中药对骨髓间充质干细胞增殖、凋亡及分化的影响研究进展[权威资料]

中药对骨髓间充质干细胞增殖、凋亡及分化的影响研究进展 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 摘要 骨髓间充质干细胞（ bone marrow mesenchymal stem cells， BMSCs）是一类来源于骨髓的多能干细胞，不仅能够提供造血支持，且具有自我更新、高度增殖以及多向分化的潜能，是目前干细胞研究的热点。近年来，科研人员就中药对 BMSCs 的影响开展了一系列的研究，发现有的中药能够促进 BMSCs 的增殖，有的则能够抑制其凋亡，还有的能够 诱导其向成骨细胞、软骨细胞等多个方向分化。其中，部分研究还就作用机制进行了探讨，作者对其研究进展进行了概述。 关键词 中药；骨髓间充质干细胞；增殖；凋亡；分化；研究进展 收稿日期 2013-12-22 基金项目 国家自然科学基金项目（ 30860357） 通信作者 李玛琳，教授， E-mail： 作者简介 方健康，硕士研究生， E-mail： 骨髓间充质 干细胞（ bone marrow mesenchymal stem cells， BMCSs）已有半个世纪的研究历史 1，并日益受到研究人员的广泛关注。 BMSCs 在一定条件下可向成骨细胞、软骨细胞、心肌样细胞、血管内皮细胞、神经元样细胞、肝细胞、脂肪细胞等多个方向分化。 BMSCs 所具备的这种多向分化潜能和自我更新能力，以及较容易获取、体外扩增快、低免疫排斥等优点，使其成为干细胞研究的热点。近年来，研究人员利用中药对体外培养的 BMSCs 进行干预，以探索这些中药对 BMSCs 增殖、凋亡及分化等生命活动的影响。这些探 索将有助于阐明中医药的作用机制，将对我国中医药事业、重大疾病研究、细胞工程、组织工程等生命科学技术领域的发展产生积极的影响。 1 中药促进 BMSCs 的增殖 细胞增殖是生物体最重要的生命活动之一，是生物生长、发育、繁殖、遗传的基础。近几年研究发现，多种中药对 BMSCs 的增殖具有一定的促进作用。曾意荣等 2用由熟地黄、杜仲、补骨脂等组成的补肾活血复方颗粒对 4 周龄 SD 大鼠连续灌胃给药 7 d（高剂量组 4.4 g kg10、黄芪多糖11、羌活鱼 4等。 机制：黄进等 6认为 ，菟丝子之所以能促进 BMSCs 的增殖，可能与其促进了骨形态发生蛋白 -2（ BMP-2） mRNA 的表达有关。另有研究 12发现，龟板通过调控核转录因子 E2F实现对 BMSCs 的促增殖作用。而何首乌 13含药血清之所以具有促进大鼠 BMSCs 的增殖的作用，可能与其促进干细胞因子（ SCF） mRNA 的表达有关。 2 中药抑制 BMSCs 的凋亡 细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞程序性的死亡。研究表明，多种中药能够抑制 BMSCs 的凋亡。伏学坤等 14将 BMSCs 在 1%O 代大鼠 BMSCs 的 凋亡减少，表明其同样具有抗 BMSCs 凋亡的作用。其他如黄芪16、黄连素 17等也能抑制 BMSCs 的凋亡。 机制：温肾补阳药含药血清 18抑制 BMSCs 凋亡的作用机制主要是通过上调抑制凋亡基因 Bcl-2 的表达，下调促进凋亡基因 Bax 的表达，从而降低 BMSCs 的凋亡率。黄连素17则是通过抑制正活性氧（ ROS）的释放和 c-Jun 氨基末端激酶（ JNK）的激活，从而减少凋亡相关蛋白 CytC 的释放以及 Caspase-3 的激活，最终发挥抗 BMSCs 凋亡的作用。 3 中药诱导 BMSCs 的分化 3.1 中药诱导 BMSCs 分化为成骨细胞 曾建春等 19用含 10%肉苁蓉含药血清的 L-DMEM 培养基分别培养 P 机制：张贤等 25在研究杜仲醇提取物诱导 BMSCs 成骨分化过程中，发现 SD 大鼠 BMSCs 经诱导 3 d 后， Wnt 信号通路相关基因 Fzd2， Fzd3， -catenin， WIF1 的表达量均有显著变化，提示 Wnt 信号途径可能参与了杜仲醇诱导 BMSCs 成骨分化的过程。川续断皂苷 26诱导 BMSCs 成骨分化的机制可能与升高核心结合因子 -1（ Cbf1 ）的表达量有关，而中药骨康方 27通过激活 P38-MAPK 信号通路以及促进 Cbfal 的表达诱导去势大鼠 BMSCs 的成骨分化。云南白药含药血清 28-29促进 BMSCs 成骨分化的机制可能与影响 BMP-Smad 信号通路、 P38-Mark 信号通路等相关因子的表达有关。 3.2 中药诱导 BMSCs 分化为软骨细胞 研究者将 0.5%的复方丹参注射液加到 P 代兔 BMSCs，探讨鹿茸多肽对 BMSCs 软骨分化的影响，结果发现其对 BMSCs 向软骨细胞分化具有明显的促进作用。文献报道强肌健力饮 12、复方透骨消痛颗粒 32等也有诱导 BMSCs 软骨 分化的作用。 机制：透骨消痛颗粒 32能增加 BMSCs 中 型胶原的表达，提示其促进 BMSCs 软骨分化的机制可能与促进 型胶原表达量的升高有关。另有研究 12发现，强肌健力饮中的一种化合物 K9 可能启动了 BMSCs 的软骨分化过程，且其机制可能与 SHH 信号通路有关。 3.3 中药诱导 BMSCs 分化为心肌样细胞 李志泉等 33设计实验观察三七总皂苷（ PNS）能否诱导 BMSCs 分化为心肌样细胞，发现 150 g L 代大鼠 BMSCs 分化为心肌样细胞。其他如复方丹参滴丸 35、人参总皂苷 36等也可诱导 BMSCs分化为心肌样细胞。 机制：诱导 BMSCs 向心肌样细胞分化的作用多与抗氧化或促进某些诱导因子的产生有关，但具体机制有待进一步研究 37。也有研究发现复方丹参滴丸 35诱导 BMSCs 向心肌样细胞分化的同时，间隙连接蛋白 CX-43 表达上调，提示其作用机制可能与这一变化有关。 3.4 中药诱导 BMSCs 分化为神经元样细胞 Lu 等 38以丹参注射液作诱导剂干预 P 代的大鼠 BMSCs，探讨丹参能否诱导 BMSCs 向神经元样细胞分化，研究者将 125 L 丹参注射液与 L-DMEM 培 养基混合，诱导 BMSCs 90 min 后，免疫组化检测到神经烯醇化酶（ NSE）、胶质纤维酸性蛋白（ GFAP）的表达均呈阳性，提示丹参有诱导大鼠 BMSCs 向神经元样细胞分化的作用。研究发现，川芎嗪 39、黄芪 40、人参总皂苷 41等也能诱导大鼠 BMSCs 向神经元样细胞方向分化。 机制：陈亚男等 42发现红景天苷能够激活胞外信号调节激酶 1/2（ ERK1/2）以及另外 3 个信号通路，即PI3K/AKT/mTOR，进而诱导 BMSCs 向神经元样细胞分化，提示其机制可能与这些通路有关。而裴晶晶等 43认为红景天苷诱导 BMSCs 分化为神经细胞的过程与 Ca 有关。 4 小结 综上所述，多种中药或中药提取物能够影响 BMSCs 的增殖、凋亡或分化，且有的不止有一种作用。如黄芪不仅能够促进 BMSCs 的增殖，还能抑制其凋亡 11， 16；人参皂苷不仅能够促进 BMSCs 的增殖，还能诱导其向神经元样细胞以及心肌样细胞分化 10， 36， 41；鹿茸多肽不仅能够抑制BMSCs 的凋亡，还能诱导其成软骨分化 14， 31。 从已有的报道来看，在中医上具有 “ 补肾 ” 、 “ 壮阳 ” 、 “ 补气 ” 、 “ 补血 ” 等补益作 用的中药多能促进 BMSCs的增殖、抑制其凋亡或诱导其分化。其中，具有 “ 补肾 ” 、“ 壮阳 ” 作用的中药或其提取物多能够诱导 BMSCs 成骨分化，如肉苁蓉 19、淫羊藿苷 23、淫羊藿次苷 24 、杜仲 22等，这与中医上强调的 “ 肾主骨 ” 的理论十分契合；具有 “ 补气 ” 、 “ 补血 ” 作用的中药或其提取物多能诱导BMSCs 向心肌样细胞分化，如三七总皂苷 33、黄芪甲苷34、复方丹参滴丸 35、人参总皂苷 36等，这与中医上强调的 “ 心主血脉 ” 、 “ 气为血之帅 ” 等理论也极为相符。揭示中医中药在 BMSCs 的研究中大有 潜力可挖掘。 5 问题与展望 尽管本领域的研究取得了上述令人鼓舞的进展，但也存在诸多问题。一是中药有效成分的问题。中药成分复杂，而产生相关药理作用的活性成分可能只有一种或几种，当前本领域的大部分研究缺乏对有效成分的深入探讨。二是机制研究的问题。多数研究只对作用进行了研究而未对相应的机制进行探讨，或仅开展了初浅的机制研究。三是 BMSCs 的体外培养、鉴定的问题。 BMSCs 的体外培养、鉴定等存在诸多问题，尤其是目前没有找到其特有的表面标记物 44，使其鉴定还不能形成统一的标准。四是中药含药血 清制备的问题。1988 年日本学者田代真一首次提出 “ 血清药理学 ” 的概念45， 6 年后国内首次报道关于中药含药血清的研究 46，含药血清的应用得到国内中药研究领域的广泛认可。本领域的研究也多采用了血清药理学的方法，但尚存在诸多问题。如： “ 等浓 ” 的问题。培养基稀释了含药血清的浓度，以至于细胞的体外培养无法有效模拟体内的反应。为了解决这个问题，研究者多会采用加大给药剂量的方法来实现 “ 等浓 ” 的效果。但此方法都有其自身的局限性，如血药浓度并不是随着给药剂量的提高而呈现线性变化 47。 采血的问题。药物、采血方法 、采血时间等多种变量可能导致血清有效活性物质的含量不尽相同。 灭活的问题。对于含药血清是否需要灭活存在诸多问题。如灭活可能会导致血清中一些稳定性差的活性成分失活，进而影响实验结果 48。 众所周知， BMSCs 是组织工程中比较理想的种子细胞，研究中药对 BMSCs 生命活动的影响，对我国的中医药事业将产生良好的推动作用，在细胞工程、组织工程、重大疾病研究等领域有广阔的应用前景。比如，利用某些中药具有促进 BMSCs增殖的作用特点，可以将其应用到组织工程中对之进行安全有效的体外扩增，从而为科研、临床提供大量的 种子细胞；利用某些中药可以诱导 BMSCs 成骨、成软骨分化的特点，可以为快速治疗骨折、骨缺损、骨质疏松等骨科疾病提供新的思路；利用中药诱导 BMSCs 分化为心肌样细胞的特点，可用干细胞移植的方法重建心肌细胞，这种方法安全、有效，可能是解决心肌梗死这一难题的有效途径 49；利用中药诱导BMSCs 成神经样细胞分化的功能特点，可能对神经系统疾病的治疗产生积极的意义。 参考文献 1 Friedenstein A J， Petrakova K V， Kurolesova A I， et al. 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