骨髓基質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為神經(jīng)細(xì)胞的研究進(jìn)展

楊國宏等

[摘要] 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞具有取材簡單、增殖速度快、培養(yǎng)過程中始終保持多向分化的潛能等特點(diǎn)，已經(jīng)成為干細(xì)胞研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，是最好的組織工程種子細(xì)胞之一，還可以誘導(dǎo)分化為神經(jīng)細(xì)胞。本文對骨髓基質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為神經(jīng)細(xì)胞的研究進(jìn)展作一綜述。

[關(guān)鍵詞] 骨髓基質(zhì)干細(xì)胞；神經(jīng)細(xì)胞；骨髓

[中圖分類號] R329.2+4 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-4721（2014）11（c）-0191-03

[Abstract] Bone marrow stromal cells has derived simple，fast growth，the training process remains much to differentiate and other characteristics，has been become the hot spot in the study of stem cells，is one of the best seed cells of tissue engineering.It can also differentiate into neural cells.The article reviewes the progress of induction of bone marrow stromal cells to neural cells and its mechanisms.

[Key words] Bone marrow stromal cells；Neural cells；Bone marrow

骨髓基質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）位于骨髓中，是具有自我復(fù)制和多向分化潛能的非造血干細(xì)胞[1]。由于BMSCs具有取材容易、培養(yǎng)簡單、增殖能力強(qiáng)、可以傳代并且不改變生物學(xué)特性以及沒有倫理學(xué)及免疫排斥等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目[2-3]，BMSCs為治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種理想供體細(xì)胞[4-6]。本文將BMSCs誘導(dǎo)分化為神經(jīng)細(xì)胞的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 BMSCs定向分化為神經(jīng)細(xì)胞的研究現(xiàn)狀

1.1 體內(nèi)定向分化

大量研究表明，BMSCs在體內(nèi)可以分化為神經(jīng)細(xì)胞。有學(xué)者將來源于人的BMSCs注入小鼠紋狀體內(nèi)，5～72 d后發(fā)現(xiàn)，在腦組織切片上有供體細(xì)胞存在，同時無明顯炎癥反應(yīng)和排斥反應(yīng)[7]。Mezey等[8]進(jìn)行了雄性和雌性小鼠BMSCs移植實(shí)驗(yàn)，將雄性小鼠的BMSCs植入雌性小鼠體內(nèi)，一段時間后進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)有攜帶Y染色體的神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)在雌性小鼠體內(nèi)，提示雄性小鼠的 BMSCs在雌性小鼠的體內(nèi)分化成神經(jīng)細(xì)胞。Guillermo等[9]將BrdU標(biāo)記的大鼠BMSCs注入胎齡為15 d的大鼠胚胎的側(cè)腦室內(nèi)，在胎齡18、20 d時檢測發(fā)現(xiàn)移植的細(xì)胞形成細(xì)胞團(tuán)，2個月時檢測仍有少量的移植細(xì)胞存活，表明BMSCs可以在腦的微環(huán)境中分化為神經(jīng)細(xì)胞并存活較長時間。Chen等[10]將BMSCs應(yīng)用于腦外傷動物，發(fā)現(xiàn)其能分化為神經(jīng)細(xì)胞，并對神經(jīng)功能的恢復(fù)有明顯的促進(jìn)作用。上述實(shí)驗(yàn)表明，BMSCs在體內(nèi)可以遷移、存活、在相應(yīng)部位的微環(huán)境影響下可分化為神經(jīng)細(xì)胞，并能發(fā)揮一定的神經(jīng)修復(fù)功能。

1.2 體外定向分化

能在體外分化為有較完整功能的神經(jīng)細(xì)胞，是BMSCs作為神經(jīng)細(xì)胞移植的來源細(xì)胞應(yīng)用于臨床的基礎(chǔ)，很多學(xué)者在如何誘導(dǎo)BMSCs分化為神經(jīng)細(xì)胞方面做了大量有益的探索，取得了較大進(jìn)展，截止目前，誘導(dǎo)方法大致可歸納為以下五種。

1.2.1 細(xì)胞因子誘導(dǎo) 細(xì)胞生長因子是目前主要的誘導(dǎo)劑，大量實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞因子對于具有BMSCs較強(qiáng)的誘導(dǎo)分化作用。有學(xué)者用濃度為10 ng/ml的堿性成纖維細(xì)胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）和10 ng/ml的表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）以及1 ng/ml的血小板源性生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）聯(lián)合誘導(dǎo)BMSCs，7 d后，部分細(xì)胞表達(dá)烯醇化酶和γ-氨基丁酸（GABA）等標(biāo)志物[11]，該實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞因子和藥物同時使用可在短時間內(nèi)使BMSCs分化為神經(jīng)細(xì)胞，但以何種劑量效果最好還有待進(jìn)一步研究。

1.2.2 化學(xué)藥物誘導(dǎo) 應(yīng)用二甲基亞砜（DMSO）、β-巰基乙醇和丁羥茴香醚（BHA）體外誘導(dǎo)人和大鼠的BMSCs分化，所產(chǎn)生的細(xì)胞同時表達(dá)神經(jīng)元特異性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）和神經(jīng)絲蛋白（NF-M）等神經(jīng)元標(biāo)志物，提示BMSCs被誘導(dǎo)分化成神經(jīng)細(xì)胞[12]。Black等[13]對Woodbury的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良，先用EGF和bFGF促進(jìn)BMSCs增殖，再用DMSO和BHA聯(lián)合誘導(dǎo)BMSCs分化成神經(jīng)細(xì)胞，結(jié)果顯示，BMSCs高表達(dá)NSE，說明細(xì)胞因子和化學(xué)藥物有協(xié)同誘導(dǎo)BMSCs分化成神經(jīng)細(xì)胞的作用。使用升白細(xì)胞藥阿魏酸鈉體外誘導(dǎo)BMSCs 3 h后，發(fā)現(xiàn)30%的BMSCs表達(dá)nestin，6 h后表達(dá)NSE和GFAP的細(xì)胞達(dá)67%，表明阿魏酸鈉可以在體外誘導(dǎo)BMSCs分化為神經(jīng)細(xì)胞[14]。

1.2.3 細(xì)胞共培養(yǎng)誘導(dǎo) 細(xì)胞共培養(yǎng)是指BMSCs和其他細(xì)胞一起培養(yǎng)，被其他細(xì)胞誘導(dǎo)分化為神經(jīng)細(xì)胞。將BMSCs與鼠神經(jīng)細(xì)胞共同培養(yǎng)，結(jié)果表明BMSCs與鼠腦細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)的情況下，BMSCs向神經(jīng)細(xì)胞分化的能力明顯強(qiáng)于BMSCs單獨(dú)培養(yǎng)，可能由于兩種細(xì)胞的接觸加速了BMSCs的分化[15]。嗅鞘細(xì)胞（olfactory ensheathing cells，OECs）作為一種膠質(zhì)細(xì)胞，具有促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長和存活的作用，還可以通過分泌多種營養(yǎng)因子和黏附分子FNL、Tenacisn和laminin等來促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長[16]；李升等[17]報道，將OECs和BMSCs聯(lián)合培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)OECs能明顯促進(jìn)BMSCs向神經(jīng)細(xì)胞分化。這些研究結(jié)果表明，OECs可能是通過分泌NGF、PDGF、神經(jīng)營養(yǎng)素和腦源性營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等多種神經(jīng)營養(yǎng)因子來促進(jìn)BMSCs向神經(jīng)細(xì)胞分化。王鵬等[18]觀察發(fā)現(xiàn)鼠腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞上清液可誘導(dǎo)人BMSCs表達(dá)神經(jīng)細(xì)胞胞體和突起的特異性中間纖維，Hall等[19]發(fā)現(xiàn)BMSCs能在神經(jīng)膠質(zhì)瘤周圍促進(jìn)腫瘤間質(zhì)生成，修復(fù)腫瘤周圍受損的神經(jīng)細(xì)胞，這為神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療帶來了福音。endprint

1.2.4 自體分化誘導(dǎo) BMSCs在加入EGF、bFGF和其他細(xì)胞因子的培養(yǎng)基中能夠分化成神經(jīng)細(xì)胞，那么BMSCs能否利用本身分泌的生長因子誘導(dǎo)自體分化為神經(jīng)細(xì)胞呢？Na等[20]的實(shí)驗(yàn)回答了這個問題：將BMSCs加入缺乏誘導(dǎo)因子的培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)BMSCs能自發(fā)分化成神經(jīng)元樣細(xì)胞，并表達(dá)巢蛋白、β微管蛋白3和NSE等神經(jīng)元標(biāo)志物。因此認(rèn)為BMSCs能夠利用自身分泌的生長因子誘導(dǎo)自體分化為神經(jīng)元樣細(xì)胞。

1.2.5 中藥誘導(dǎo) 近年來有學(xué)者[21-22]發(fā)現(xiàn)，丹參、枸杞子等中藥的提取液能夠有效誘導(dǎo)BMSCs向神經(jīng)細(xì)胞分化，為臨床將BMSCs和中藥聯(lián)合移植治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2 定向分化的機(jī)制

目前認(rèn)為有以下三種可能的機(jī)制。

2.1 細(xì)胞融合

該機(jī)制認(rèn)為，BMSCs在移植入異體后所分化成的神經(jīng)細(xì)胞其實(shí)是與受體神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生了細(xì)胞融合過程。Alvarez-Dolado等[23]發(fā)現(xiàn)，BMSCs可以和小腦組織中的浦肯野細(xì)胞融合形成多倍體細(xì)胞，該研究提示細(xì)胞融合可能是BMSCs分化為神經(jīng)細(xì)胞的重要機(jī)制之一。

2.2 細(xì)胞毒性機(jī)制

細(xì)胞毒性機(jī)制認(rèn)為化學(xué)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)BMSCs分化為神經(jīng)樣細(xì)胞，其實(shí)并未生成新的神經(jīng)細(xì)胞，而是化學(xué)誘導(dǎo)劑的細(xì)胞毒性作用引起的形態(tài)學(xué)假相。為了證明化學(xué)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)BMSCs分化為神經(jīng)樣細(xì)胞是一種細(xì)胞毒性作用，有學(xué)者將BMSCs放于各種應(yīng)激條件下，均發(fā)現(xiàn)BMSCs表現(xiàn)為神經(jīng)細(xì)胞樣形態(tài)并且經(jīng)檢測NSE和NeuN表達(dá)正常，提示細(xì)胞內(nèi)的該兩種物質(zhì)密度增高是細(xì)胞毒性作用引起細(xì)胞體積變小進(jìn)而導(dǎo)致的一種病理變化[24]。

2.3 轉(zhuǎn)分化機(jī)制

轉(zhuǎn)分化機(jī)制是指BMSCs作為中胚層的細(xì)胞成分卻分化為外胚層的神經(jīng)細(xì)胞，是一種在以自身基因表達(dá)調(diào)整、微環(huán)境作用條件下發(fā)生的基因轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。Woodbury等[12]研究表明，未經(jīng)誘導(dǎo)的BMSCs可表達(dá)NF-M、MAP2和nestin等標(biāo)志物，誘導(dǎo)后這些標(biāo)志物表達(dá)均上調(diào)。以上這些研究再次確證了BMSCs具有多向分化的潛能，而且這種分化是通過部分基因表達(dá)量的調(diào)整而不是特異性基因表達(dá)的開啟而實(shí)現(xiàn)的，但是目前這種基因表達(dá)調(diào)控的具體方式和過程還不十分清楚，可能是多種調(diào)控因子共同作用的結(jié)果。

3 問題與展望

BMSCs具有取材方便，擴(kuò)增迅速，能在體內(nèi)遷移、可自體移植且可作為基因治療、細(xì)胞因子和藥物的載體發(fā)揮中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前其在臨床上的應(yīng)用才剛剛開始，其作用機(jī)制還需要進(jìn)一步探討，相信隨著研究的深入，未來BMSCs一定會在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療方面發(fā)揮不可替代的作用。

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（收稿日期：2014-11-03 本文編輯：郭靜娟）endprint