甲狀腺干細(xì)胞的研究進(jìn)展

鄭仁東 劉超

甲狀腺干細(xì)胞的研究進(jìn)展

鄭仁東 劉超

甲狀腺干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制能力及具有向甲狀腺細(xì)胞分化潛能的未分化細(xì)胞。近年來(lái)，關(guān)于甲狀腺干細(xì)胞的研究日益成熟，已經(jīng)成功地從胚胎干細(xì)胞、甲狀腺成體干細(xì)胞和骨髓干細(xì)胞誘導(dǎo)分化出甲狀腺濾泡細(xì)胞，這類細(xì)胞能夠表達(dá)甲狀腺特征性基因，并具有攝碘功能。甲狀腺干細(xì)胞的研究為臨床甲狀腺疾病的治療，特別是甲狀腺干細(xì)胞移植奠定了基礎(chǔ)。

甲狀腺；干細(xì)胞；分化；甲狀腺濾泡細(xì)胞

正常的甲狀腺功能對(duì)人體的發(fā)育、成長(zhǎng)和代謝平衡至關(guān)重要，其先決條件是甲狀腺發(fā)育良好，碘攝取和甲狀腺激素合成功能沒(méi)有異常。當(dāng)甲狀腺發(fā)育及甲狀腺激素合成過(guò)程出現(xiàn)任何缺陷時(shí)，均可能導(dǎo)致甲狀腺功能受損。晚近的研究發(fā)現(xiàn)，甲狀腺內(nèi)存在干細(xì)胞組分，后者具有多向分化潛能，并在適當(dāng)?shù)姆只瘲l件下（包括激活素A、胰島素和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1）能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生甲狀腺濾泡細(xì)胞和C細(xì)胞[1]。對(duì)甲狀腺干細(xì)胞的研究不僅可以了解甲狀腺細(xì)胞正常發(fā)育的過(guò)程，而且能夠?yàn)榕R床治療甲狀腺疾病提供新的選擇。

1 甲狀腺干細(xì)胞的特征

甲狀腺干細(xì)胞作為當(dāng)前內(nèi)分泌領(lǐng)域新興的研究領(lǐng)域，主要關(guān)注點(diǎn)在于對(duì)甲狀腺干細(xì)胞特征進(jìn)行鑒定以及如何誘導(dǎo)甲狀腺干細(xì)胞分化成甲狀腺濾泡樣細(xì)胞[2]。Arufe等[3]通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CCE野生型小鼠胚胎干細(xì)胞可被誘導(dǎo)分化為甲狀腺濾泡樣細(xì)胞，而甲狀腺濾泡樣細(xì)胞表達(dá)促甲狀腺激素受體（TSHR）及鈉碘轉(zhuǎn)運(yùn)體（NIS），并顯示出甲狀腺濾泡細(xì)胞的特性，表明胚胎干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)分化為甲狀腺濾泡細(xì)胞。

成體甲狀腺細(xì)胞培養(yǎng)的干細(xì)胞球主要由兩部分細(xì)胞組成，即高表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子 4（OCT4）和 ATP-結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白 2（ABCG2）的側(cè)群細(xì)胞和表達(dá)內(nèi)胚層前體細(xì)胞標(biāo)志物轉(zhuǎn)錄因子GATA結(jié)合蛋白4-（GATA-4）、肝細(xì)胞核因子4α（HNF4α）的非側(cè)群細(xì)胞。側(cè)群細(xì)胞是指根據(jù)某些細(xì)胞具有ABCG2排出DNA染料Hoechst33342使細(xì)胞熒光強(qiáng)度減弱的特性，采用流式細(xì)胞分選技術(shù)分離出的一群特殊細(xì)胞，其特點(diǎn)是高度富含干細(xì)胞的活性，因此，側(cè)群細(xì)胞具有甲狀腺干細(xì)胞的特征。Hoshi等[4]研究證實(shí)，側(cè)群細(xì)胞存在于小鼠甲狀腺組織，高表達(dá)ABCG2和干細(xì)胞標(biāo)記物OCT4。

甲狀腺過(guò)氧化物酶（TPO）、甲狀腺球蛋白（TG）、TSHR及NIS是甲狀腺特征性的分化標(biāo)記物。在成體甲狀腺干細(xì)胞也證實(shí)了側(cè)群細(xì)胞具有高表達(dá)ABCG2和OCT4特征，而且，在促甲狀腺激素（TSH）及血清等誘導(dǎo)條件下，分化的甲狀腺濾泡細(xì)胞表達(dá)TPO、TG、TSHR以及NIS等特征性蛋白，并具有攝碘功能[5]。

另外，從甲狀腺細(xì)胞分化到器官的形成，從甲狀腺發(fā)育開(kāi)始到成人狀態(tài)，在不同發(fā)育階段都有甲狀腺特異性轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行調(diào)控[6]。甲狀腺轉(zhuǎn)錄因子（TTF）-1、TTF-2和表型配對(duì)盒基因 8抗原（PAX8）被確定為負(fù)責(zé)調(diào)控甲狀腺細(xì)胞的特定基因，特別是PAX8能夠激活內(nèi)源基因編碼的TG、TPO和NIS的表達(dá)，對(duì)甲狀腺特異性基因的轉(zhuǎn)錄激活及甲狀腺細(xì)胞分化過(guò)程起至關(guān)重要的作用[7]。

2 甲狀腺干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)研究

2.1 胚胎干細(xì)胞向甲狀腺細(xì)胞的誘導(dǎo)分化 Lin和Davies[8]體外建立了胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)體系，鑒定了胚胎干細(xì)胞在體外誘導(dǎo)成甲狀腺濾泡樣細(xì)胞的表型特征，并且闡述了關(guān)于甲狀腺干細(xì)胞的分化和增殖的分子機(jī)制。認(rèn)為TSH是甲狀腺細(xì)胞的主要誘導(dǎo)分化因子，其不僅促進(jìn)PAX8和TSHR基因在胚胎干細(xì)胞分化過(guò)程中表達(dá)，而且，能夠促進(jìn)cAMP的生成[9]。Arufe等[10]在初始階段使用激活素A和TSH能夠誘導(dǎo)甲狀腺干細(xì)胞的分化，予以胰島素和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1，能夠進(jìn)一步誘導(dǎo)分化為表達(dá)TG的甲狀腺細(xì)胞。

Jiang等[11]通過(guò)實(shí)驗(yàn)將小鼠胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化，產(chǎn)生的細(xì)胞能夠表達(dá)甲狀腺細(xì)胞特異性蛋白及TTF-1和PAX8，并且發(fā)現(xiàn)，分化的細(xì)胞具有與成人甲狀腺相似的超微結(jié)構(gòu)特征。進(jìn)一步的證據(jù)表明，表達(dá)PAX8和NK2相關(guān)的同源轉(zhuǎn)錄因子-1的小鼠胚胎干細(xì)胞，可被誘導(dǎo)分化成具有甲狀腺特異性基因NIS、TSHR、TG和TPO的甲狀腺細(xì)胞，并能形成三維濾泡細(xì)胞樣結(jié)構(gòu)[12]。國(guó)內(nèi)亦有學(xué)者將E14小鼠胚胎干細(xì)胞添加TSH、胰島素、碘化鉀等共同培養(yǎng)，在誘導(dǎo)培養(yǎng)第6天后，分化細(xì)胞中存在甲狀腺細(xì)胞特有基因 PAX8、NIS、TPO、TG、TSHR 的表達(dá)，從而證實(shí)胚胎干細(xì)胞在特定條件下可定向分化為甲狀腺細(xì)胞[13]。

2.2 甲狀腺成體干細(xì)胞向甲狀腺細(xì)胞的誘導(dǎo)分化在小鼠和人的甲狀腺內(nèi)存在成體干細(xì)胞，并且，這些干細(xì)胞具有自我更新和損傷后再生的特性[14]。其實(shí)，早在1992年，Dumont等[15]就提出假設(shè)，認(rèn)為在人成體甲狀腺組織內(nèi)存在甲狀腺干細(xì)胞。2006年，Thomas等[16]分析發(fā)現(xiàn)，甲狀腺腫的組織切片和培養(yǎng)的甲狀腺細(xì)胞，以及 HTh74、HTC、C643、XTC133 等甲狀腺癌細(xì)胞株，可表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物OCT4和早期的內(nèi)胚層標(biāo)志物GATA-4、HNF4α和PAX8。隨后，Lan等[5]成功地對(duì)人甲狀腺成體干細(xì)胞進(jìn)行分離、培養(yǎng)及誘導(dǎo)分化，證明了在甲狀腺細(xì)胞中存在一定量的干細(xì)胞，在體外能夠分化成具有一定生物學(xué)功能的甲狀腺細(xì)胞。同樣，亦有證據(jù)表明，使用表皮生長(zhǎng)因子和堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子進(jìn)行甲狀腺細(xì)胞培養(yǎng)，獲得的甲狀腺干細(xì)胞具有CD34+細(xì)胞的特征，且有自我復(fù)制能力[17]。在分化條件下，尚可生成甲狀腺濾泡細(xì)胞和產(chǎn)生甲狀腺激素。

最近，國(guó)內(nèi)的研究也取得積極進(jìn)展。研究顯示，側(cè)群細(xì)胞顯示出典型的干細(xì)胞基因表達(dá)及細(xì)胞形態(tài)特征；同時(shí)，在干細(xì)胞生長(zhǎng)因子的刺激下，甲狀腺干細(xì)胞可以懸浮細(xì)胞球的方式迅速增殖，亦表達(dá)干細(xì)胞表面分子ABCG2及OCT4[18]。在TSH的作用下，甲狀腺干細(xì)胞逐漸分化為表達(dá)甲狀腺分化標(biāo)志物的甲狀腺濾泡樣細(xì)胞，并形成具有較強(qiáng)攝碘能力的濾泡樣結(jié)構(gòu)。

2.3 成人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向甲狀腺細(xì)胞的誘導(dǎo)分化 目前，使用成人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向各種類型細(xì)胞的誘導(dǎo)分化成為干細(xì)胞研究的熱點(diǎn)之一。研究人員通過(guò)分離培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，應(yīng)用促甲狀腺素、胰島素等試劑進(jìn)行誘導(dǎo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)培養(yǎng)第7天，可見(jiàn)分化細(xì)胞中有甲狀腺細(xì)胞的特有基因如TSHR的表達(dá)；第9天檢測(cè)到TTF-1的表達(dá)[19]。提示骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可以在體外誘導(dǎo)分化為甲狀腺細(xì)胞。但是，仍需要更多的研究闡明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化過(guò)程以及誘導(dǎo)條件。

3 甲狀腺干細(xì)胞與甲狀腺疾病

甲狀腺移植是甲狀腺惡性腫瘤術(shù)后和甲狀腺功能減退癥患者有效的治療方法之一，亦是未來(lái)甲狀腺疾病治療的方向。而甲狀腺干細(xì)胞作為甲狀腺細(xì)胞來(lái)源，對(duì)于甲狀腺移植治療具有重要作用[20]。Takano和Amino[21]對(duì)甲狀腺腫瘤的形成提出假設(shè)，認(rèn)為干細(xì)胞具有自我更新能力，且存在于正常組織和腫瘤組織中，正常甲狀腺干細(xì)胞不僅能夠分化成甲狀腺濾泡細(xì)胞和C細(xì)胞，而且，在特殊基因作用下，能夠演變成腫瘤干細(xì)胞，最終形成乳頭狀癌、濾泡細(xì)胞癌、甲狀腺髓樣癌以及未分化癌。

有觀點(diǎn)認(rèn)為，甲狀腺結(jié)節(jié)是一種干細(xì)胞疾病，筆者研究組從甲狀腺甲狀腺結(jié)節(jié)組織中提取甲狀腺干細(xì)胞，使用雌二醇進(jìn)行誘導(dǎo)分化，并觀察其對(duì)sphere細(xì)胞形成率和甲狀腺分化標(biāo)志物（TSHR、TPO、TG和NIS）的影響。發(fā)現(xiàn)雌二醇能夠促進(jìn)甲狀腺干細(xì)胞增殖，同時(shí)，顯著抑制TSH誘導(dǎo)分化的甲狀腺干細(xì)胞NIS的表達(dá)[22]。這可能與女性患者甲狀腺結(jié)節(jié)患病率較高有關(guān)。

值得關(guān)注的是甲狀腺干細(xì)胞移植問(wèn)題。Antonica等[23]在體外將小鼠胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為甲狀腺濾泡細(xì)胞，形成三維的濾泡結(jié)構(gòu)。移植到甲狀腺功能減退癥模型小鼠體內(nèi)，這些濾泡細(xì)胞具有明顯的碘攝取功能，并且，可以合成和釋放甲狀腺激素，顯著地改善小鼠的癥狀。此項(xiàng)研究不僅證實(shí)了在體外小鼠胚胎干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)分化為甲狀腺濾泡細(xì)胞，而且，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了誘導(dǎo)分化的甲狀腺細(xì)胞具有攝碘和合成甲狀腺激素的功能，為臨床甲狀腺干細(xì)胞移植奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述，目前已經(jīng)能夠在體外進(jìn)行甲狀腺干細(xì)胞的鑒定、誘導(dǎo)分化。在胚胎干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞及成體干細(xì)胞研究方面已取得一定進(jìn)展，特別是在動(dòng)物移植試驗(yàn)上取得了成功，為甲狀腺干細(xì)胞移植治療帶來(lái)新的曙光。

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Update on thyroid stem cells

Zheng Rendong，Liu Chao.Endocrine and Diabetes Center，Jiangsu Province Hospital on Integration of Chinese and Western Medicine，Nanjing University of Traditional Chinese Medicine，Jiangsu Branch of China Academy of Chinese Medical Science，Nanjing 210028，China

Liu Chao，Email：liuchao@nfmcn.com

Thyroid stem cells are undifferentiated cells capable of self-replicating and differentiating intothyroid follicular cells.Researches on thyroid stem cells have become more sophisticated recently.Thyroid stem cells have been successfully cultured，identified and induced differentiation from embryonic stem cells，thyroid adult stem cells and bone marrow stem cells.It has iodine uptake function and express thyroid gene.Researches related to thyroid stem cell provide basis for clinical treatment of thyroid disease，such as thyroid stemcells transplantation.

Thyroid；Stemcells；Differentiation；Thyroid follicular cell

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：205-207）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.018

210028 南京，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院江蘇分院，南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院內(nèi)分泌代謝病院區(qū)

劉超，Email：liuchao@nfmcn.com

2014-09-18）