臍帶間質(zhì)干細(xì)胞的研究進(jìn)展

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)最初是特指骨髓基質(zhì)細(xì)胞，后來研究發(fā)現(xiàn)在胎兒肝臟、肺臟、心臟等實(shí)質(zhì)臟器及臍帶血中均提取到了與骨髓基質(zhì)細(xì)胞生物學(xué)特性相似、免疫表型相同的于細(xì)胞，因此將間質(zhì)組織來源的與骨髓MSCs生物學(xué)性狀相似，具有多向分化潛能的細(xì)胞統(tǒng)稱為間充質(zhì)干細(xì)胞。MSCs因其擴(kuò)增迅速、免疫原性低，易于轉(zhuǎn)染外源基因等優(yōu)點(diǎn)使其成為組織工程最理想的種子細(xì)胞。近年來，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(Human umbilical cord mesenchymal stem cells，HUCMSCs)的概念越來越引起人們的重視[3-51。已有研究證實(shí)，在臍帶的連接組織中分離出的細(xì)胞在特定條件下能分化為軟骨細(xì)胞或神經(jīng)樣細(xì)胞，并表達(dá)神經(jīng)烯醇化酶(NsE)等神經(jīng)元特異性抗原，表明臍帶來源的干細(xì)胞具有多向分化潛能，具有作為細(xì)胞替代治療之種子細(xì)胞的可能。本文就臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的研究進(jìn)展作一綜述。

1 臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的分化潛能

干細(xì)胞是指一類具有多向分化潛能和自我更新能力的細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞是全能干細(xì)胞，理論上能分化為各種成體細(xì)胞。臍帶中富含造血、間充質(zhì)、神經(jīng)及內(nèi)皮等多種干／祖細(xì)胞，隨著對(duì)MSCs生物學(xué)特性研究的深入，認(rèn)識(shí)到MSCs除了分化為間充質(zhì)細(xì)胞譜系外，還具有向非間充質(zhì)細(xì)胞譜系如神經(jīng)細(xì)胞分化的多向分化潛能，可充當(dāng)多種器官改建或損傷后修復(fù)反應(yīng)的細(xì)胞源。2003年，Mitchell等報(bào)道采用豬進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，去除臍帶動(dòng)靜脈及臍血，將臍帶間質(zhì)干細(xì)胞純化、擴(kuò)增在DMEM培養(yǎng)體系中用2巰基乙醇(BME)、二甲基亞砜(DMSO)和丁羥基茴香醚(BHA)等一些具有還原性的物質(zhì)成功誘導(dǎo)MSCs轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)元，并表達(dá)神經(jīng)元特有的標(biāo)記如神經(jīng)絲蛋白(NF neurofilament)、神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE neuron specificenOlase)，組織化學(xué)檢測法可以看到神經(jīng)元特有的尼氏體結(jié)構(gòu)。Kim等將人臍帶剔除血管，消毒后剪碎，經(jīng)胰蛋白酶和胰酶消化，在地塞米松，磷酸甘油，抗壞血酸，異丁基甲基黃嘌呤，成纖維細(xì)胞生長因子(FGF8)等誘導(dǎo)分化下，78％的細(xì)胞表達(dá)多巴胺能神經(jīng)元樣表型。袁源等研究對(duì)人臍帶MSCs分別采用化學(xué)誘導(dǎo)，神經(jīng)營養(yǎng)因子誘導(dǎo)其分化為神經(jīng)元樣細(xì)胞，其中化學(xué)誘導(dǎo)法采用二甲基亞砜(DMSO)，叔丁基羥基茴香醚(BHA)，拂司扣林(forskolin)，丙戊酸鈉等試劑；神經(jīng)營養(yǎng)因子誘導(dǎo)法包含重組人堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)，全反式維甲酸(RA)等，結(jié)果顯示化學(xué)誘導(dǎo)法誘導(dǎo)的細(xì)胞形態(tài)更接近神經(jīng)元樣細(xì)胞，神經(jīng)營養(yǎng)因子誘導(dǎo)后的細(xì)胞平均有70％左右呈現(xiàn)典型的神經(jīng)元樣表型。范存剛等采用化學(xué)誘導(dǎo)法誘導(dǎo)臍帶MSCs向神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，其中神經(jīng)元標(biāo)志NSE和少突膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志MBP陽性細(xì)胞分別達(dá)80％和4.2％，未見到星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志GFA陽性細(xì)胞，認(rèn)為臍帶MSCs具有在較短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元樣細(xì)胞的可能性。

2 臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的抗原標(biāo)志

新鮮分離的以及誘導(dǎo)后的臍帶細(xì)胞向神經(jīng)分化主要是靠細(xì)胞形態(tài)和神經(jīng)標(biāo)志物的表達(dá)來鑒定的。人臍帶MSCs表面表達(dá)CD105(SH2)、CD73(SH3，SH4)、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106分子，它們大部分是粘附分子，bfSCs不表達(dá)CD14，CD34，CD45等造血細(xì)胞標(biāo)記，目前普遍認(rèn)為CD34、CD133則是造血干細(xì)胞的標(biāo)志。CD29屬于整合素家族，CD105是間充質(zhì)相關(guān)抗原，CD14是單核巨噬細(xì)胞表面標(biāo)志，CD11a是淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原1α鏈，CD34和CD45是造血干細(xì)胞陽性標(biāo)記，CD31是內(nèi)皮細(xì)胞特異性抗原標(biāo)記。目前尚未明確臍帶MSCs的特異性抗原標(biāo)志，通常以細(xì)胞形態(tài)、流式細(xì)胞檢測結(jié)果、多向分化潛能作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。Weiss等證實(shí)臍帶高表達(dá)MSCs相關(guān)的標(biāo)記，不表達(dá)造血細(xì)胞與移植排斥相關(guān)的細(xì)胞表面標(biāo)記，提示從臍帶連接組織來源的基質(zhì)細(xì)胞是MSCs，具有MSCs細(xì)胞的特性，是一類免疫缺陷細(xì)胞，適宜不同個(gè)體之間的移植。范存剛等通過RT-PCR檢測示OCT-4mRNA表達(dá)陽性，OCT-4是胚胎干細(xì)胞特異性基因，對(duì)維持干細(xì)胞未分化狀態(tài)具有重要作用，表明臍帶MSCs具有干細(xì)胞特性，研究還發(fā)現(xiàn)臍帶MSCs表達(dá)間充質(zhì)細(xì)胞特異性抗原標(biāo)志而不表達(dá)造血干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞特異性抗原。臍帶MSCs強(qiáng)烈表達(dá)CD13、CD29、CD105、CD44，弱表達(dá)CD106，不表達(dá)CD14、CD34、CD11a、CD31、CD45，表明臍帶分離到的貼壁細(xì)胞也屬于MSCs，與骨髓、臍血、胎肺等其他組織來源的MSCs流式細(xì)胞檢測結(jié)果一致。

3 臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)功能

Weiss等用豬臍帶MSCs移植到鼠大腦，在沒有用免疫抑制劑的情況下，豬臍帶細(xì)胞在鼠腦內(nèi)存活移行，并表達(dá)豬神經(jīng)細(xì)胞的標(biāo)記，表明臍帶MSCs可逃脫宿主免疫系統(tǒng)的排斥，MSCs沒有抗原遞呈作用。臍帶間質(zhì)細(xì)胞免疫源性較弱，能耐受更大程度上的HLA配型不符，異體移植后免疫排斥反應(yīng)發(fā)生率低或程度較輕。MSCs不表達(dá)或表達(dá)極低水平的MHC－Ⅱ分子，F(xiàn)as配體和T細(xì)胞共刺激分子B－7，CD－40，因此不易被宿主T細(xì)胞識(shí)別，并能逃脫宿主免疫系統(tǒng)的排斥。MSCs具有特殊的免疫調(diào)節(jié)功能，體外研究證實(shí)MSCs能阻斷異源T細(xì)胞的增殖，從而延長皮膚移植物的在體壽命；Ma等在人臍帶華爾通(Wharton’s Jelly)來源的MSCs的特性及向神經(jīng)細(xì)胞分化的研究中證實(shí)臍帶MSCs不表達(dá)或低表達(dá)移植免疫排斥相關(guān)的表面標(biāo)記CDSO，CD86，CD40，CD40L。Tse等證實(shí)了在混合培養(yǎng)體系中MSCs不能刺激同種異基因T細(xì)胞或外周血單核細(xì)胞增殖，表明人臍帶MSCs可能不表達(dá)MHCⅠ和MHCⅡ，同種異基因MSCs移植至中樞神經(jīng)系統(tǒng)后未見短期排斥反應(yīng)，推測MSCs免疫調(diào)節(jié)的主要機(jī)制是通過抑制樹突狀細(xì)胞發(fā)育和分泌IL－10、TGF－β等細(xì)胞因子，從而抑制異體T細(xì)胞的活化，MSCs表達(dá)的MHC－Ⅰ類分子可激活T淋巴細(xì)胞提供第一信號(hào)，但由于缺乏協(xié)同刺激分子，不能產(chǎn)生第二信號(hào)，導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞無能，從而誘導(dǎo)免疫耐受。

4 臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的應(yīng)用前景

目前以臍帶MSCs作為細(xì)胞來源的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道較少，但以骨髓或臍血等來源的MSCs通過誘導(dǎo)分化向非間充質(zhì)細(xì)胞譜系如神經(jīng)細(xì)胞分化，來充當(dāng)多種器官改建或損傷后修復(fù)反應(yīng)的細(xì)胞源報(bào)道較多。Akiyama等通過靜脈注射發(fā)現(xiàn)MSCs可使受損脊髓內(nèi)的髓鞘再生，Hofstetter等在受損脊髓的局部給予MSCs，發(fā)現(xiàn)在瘢痕組織和移植物之間有神經(jīng)纖維柬形成，MSCs在體內(nèi)遷移至受損部位及分化的機(jī)制尚不明了，局部環(huán)境的生長因子、細(xì)胞因子和局部的干細(xì)胞可能作用于此過程。在將MSCs應(yīng)用于周圍神經(jīng)再生的研究中，Dezawa等將綠色熒光蛋白(GFP)標(biāo)記的MSCs移植至坐骨神經(jīng)斷端，在再生神經(jīng)纖維中追蹤觀察到了表達(dá)GFP的MSCs。Cuevas等用BrdU標(biāo)記的MSCs注射到坐骨神經(jīng)斷端，在移植部位觀察到BrdU陽性的細(xì)胞存活，且約有5％的BrdU陽性的細(xì)胞表達(dá)S100，表明MSCs能促進(jìn)神經(jīng)纖維再生及功能恢復(fù)，其作用與移植的MSCs存活、遷移并分化為雪旺細(xì)胞密切相關(guān)。Milnura等研究表明，MSCs在體外經(jīng)β－巰基乙醇、視黃酸、forskolin和神經(jīng)營養(yǎng)因子的先后處理，可被誘導(dǎo)分化為雪旺細(xì)胞，移植修復(fù)受損大鼠坐骨神經(jīng)后，能促進(jìn)神經(jīng)再生。Tohill等則用膠質(zhì)細(xì)胞生長因子誘導(dǎo)MSCs分化為雪旺細(xì)胞，這些雪旺細(xì)胞能表達(dá)S100和GFAP等膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記分子，植入受損大鼠坐骨神經(jīng)后，仍能表達(dá)S100并促進(jìn)軸突再生和雪旺細(xì)胞遷移生長；而MSCs未經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞生長因子處理，在受損坐骨神經(jīng)中仍能表達(dá)S100，提示MSCs在神經(jīng)中可能受到局部的細(xì)胞因子和生長因子的誘導(dǎo)而分化為雪旺細(xì)胞，但其促進(jìn)神經(jīng)再生的作用略弱于受膠質(zhì)細(xì)胞生長因子誘導(dǎo)的MSCs。目前已有研究機(jī)構(gòu)正以臍帶間質(zhì)組織作為細(xì)胞來源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，相信臍帶MSCs作為進(jìn)行細(xì)胞治療、基因治療的靶細(xì)胞，以及組織工程研究的種子細(xì)胞具有廣泛的應(yīng)用前景。