达在收件人的肺部后增加MSCs-Ang1管理。此外,MSC起源的细胞可以在收件人发现肺2周后注入与MSC。所有的研究结果表明,msc和Ang1 LPS-induced肺损伤治疗的协同作用,作为MSC-based Ang1政府可能集中在vessel-enriched肺部组织。然而,转基因msc的确切机制赋予ALI / ARDS的治疗效益模型还有待确定。此外,内皮祖细胞(epc),肺血管重建的组织工程师,被用来保护组织从阿里操纵基因转移(如一氧化氮、内皮和adrenomedullin) (15)因为肺部血管内皮的功能障碍可能在肺动脉高压的发病机制中发挥作用与ALI / ARDS。赵et al。68年)报道,内皮祖细胞(epc)设计过度表现以挪士明显比独自内皮祖细胞在更有效的野百合碱模型血管损伤,产生附近建立了完全相反的肺动脉高压。大量的临床试验需要评估细胞基因治疗的安全性和有效性在几个不同的病态。
尽管低比例的保留的局限性肺细胞宿主免疫反应的不完整和不确定性,结合细胞和基因治疗的协同作用对ALI / ARDS不仅允许直接针对肺癌的临床干预,但也提供了一个特定站点源释放治疗蛋白质和/或其他细胞产品的保留细胞。细胞基因治疗ALI / ARDS的治疗开辟了一个新的篇章策略和提供了一个基础的发展创新的方法预防和治疗ALI / ARDS。
5。结论
急性肺损伤(ALI)和更严重的形式,急性呼吸窘迫综合征(ARDS),继续成为危重患者的发病率和死亡率的主要原因。介入方法如细胞治疗和基因治疗ALI / ARDS的出现而经典的治疗策略仍广泛采用。细胞和基因治疗已经证明提供附加利益有重大贡献的承诺的修理、更换,受损组织和器官的再生。细胞基因治疗,因此,应该是一个预期ALI / ARDS的方法。
承认
本研究由国家自然科学基金补贴项目(没有。30770930),由上海主题项目首席科学家(07 xd14012)和上海领导人才项目(2010号036年JMQ)。作者感谢我们的同事,Hanssa Summah,英语写作的修改。