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间充质细胞间充质细胞 间充质干细胞研究进展 【摘要】 间充质干细胞是一种源于中胚层的早期干细胞,具有多向分化潜能,特定的条件下可分化为骨细胞、软骨细胞和神经细胞等,支持造血,具备低免疫原性和免疫调节活性,具有广泛的科研和临床应用价值。本文针对间充质干细胞的研究进展和在临床医学应用进行综述。 【关键词】 间充质干细胞、分化、免疫调节、应用 1 引言 间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC)就是指在胚胎发育过程中形成的成体间叶组织(如骨髓基质、脂肪、胎盘和脐带等)中留存下来未分化的原始细胞...

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间充质细胞 间充质干细胞研究进展 【摘要】 间充质干细胞是一种源于中胚层的早期干细胞,具有多向分化潜能,特定的条件下可分化为骨细胞、软骨细胞和神经细胞等,支持造血,具备低免疫原性和免疫调节活性,具有广泛的科研和临床应用价值。本文针对间充质干细胞的研究进展和在临床医学应用进行综述。 【关键词】 间充质干细胞、分化、免疫调节、应用 1 引言 间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC)就是指在胚胎发育过程中形成的成体间叶组织(如骨髓基质、脂肪、胎盘和脐带等)中留存下来未分化的原始细胞。MSCs主要存在于结缔组织和器官间质中,以骨髓中含量最为丰富,少量存在于血液及其他组织中。 MSCs承担着支持造血系统细胞的使命,为造血干细胞的生长、分化及自我更新提供重要的微环境,还能分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、软骨细胞等多种细胞。此外,MSCs还具有免疫调节功能,通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应 ,发挥免疫重建的功能。MSCs来源方便,易于分离、扩增和纯化,多次传代扩增后仍具有干细胞特性。MSCs的这些特性,使其在自身免疫性疾病治疗和细胞治疗等方面具有广阔的临床应用前景。 2 MSCs的来源 最常见的MSCs来源是骨髓。外周血、脂肪和胎盘等组织也可进行MSCs提取。此外,越来越多新的MSCs来源也逐渐被人们发现,如图1,为MSCs的研究与应用提供了更丰富多样的供体。 a b 图1.间充质干细胞的来源。a :骨髓MSCs的提取;b :MSCs的新来源 骨髓来源的MSCs来源方便,易于分离、扩增和纯化,多次传代扩增后仍具干细胞特性,无免疫排斥,体外基因转染率高并稳定高效表达外源基因,且能最终分化成骨、软骨和神经等组织。 越来越多的实验证明脐血能分离得到MSCs。脐血MSCs的形态、免疫表型和生长方式等生物学特征与其他来源的MSCs大致类似[1]。 1 Cheng等从十字交叉韧带中发现了MSCs,可诱导分化为软骨细胞、脂肪细胞、骨细胞等。十字韧带可从全膝关节或交叉韧带重建手术的病人身上提取,有望成为MSCs的一种可行来源[2]。 近期,人们还发现了一种新的MSC的来源——女性经血。从经血中提取MSCs是一种新的、无创且有效的提取人MSCs的方法。大多数经血来源的MSCs具有分化为肌细胞,尤其是心肌细胞的能力[3,4]。Sanberg等将经血源性MSCs体外诱导分化成神经元,用于脑修复[5]。 女性子宫内膜是一种周期性的高度再生组织,一生中可经历超过400次的脱落、生长和分化过程。Gragett等在子宫内膜中发现了小数目的MSCs,可诱导分化成心肌细胞、神经细胞、肝脏细胞、成骨细胞和脂肪细胞等九种细胞,为组织工程应用提供了一种新的MSCs来源[6]。 输卵管和子宫有着共同的起源,在月经周期中,输卵管在内分泌作用下不断进行细胞生长和再生,为精子和卵细胞融合、早期胚胎发育和子宫着床提供独特的环境。Jazedje等发现来源于输卵管的MSCs可以分化成脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞以及肌细胞等,且易于分离和扩增[7]。 3 MSCs的分离与培养 3.1 密度梯度离心法 密度梯度离心法主要根据骨髓中细胞成分的比重不同,清除红细胞,分离提取骨髓单核细胞。具体操作为:目前较常用Percoll液(1.073g/mL)和Ficoll液(1.077g/mL)进行密度梯度离心。这种方法分离培养的MSCs大小均匀,纯度较高,因此被广泛采用。 3.2 贴壁筛选法 贴壁筛选法即全骨髓法,是根据MSCs贴壁生长而造血系细胞悬浮生长的特性,通过定期换液除去不贴壁细胞,收集贴壁生长的MSCs,其纯度可达95%。此法简单、易行,所得细胞多能分化能力和增殖能力好,也被广泛采用。 在实际工作中常将上述两种方法联合应用,操作简单,经过精细筛选可以提高纯度。 3.3 流式细胞仪(FCM)分离法 流式细胞仪分选法是根据细胞体积大小不同及其表达的标志物的不同,采用流式细胞仪进行分选。MSCs体积小、相对缺少颗粒,从而分离得到高纯度MSCs。 3.4 免疫磁珠分离法 免疫磁珠分离法是根据MSCs表面带有或缺失的抗原成分进行正选或负选,用抗体包被磁珠,获得相对纯化的MSCs。 由于尚未发现MSCs具有特异性表面标志分子,且流式细胞仪分离法和免疫磁珠分离法价格昂贵,过程繁琐,对细胞活性影响较大,实验条件要求高,需要大量的骨髓,因此流式细胞仪分离法或免疫磁珠分离法一般不用作MSCs的分离培养,而用作MSCs的鉴定。 4 MSCs的特征 4.1 形态特征 2 透射电镜下MSCs又分为两种不同的形态结构类型:一种是处于相对静息期的细胞,核较大,椭圆形,含1个核仁,核质比大,胞质内细胞器少;另一种是处于相对活跃期的细胞,细胞体积大于前者,核呈不规则形,有核袋及核突,含2,3个核仁,核质较小,胞质内有丰富的细胞器。 扫描电镜下MSCs表面有微绒毛,说明细胞功能活跃,分泌能力强,可摄取大量营养物质以供生长增殖所需;MSCs分泌出丰富的细胞外基质,利于MSC的贴附生长和信号传递。 4.2 表面标志与鉴定 MSCs缺乏特异性的表面标志物,目前对于MSCs的鉴定也主要是根据它的形态、功能等,且不同来源的间充质干细胞的表面标志物也不尽相同。但有一个共识是MSCs不表达造血细胞的表面标志,如CD34、CD45和CD14,也不表达与人白细胞抗原识别有关的共刺激分子CD80、CD86和CD40及主要组织相容性复合物-II类分子。 MSCs通常具有间质细胞的表面抗原特征及内皮细胞、上皮细胞、肌细胞的表面抗原等,比如:CD105、CD73、CD44、CD90、CD71、CD271等以及IL-1R、IL-3R、IL-4R等多种生长因子和细胞因子的受体[8]。 5 MSCs的生理功能与应用 5.1 MSCs的多向分化 多分化潜能是MSCs最重要的生物学特征,不同的体外诱导条件下,MSCs不仅可以向多种中胚层来源的成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞等分化,还可以向外胚层来源的神经元细胞和上皮细胞以及内胚层来源的肠上皮细胞、肌肉细胞和肺细胞等分化,如图2。 MSCs具有取材方便、体外易分离扩增、在适宜条件下可多向分化等特点,已成为生物组织工程中一种常用的种子细胞。 图2.MSC的多向分化 5.1.1 MSCs与骨修复 研究证明,MSCs经过多个阶段才能分化成为骨细胞。Caplan根据不同时期用特异性的抗体标记成骨细胞的表面抗原,将演变过程进行了动态性的描述。其过程为:确定性骨祖细胞-前成骨细胞-过渡型成骨细胞-分泌型成骨细胞-骨细胞性成骨细胞-骨细胞[9]。 3 Pittenger等通过地塞米松、β磷酸甘油和抗坏血酸三种生长因子诱导体外培养的MSCs向成骨细胞分化,效果良好[10]。Ouyang等将加入抗坏血酸的MSCs与去矿物质的移植骨片结合植入受损部位,3周后观察显示,植入物的结构与正常骨膜相似,并向成骨、软骨分化[11]。Fan等将人MSCs与胶原-掺锶羟基磷灰石支架复合,植入大鼠颅骨缺损模型,3个月后新生骨密度增加,新生骨质量和数量都有明显提高,新生骨?型胶原成分明显增多,钙沉积,成骨分化明显[12]。这些研究表明,MSCs可诱导分化为成骨细胞,且MSCs复合适宜载体可用来修复骨缺损。 5.1.2 MSCs与软骨修复 MSCs弥补了软骨细胞难提取,体外培养易变异等缺陷,是广泛应用于软骨组织工程构建研究的种子细胞,被认为是骨肌系统构建的“金 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ”。 大量实验表明,MSCs可诱导分化为软骨细胞,构建组织工程软骨以修复软骨损伤。Cao等用腺病毒介导将Sox-9基因转移到兔MSCs中,发现MSCs成软骨分化能力增强[13]。Bhumiratana等通过转化生长因子β诱导MSCs模拟体外间充质凝结过程,构建了一种生物机械性能好的生物软骨,用于软骨缺损修复,取得较好效果[14]。Wakitani等将自体MSCs与胶原凝胶结合,移植到股骨内髁软骨缺损处,并覆盖以自体骨膜。发现术后6周缺损处产生白色至粉红色的柔软组织;术后42周,修复组织呈白色,可见部分组织为透明软骨样组织,15,。 5.1.3 MSCs与神经修复 MSCs在适宜的体内、外环境下可分化为神经元和胶质细胞,MSCs还可分化为施万细胞,释放生长因子或间接调控施万细胞在传递和神经营养作用中的活动,移植于神经系统病变的动物模型后能通过多种机制促进其神经功能恢复。 Mitchell等以碱性成纤维细胞生长因子和多种化学诱导剂对MSCs进行诱导,发现大部分MSCs转变成神经元样细胞,并高水平表达神经元标志物β-III型微管蛋白和神经微丝[16]。Nan等切除恒河猴正中神经,留下50mm长的神经缺损,用壳聚糖/ PLGA支架桥接神经缺损并注射自体MSCs悬液,12个月后观察神经缺损修复效果,与自体移植组无显著差异[17]。 此外,MSCs还广泛应用于心血管疾病、缺血性脑血管病、帕金森氏症、血液系统疾病及肝、肺、皮肤移植等领域的治疗。 5.2 MSCs与造血干细胞 MSCs可分泌多种细胞因子,如造血生长因子、趋化因子等, 调节骨髓微环境,促进自身及造血干细胞的增殖分化,对造血生成具有十分重要的作用。 Frenette等清除小鼠骨髓中的MSCs,发现这些小鼠骨髓造血干细胞的数目明显减少。在缺乏MSCs的环境下,大量被注入的造血干细胞不能归巢到骨髓,证明了MSCs是维持造血干细胞特性及 4 归巢到骨髓所必需的[18]。Walenda等发现MSCs与SCF、TPO及FGF-1联合应用能显著增强造血作用[19]。Ball等对14例血液病患者进行HLA半相合的HSCs(去除T细胞的CD34+细胞)移植,移植前4h输注自体MSCs。结果表明MSCs能够促进供体细胞植入,移植后患者均成功重建造血功能[20]。 5.3 MSCs与免疫调节 间充质干细胞具有免疫调节功能,通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应 ,从而发挥免疫重建的功能,如图3。MSCs有向创伤部位趋化的特性,定植于损伤部位的MSCs与炎症微环境之间存在交互作用,参与塑造和调控局部免疫微环境。因此,MSCs有望应用于减少免疫排斥,延长移植物存活时间,治疗相关免疫失调症,如自身免疫疾病等。 图3.MSC与免疫细胞作用的可能机制 Madec等利用NOD小鼠建立了自身免疫性糖尿病的体内模型,静脉注射MSCs观察其对NOD小鼠自身免疫性糖尿病的治疗作用,结果发现,MSCs能够通过诱导Treg的产生来阻止自身免疫系统对β细胞的破坏,从而缓解病情[21]。 Frassoni等发现,在接受HSCs移植的同时移植供者MSCs的造血组织恶性肿瘤患者发生急、慢性GVHD的发病率显著低于没有进行MSC共移植的患者[22]。 6 结语 MSCs的研究近年来取得了很大进展,在医学领域的应用价值也得到了极大肯定,但仍然存在一些问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,如:缺少特异性表面标志物,鉴定困难;多次传代后分化能力不能保留;诱导分化调控机制尚不明确等,都是有待于进一步研究和讨论的。 尽管MSCs还有很多未知因素,但MSCs具有多向分化潜能和高增殖特性,能进行免疫调控等优点,在自身免疫性疾病治疗和细胞治疗等方面具有广阔的临床应用前景。目前MSCs的研究成果已给部分疾病的治疗提供了新的途经,并逐渐被临床实践所证实。相信不久的将来,MSCs在医学上将产生重要的作用,给无数患者带来福音。 【参考文献】 [1]张瑞锋,等.间充质干细胞的来源.中国组织工程研究与临床康复,第11卷,第15期:2968-2970,2007. 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