骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞的研究進(jìn)展

王婷婷 周雪穎 劉黎青 朱 紅

(山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟(jì)南 250355)

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)又稱骨髓基質(zhì)干細(xì)胞，是骨髓內(nèi)的一類非造血干細(xì)胞，它能夠分化為多種中胚層來(lái)源的間質(zhì)細(xì)胞。心肌細(xì)胞不具備再生能力，故損傷的心肌細(xì)胞無(wú)法通過(guò)自身的增殖和分化來(lái)修復(fù)，心肌梗死、心衰、心肌重構(gòu)等均為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)方法難以醫(yī)治的頑疾。近年研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs在一定的誘導(dǎo)條件下，可以分化為心肌細(xì)胞。BMSCs具備易獲得性、多向分化性、快速增殖等特性，作為組織工程種子細(xì)胞移植治療肌肉壞死性疾病，已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)〔1〕。本文就BMSCs誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞的國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展做一綜述。

1 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性

BMSCs具有很強(qiáng)的自我更新、分化增殖和多向分化潛能的特點(diǎn)〔2〕。體外培養(yǎng)的BMSCs易于貼壁生長(zhǎng)，細(xì)胞體積小，呈梭形和致密的放射狀排列，核漿比大。BMSCs具有極大的體外擴(kuò)增能力，細(xì)胞可擴(kuò)增15～70個(gè)倍增周期，即使連續(xù)多代培養(yǎng)，也不會(huì)喪失其正常的核型和端粒酶活性。BMSCs與骨髓造血干細(xì)胞明顯不同，前者具有獨(dú)特的表征，一般認(rèn)為細(xì)胞表面蛋白如SH2、SH3、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106、CD120、CD124、CD166呈陽(yáng)性，而CD14、CD34、CD45造血譜系標(biāo)記陰性，這成為鑒定BMSCs的依據(jù)。

2 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞的影響因素

2.1細(xì)胞因子類 研究發(fā)現(xiàn)〔3〕，堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子可促進(jìn)大鼠胚胎心肌細(xì)胞移植后的成活。在移植后一周，可見(jiàn)大鼠缺血心肌瘢痕區(qū)出現(xiàn)新生血管，局部心肌收縮功能明顯改善。血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)可顯著增強(qiáng)體外培養(yǎng)骨髓和臍血干細(xì)胞的增殖能力。將年輕人骨髓來(lái)源的內(nèi)皮前體細(xì)胞注入老年人心臟，能使衰老血管生成PDGF-B的功能得以恢復(fù)，從而改善患者的心功能。Xaymardan等〔4〕進(jìn)一步研究認(rèn)為PDGF-AB可促進(jìn)成體骨髓干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化。

章培軍等〔5〕分離培養(yǎng)大鼠BMSCs,在第4代BMSCs中添加肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(20 ng/ml)對(duì)其進(jìn)行誘導(dǎo)分化，結(jié)果顯示，誘導(dǎo)后細(xì)胞呈梭形，排列方向漸趨一致，有肌管樣結(jié)構(gòu)形成，TroponinT及Connexin43的表達(dá)呈陽(yáng)性，并可見(jiàn)清晰的肌小節(jié)。

此外，胰島素樣生長(zhǎng)因子也可以誘導(dǎo)BMSCs分化為心肌細(xì)胞。

2.2炎癥因子類 心肌營(yíng)養(yǎng)素I(CT-1)是白細(xì)胞介素-6細(xì)胞因子家族的一員，最早發(fā)現(xiàn)其具有促進(jìn)細(xì)胞肥大的作用，在先天性心臟病、心肌病、進(jìn)行性心力衰竭和心肌梗死等病理過(guò)程中均有過(guò)度表達(dá)。彭朝權(quán)等〔6〕實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，0.1 μg/L的CT-1能夠單獨(dú)在體外誘導(dǎo)西藏小型豬BMSCs轉(zhuǎn)化為心肌樣細(xì)胞，誘導(dǎo)后的細(xì)胞獲得部分心肌細(xì)胞特異性蛋白(α-actin、cTnT)的表達(dá)。

研究發(fā)現(xiàn)〔7〕，血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)后2周的傳代人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中，檢測(cè)到明確的GATA-4和Nkx2.5基因表達(dá)，而且表達(dá)強(qiáng)度在逐漸增加。作為心臟前體細(xì)胞的最早標(biāo)志物，它們的表達(dá)表明了BMSCs經(jīng)誘導(dǎo)后向心臟前體細(xì)胞分化，而且其趨勢(shì)與向成熟心肌細(xì)胞分化的過(guò)程相符。同時(shí)檢測(cè)到cTnT的表達(dá)，更加證實(shí)了人骨髓基質(zhì)干細(xì)胞在體外血管緊張素Ⅱ的誘導(dǎo)下可分化為心肌樣細(xì)胞。

此外，還有血管緊張素1、腎素等炎癥因子可誘導(dǎo)BMSCs的心肌樣分化。

2.3中藥類 目前發(fā)現(xiàn)的可使BMSCs心肌樣分化的中藥誘導(dǎo)劑〔8〕包括：皂苷類、黃芪及黃芪甲苷、丹酚酸B、淫羊藿苷、地黃低聚糖、川芎嗪等類，中藥復(fù)方誘導(dǎo)劑包括一些益氣活血方或者活血化瘀方，如雙丹方、復(fù)方丹參滴丸等。

2.4西藥類 組蛋白乙?；钦T導(dǎo)BMSCs向心肌樣細(xì)胞分化的機(jī)制之一，董亮等〔9〕取培養(yǎng)的第2代BMSCs，應(yīng)用丁酸鈉誘導(dǎo)其向心肌樣細(xì)胞分化，結(jié)果表明加入丁酸鈉后組蛋白去乙?；富钚越档停募〖?xì)胞特異性蛋白連接蛋白43和肌鈣蛋白T的表達(dá)明顯增高，說(shuō)明丁酸鈉能夠有效誘導(dǎo)BMSCs向心肌樣細(xì)胞分化，其機(jī)制可能與抑制組蛋白去乙酰化酶活性，增強(qiáng)組蛋白的乙?；嘘P(guān)。

P53基因是一種抑癌基因，編碼的P53蛋白能誘導(dǎo)下游P21蛋白，P53-P21蛋白通路可以抑制干細(xì)胞的分化和增殖。燕學(xué)波等〔10〕發(fā)現(xiàn)，通過(guò)P53特異性抑制劑阻斷P53-P21蛋白通路，能夠有效誘導(dǎo)BMSCs分化為心肌樣細(xì)胞。

張東營(yíng)等〔11〕研究發(fā)現(xiàn)，氯吡格雷可促進(jìn)BMSCs向缺血損傷心肌組織的定向遷移，使更多的BMSCs發(fā)揮其相應(yīng)作用，最大化的改善心功能；抑制BMSCs的凋亡，使其可發(fā)揮長(zhǎng)期作用；協(xié)同BMSCs發(fā)揮抗炎作用。以上是氯吡格雷在BMSCs治療缺血性心肌病中的影響。

2.5物理因素 朱淑霞〔12〕研究發(fā)現(xiàn)，脈沖電磁場(chǎng)暴露可通過(guò)抑制細(xì)胞縫隙連接功能，引起Cx43的過(guò)磷酸化等作用，促進(jìn)大鼠BMSCs增殖，并向心肌樣細(xì)胞分化。

鐘世根等〔13〕發(fā)現(xiàn)，脈沖超聲輻照微泡可促進(jìn)BMSCs歸巢到心肌缺血部位，為缺血性心臟病的治療提供一種新的干細(xì)胞移植方式。

2.6其他 Blin等〔14〕用骨形態(tài)蛋白2誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞分化為表達(dá)OCT4、SSEA-1、MESP-1的心臟祖細(xì)胞，將其應(yīng)用于非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型的梗死心肌區(qū)后顯示移植的心臟祖細(xì)胞可以分化為心室肌細(xì)胞，并使20%的梗死瘢痕區(qū)域重建。

王海萍等〔15〕取大鼠BMSCs用催產(chǎn)素體外誘導(dǎo)，誘導(dǎo)后4周可見(jiàn)BMSCs表達(dá)出心肌特異性蛋白。

2.7國(guó)外最新研究進(jìn)展舉隅 mir-124是新近發(fā)現(xiàn)的在心臟發(fā)育、肌分化過(guò)程中起重要調(diào)控作用的肌特異性miRNA,有研究發(fā)現(xiàn)〔16〕，強(qiáng)迫表達(dá)mir-124導(dǎo)致顯著下調(diào)心肌特異性markers-ANP，TNT，α-MHC蛋白以及減少心臟鉀通道電流；相反，抑制mir-124與反義寡核苷酸 AMO-124則可以明顯扭轉(zhuǎn)以上變化。無(wú)論上調(diào)還是下調(diào)小鼠或果蠅mir-124的表達(dá)，小鼠、果蠅無(wú)一例外出現(xiàn)發(fā)育畸形。miRNA-1的表達(dá)平衡對(duì)于心臟的正常發(fā)育至關(guān)重要。mir-124通過(guò)調(diào)控STAT 3基因的 3′UTR ，以抑制STAT 3蛋白的表達(dá)，但不影響其表達(dá)水平。以上對(duì)于BMSCs的心肌化發(fā)生機(jī)制提供了新見(jiàn)解。

3 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植在心臟疾病方面的研究應(yīng)用

心肌來(lái)自中胚層間充質(zhì)細(xì)胞，在胚胎發(fā)育期，間充質(zhì)細(xì)胞分化為成肌細(xì)胞，再進(jìn)一步分化為成熟肌細(xì)胞，然而成人心肌沒(méi)有成肌細(xì)胞，對(duì)于有絲分裂信號(hào)作出的反應(yīng)是細(xì)胞肥大，而不是細(xì)胞增殖，致使損傷后心肌再生和修復(fù)嚴(yán)重受限。從治療的角度看〔17〕，BMSCs容易制備并具有免疫特權(quán)，正在成為一個(gè)非常有希望的治療劑，用于組織再生和修復(fù)。在動(dòng)物心肌梗死模型的研究中已經(jīng)證明，移植BMSCs可分化為心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞。最重要的是，移植BMSCs分泌多種可溶性因素大大有助于心臟修復(fù)。這些特性可以用來(lái)防止和扭轉(zhuǎn)在心室缺血中的重塑，減少瘢痕面積，提高心功能。

4 小 結(jié)

BMSCs在各種體內(nèi)外環(huán)境的誘導(dǎo)下可以分化為心肌樣細(xì)胞，這為臨床上很多心臟疾病患者帶來(lái)了福音。但是細(xì)胞移植還存在許多問(wèn)題尚待解決：干細(xì)胞分化劑是否使用及使用濃度，如何提高心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)化率，移植的細(xì)胞數(shù)量、時(shí)機(jī)、移植途徑，分化細(xì)胞的壽命。移植細(xì)胞與宿主細(xì)胞間的機(jī)電同步化，術(shù)后有無(wú)惡性心率失常、心臟破裂等嚴(yán)重現(xiàn)象?？傊?，BMSCs的誘導(dǎo)分化和移植還需要進(jìn)一步的深入研究。

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