脐带间充质干细胞治疗百草枯中毒性肺损伤的应用及机理研究

Paraquat is an efficient herbicide and has been used widely in the countryside in China. Paraquat poisoning will cause multi-organ injury. The injury is even more serious and persistent in lung. It is reported that the mortality by oral intake is about 60% to 87.8%. Most of the survivors will develop lung fibrosis later. Unluckily, at present, there is no effective method to treat paraquat induced lung injury. Considering the high mortality and poor prognosis, there is no time to delay to exploring more effective treatment method for the paraquat induced lung injury. In our previous work, we found that bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSC) relieved paraquat induced lung injury. Since umbilical cord-derived mesenchymal stem cells (UC-MSC) were demonstrated to be a best substitute to BMSC because of its many advantages, such as better proliferation and differentiation capability, unlimited source, storable for use and good safty and effectiveness in the treatment of many other diseases.Therefore, in this study, we plan to explore the effectiveness of UC-MSCs in rescuing paraquat induced lung injury in animal models. In addition, we will discuss the stem cell transplantation related points, such as the cell number, the way and the timing of transplantation.The answer of these questions will provide basis for the clinical practice. Lastly, we will explore the possible mechnisms of UC-MSCs in the treatment of paraquat induced lung injury and the role of paracrine factors in the treatment, so that to find the possibility of using the conditioned medium of stem cells in clinical treatment in the future.

百草枯是一种高效除草剂，在我国农村有广泛使用。百草枯中毒可引起多脏器受损，特别以肺组织更为严重和持久。口服病死率60%-87.8%，存活者中绝大多数会发生肺间质纤维化，预后极差。目前尚无有效救治手段。因此，探讨确切有效的治疗百草枯中毒性肺损伤的方法刻不容缓。我们前期的研究发现，骨髓间充质干细胞可缓解百草枯中毒导致的肺损伤。由于脐带间充质干细胞比骨髓间充质干细胞增殖能力更强，且来源不受限，可储存备用，并在多种疾病的治疗研究中都证明安全有效。因此，本研究拟采用脐带间充质干细胞治疗百草枯中毒动物模型的肺损伤，观察其对肺损伤急性期的保护作用，及对后期纤维化形成的影响。同时，探讨移植细胞数量，移植途径，移植时机对疗效的影响，从而为临床应用提供依据。在此基础上，探讨脐带间充质干细胞治疗百草枯中毒性肺损伤的机制，特别是干细胞分泌的生物活性因子在治疗中的作用，从而探讨应用干细胞条件培养液治疗疾病的可能性。

. 本研究拟采用脐带间充质干细胞（UCMSCs）治疗百草枯中毒动物模型的肺损伤，观察其对肺损伤急性期的保护作用，及对后期纤维化形成的影响。同时，探讨移植细胞数量，移植途径，移植时机对疗效的影响，从而为临床应用提供依据。我们首先分离、培养了UCMSCs并进行流式鉴定；并采用腹腔一次性注射的方式制备了百草枯中毒动物模型。实验结果表明，40mg/kg剂量组动物死亡率为10%，肺组织病变适中，适合用作百草枯诱导的肺纤维化动物模型。其次我们测定了百草枯中毒动物染毒后6小时和24小时血及肺组织中百草枯的血药浓度。结果血中未检测到，肺组织中分别为3.07M和1.28M。体外实验测定百草枯对UCMSC的半数抑制剂量，结果IC50为278.332μM。说明24小时移植UCMSC时百草枯不会对移植细胞产生显著的毒性作用。. 为了探讨MSC对百草枯中毒的急性肺损伤的作用，我们采用一次性腹腔注射不同剂量的百草枯，24小时后尾静脉注射UMSC治疗，观察其染毒后7天死亡率。结果表明，UCMSC输注可降低40mg/kg，50mg/kg组动物的死亡率，但是对较高剂量（60mg/kg）的百草枯中毒没有作用。百草枯中毒后存活的病人有一部分会发展为肺纤维化，严重影响病人的生活质量。本研究发现，百草枯染毒后24小鼠尾静脉注射UCMSC治疗，治疗组动物体重恢复较早，死亡率降低，肺组织纤维化程度减轻。这些结果表明，UMSC治疗百草枯中毒诱导的肺纤维化可取得一定疗效。本研究还探讨了细胞数量，移植途径，移植时机等因素对治疗效果的影响。结果表明，2x105和5x105细胞数量治疗效果类似；染毒后24h输注细胞效果好于48h输注。但由于时间有限，尚没有摸索到最佳的移植方案。深入探讨这个问题将为未来制订适当的临床治疗方案提供理论依据。此外，我们检测了UCMSC输注后在供体肺内的植入情况。结果表明，尾静脉输注后3小时可见肺内有人特异性线粒体基因（Chrome B mitochondria,CBM）的表达；但24h以后未检测到。说明UCMSC输注的治疗效果可能跟细胞植入无关。研究结果已经撰写SCI论文投稿，正在申请专利。