脐带干细胞综述

脐带间充质干细胞的研究进展脐带间充质干细胞的研究进展 间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSC S）是来源于发育早期中胚 层的一类多能干细胞1-5，MSC S由于它的自我更新和多项分化潜能，而具有巨 大的治疗价值 ,日益受到关注。MSC S有以下特点：(1)多向分化潜能，在适当 的诱导条件下可分化为肌细胞2、成骨细胞3、4、脂肪细胞、神经细胞9、肝 细胞6、心肌细胞10和表皮细胞11, 12；(2)通过分泌可溶性因子和转分化促进 创面愈合；(3)免疫调控功能，骨髓源（bone marrow ）MSC S表达MHC-I类分子， 不表达MHC-II类分子，不表达CD80、CD86、CD40等协同刺激分子，体外抑制混 合淋巴细胞反应，体内诱导免疫耐受11, 15，在预防和治疗移植物抗宿主病、 诱导器官移植免疫耐受等领域有较好的应用前景；(4)连续传代培养和冷冻保存 后仍具有多向分化潜能，可作为理想的种子细胞用于组织工程和细胞替代治疗。 1974年Friedenstein 16首先证明了骨髓中存在MSC S ，以后的研究证明MSC S 不仅存在于骨髓中，也存在于其他一些组织与器官的间质中：如外周血17，脐 血5，松质骨1, 18，脂肪组织1，滑膜18和脐带。在所有这些来源中，脐血 (umbilical cord blood)和脐带(umbilical cord)是MSC S最理想的来源，因为 它们可以通过非侵入性手段容易获得，并且病毒污染的风险低，还可冷冻保存 后行自体移植。然而，脐血MSC的培养成功率不高19, 23-24 ，Shetty 的研究认 为只有6%，而脐带MSC的培养成功率可达100%25。另外从脐血中分离MSC S，就 浪费了其中的造血干/祖细胞(hematopoietic stem cells/hematopoietic progenitor cells,HSCs/HPCs) 26, 27，因此，脐带MSC S(umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSC S)就成为重要来源。 一 概述 人脐带约 40 g, 它的长度约 6065 cm, 足月脐带的平均直径约 1.5 cm28, 29。脐带被覆着鳞状上皮，叫脐带上皮，是单层或复层结构，这层上 皮由羊膜延续过来30, 31。脐带的内部是两根动脉和一根静脉，血管之间是 粘液样的结缔组织，叫做沃顿胶质，充当血管外膜的功能。脐带中无毛细血管 和淋巴系统。沃顿胶质的网状系统是糖蛋白微纤维和胶原纤维。沃顿胶质中最 多的葡萄糖胺聚糖是透明质酸，它是包绕在成纤维样细胞和胶原纤维周围的并 维持脐带形 状的水合凝胶，使脐带免受挤压。沃顿胶质的基质细胞是成纤维样细胞32， 这 种中间丝蛋白表达于间充质来源的细胞如成纤维细胞的，而不表达于平滑 肌细胞。共表达波形蛋白和索蛋白提示这些细胞本质上肌纤维母细胞。 脐带基质细胞也是一种具有多能干细胞特点的细胞，具有多项分化潜能， 其形态和生物学特点与骨髓源性MSC S相似5, 20, 21, 38, 46 ，但脐带MSC S更原始， 是介于成体干细胞和胚胎干细胞之间的一种干细胞，表达Oct-4, Sox-2和Nanog 等多种胚胎干细胞的特有分子标志20，有更高的克隆形成率45，倍增时间更 短47, 56，具有更强的扩增能力， 7代后可扩增300倍20；Lund等的研究认为一 条人脐带共可扩增到1015个细胞 2947；UC-MSCS 在体外培养和体内移植都是安 全的，不会自发转化成畸胎瘤20 43，体外的细胞分裂周期可达5060次20。 目前各家报道的UC-MSCS的细胞动力学有差异，可能是由于UC-MSCS的来源不同， 包括血管间、血管周及羊膜下细胞群，由此导致了UC-MSCS的异质性20, 38。 3.1. UC-MSC 的分子标志57：目前文献报道的分子标志见表一。 脐带基质细胞的分子标志(通过蛋白，mRNA 或基因表达分析检测所得) 分子标志可得性参考文献 Vimentin20, 38 Desmin20, 38 ASMA19, 20 CD1043, 47 CD1343, 45, 47, 50, 58 CD1420, 43, 45, 47 CD29(integrin1) 41, 43, 45, 46, 49, 58 CD31（PECAM）43, 45, 47, 49, 56, 58 CD3343 CD3420, 38, 42, 43, 45-47, 49, 50, 56, 58, 59 CD38 CD44 (HCAM) CD4538, 42, 43, 45-47, 49, 50, 56, 58, 59 CD49b (integrin2) 43, 50 CD49c (integrin4) 43 CD49d (integrin3) 43 CD49e43, 56 CD51 (integrin5) CD54 (ICAM-1)/a CD5643 CD73 (SH3) CD90 (Thy-1) CD105 (endoglin, SH2) CD106 (VCAM-1)/a38, 45, 50, 58 CD117 (c-kit)/a32, 38, 47, 50, 56, 58 CD123 (IL-3 receptor)38 CD13343 CD14656 CD166 (ALCAM)45, 49 CD235a (glycophorin A)38 HLA-1 HLA-DR (MHC class II)38, 43, 45, 47, 50, 58, 60 HLA-DP (MHC class II)38, 47 HLA-DQ (MHC class II)47 HLA-A, B, C (MHC class I)38, 45, 47, 50, 58 HLA-G (MHC class I)38 STRO-138, 56 Oct-4/38, 43, 48 Nanog43, 48 SSEA-438 Sox-243, 48 reference 48细胞来源是猪，其它细胞来源均为人。 a不同参考文献的报道有矛盾 缩写: ALCAM, activated leukocyte cell adhesion molecule; HCAM, homing-associated cell adhesion molecule; HLA, human leukocyte antigen; ICAM, intercellular adhesion molecule; IL, interleukin; MHC, major histocompatibility complex; PECAM, platelet endothelial cell adhesion molecule; SSEA, stage-specific embryonic antigen; VCAM, vascular cell adhesion molecule. 3.2 人 UC-MSC 的类型 人 UC-MSC 作为一个异质的细胞群，从表型上至少有两种不同类型的细胞20： I 型和 II 型，波形蛋白在两型细胞均表达，而 I 型细胞还表达角蛋白中间丝 （Pancytokeratin） ，I 型细胞主要来源于血管周细胞。两型细胞在向软骨、骨和 脂肪谱系的分化上没有区别，但在神经谱系的分化上有区别，I 型细胞体外不 能向神经元细胞分化。 3.3 UC-MSC 的分化潜能 UCMSCs起源于胚外中胚层，脂肪、软骨、骨、心肌和骨骼肌的诱导是目 前研究最多的谱系57。目前没有发现公认的MSCS特异性表面抗原，无直接方法 可鉴定MSCS，都是通过在培养过程中出现分化表型，然后逆推得知是否为 MSCS61, 62。研究证明人UC-MSC体外可以分化为脂肪细胞、软骨细胞20, 40, 46, 56、 骨细胞、心肌细胞46, 49、骨骼肌细胞、神经元/神经胶质前体细胞20, 45, 46、多巴 胺能神经元、内皮细胞58。与BM- MSCs相比，UCMSCs分化为软骨和骨的能 力更强20，成骨分化速度更快56，而分化为脂肪的能力更弱20。在向软骨谱系 诱导时，UC-MSCs不仅表达I I型胶原，也表达I型胶原20。 四临床应用前景 近来，随着对MSCS研究的深入，逐渐发现MSCS在损伤等刺激下能参与多种 组织的修复，其机制尽管尚未完全阐明，但初步结果显示可能与创伤的刺激及 局部创面的微环境中含有各种不同的因子有关，它们具有促进MSCS趋化以及诱 导MSCS向所需要的组织或细胞分化来参与组织的修复。有研究认为MSCS通过分 泌可溶性因子来改变微环境，在促进创面愈合过程中比细胞转分化起的作用更 大。细胞分化依赖于细胞所处的三维空间结构和相应的多维分化信号62。细胞 与细胞、细胞与细胞外基质间相互作用直接影响干细胞的分化方向和进程。周 边环境对其增殖、分化有重要作用。生物体提供了复杂微妙的微环境，可以借 助生物体本身来进一步完成多种干细胞的诱导分化。 Weiss 等64, 65移植猪的 UCMSCs 到纹状体接受过神经毒素 6-羟基多巴 胺注射的大鼠脑里，结果提示 UCMSCs 移植是安全的，没有明显的宿主免疫 应答，UCMSCs 能够增殖，不形成畸胎瘤；移植的 UCMSCs 可以分化为酪 氨酸羟化酶阳性细胞。他们以后的研究发现43，移植未分化的人 UCMSCs 到单侧震颤麻痹症的大鼠脑中，UCMSCs 可以改善阿朴吗啡引起的眩晕。 Jomura 等41预先在大鼠的左侧丘脑核、海马、胼胝体和皮层显微注射了大鼠 的 Oct-4(+)UCMSCs，然后通过心跳停止再复苏造成脑缺血，实验证明预先 注射了 UCMSCs 的大鼠脑部椎体细胞的损伤最轻，提示了 UCMSCs 在脑 缺血的治疗中是有前景的。Lund 等47移植人 UCMSCs 到有早期视网膜退变 的大鼠视网膜下，通过视网膜电流图，空间分辨能力，亮度阈的测定，发现能 够促进光感受器的恢复。人 UCMSCs 可能有助于治疗视网膜退行性疾病如色 素性视网膜炎。Tsai 发现人 UCMSCs可以治疗四氯化碳诱导的大鼠的肝纤维化66。 UC-MSCS作为一种具有多能干细胞特点的细胞，不但能够成为骨髓MSC S等理 想替代物，而且具有更大的应用潜能。因为脐带有更充足的来源，收集容易， 对供者无任何损伤不受任何伦理及法理限