骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化的研究進(jìn)展

丁文斌，黃江鴻，徐偉力(綜述)，王大平1，※(審校)

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)深圳市第二人民醫(yī)院臨床學(xué)院，廣東 深圳 518000； 2.深圳市第二人民醫(yī)院組織工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518000)

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骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化的研究進(jìn)展

丁文斌1，2△，黃江鴻2，徐偉力2(綜述)，王大平1，2※(審校)

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)深圳市第二人民醫(yī)院臨床學(xué)院，廣東 深圳 518000； 2.深圳市第二人民醫(yī)院組織工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518000)

骨性關(guān)節(jié)炎是一種以關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行性退行性變?yōu)樘卣鞯能浌遣∽儯罱K導(dǎo)致關(guān)節(jié)不可逆功能障礙。應(yīng)用骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化成有活性的軟骨細(xì)胞，通過(guò)復(fù)合支架材料移植到軟骨缺損區(qū)，是治療骨性關(guān)節(jié)炎的一種微創(chuàng)和有效的治療方式，作為骨組織工程領(lǐng)域研究重點(diǎn)，目前主要研究的方向包括細(xì)胞因子、信號(hào)間的傳導(dǎo)通路、物理影響因素及支架材料的構(gòu)建等方面。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞； 細(xì)胞因子； 傳導(dǎo)信號(hào)； 應(yīng)力刺激；三維空間結(jié)構(gòu)

關(guān)節(jié)軟骨因其再生能力差，長(zhǎng)期機(jī)械或其他原因?qū)е萝浌菗p傷后，將導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)不可逆退行性變。主要治療方法包括[1]人自體軟骨細(xì)胞移植技術(shù)(autologous chondrocyte transplatation，ACT)和手術(shù)治療，ACT指將軟骨細(xì)胞移植到損傷的膝關(guān)節(jié)創(chuàng)面，治療骨性關(guān)節(jié)炎，但是因?yàn)锳CT技術(shù)因供區(qū)的損傷并發(fā)癥，體外軟骨細(xì)胞去分化擴(kuò)增后易纖維化，以及重建的整合關(guān)節(jié)面不良使其受到了限制；手術(shù)主要適用于終末期的關(guān)節(jié)功能明顯受限患者。而通過(guò)體外培養(yǎng)誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow messenchymal stem cells，BMSCs)向軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化，并結(jié)合骨組織工程技術(shù)為軟骨修復(fù)提供新的方向?，F(xiàn)對(duì)BMSCs向軟內(nèi)細(xì)胞誘導(dǎo)分化的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 BMSCs在組織工程中的選擇及應(yīng)用

軟骨分化早期，未分化的BMSCs細(xì)胞系表型向軟骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化增殖，并分泌大量的細(xì)胞外基質(zhì)，包括水、膠原、蛋白多糖及非膠原蛋白等,在一定的條件下，受各種細(xì)胞因子及信號(hào)調(diào)控，繼續(xù)向肥大軟骨細(xì)胞分化最終以骨組織取代。軟骨組織工程很大程度上取決于種子細(xì)胞的選擇，目前主要包括以下幾個(gè)來(lái)源[2]。①軟骨細(xì)胞：生物學(xué)性能、韌性均欠佳、耐磨性、易退變。②胚胎源性細(xì)胞：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為其移植后存在形成畸胎瘤的風(fēng)險(xiǎn)，此外，移植后的胚胎源細(xì)胞仍有一定的免疫排斥反應(yīng)。③間充質(zhì)干細(xì)胞：在適當(dāng)?shù)臈l件下，通過(guò)細(xì)胞因子及其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控，可向軟骨細(xì)胞分化，并且可以分泌特異性基質(zhì)。④羊膜細(xì)胞：少表達(dá)組織Ⅱ相容性抗原，免疫排斥反應(yīng)概率很低[3]。

2 BMSCs的特性及鑒定

BMSCs是因其高度自我更新及多向分化潛能，在一定誘導(dǎo)條件下，分化為成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等，BMSCs無(wú)特異性細(xì)胞表面標(biāo)志物，對(duì)其鑒定依賴其形態(tài)、功能、細(xì)胞分化表型。國(guó)際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)制訂人BMSCs最低鑒定標(biāo)準(zhǔn)[4]：①具有貼壁性，能長(zhǎng)期傳代，擴(kuò)增培養(yǎng)；②細(xì)胞分化表型均一，表達(dá)CD105、CD90、CD73,不表達(dá)人類(lèi)白細(xì)胞抗原DR、CD45(白細(xì)胞共同抗原)、CD34、CD14(血細(xì)胞表面抗原)等；③脂肪、成骨和軟骨細(xì)胞三系分化的潛能。

3 細(xì)胞因子及相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

BMSCs向軟骨細(xì)胞的誘導(dǎo)分化基質(zhì)尚不清楚，體外培養(yǎng)BMSCs需要一定條件的誘導(dǎo)才能向軟骨細(xì)胞分化，包括多種細(xì)胞因子、分化因子、多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及一定條件的物理因素參與，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor β,TGF-β)，成纖維生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor,FGF)，胰島素樣生長(zhǎng)因子，骨形態(tài)發(fā)生蛋白 (bone morphogenetic proteins,BMP)，另外，促細(xì)胞分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)可以刺激軟骨形成轉(zhuǎn)錄因子(SRY-related HMC-box gene nine,Sox9)的活化，維持軟骨細(xì)胞形成表型和功能[5]。

3.1 TGF-β超家族 TGF-β是一組多肽類(lèi)生長(zhǎng)因子家族，TGF-β參與BMSCs定向分化為軟骨細(xì)胞，通過(guò)定量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)Ⅱ型膠原的表達(dá)與TGF-β劑量有一定正相關(guān)聯(lián)系。誘導(dǎo)因子重組人TGF-β1激活Smads蛋白(drosophila mothers against decapentaplegic protein，Smads)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，增加Ⅱ型膠原的表達(dá)與合成[6]。Park等[7]認(rèn)為，TGF-β1通過(guò)Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié) BMSCs增殖分化過(guò)程，其中，TGF-β1依賴介導(dǎo)Smads蛋白上調(diào)β聯(lián)蛋白轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控下游靶基因轉(zhuǎn)錄在某一特定的水平，刺激MSC向軟骨細(xì)胞分化，抑制脂肪和成骨形成,并認(rèn)為10 μg/L水平的TGF-β1可能是誘導(dǎo)BMSCs的最佳誘導(dǎo)濃度。夏萬(wàn)堯等[8]實(shí)驗(yàn)研究重組人TGF-β1腺病毒轉(zhuǎn)染BMSCs，使用腺病毒重組人TGF-β1基因，轉(zhuǎn)染BMSCs，分離培養(yǎng)后，通過(guò)分析研究重組人TGF-β1基因的表達(dá)、生物活性的測(cè)定、BMSCs生長(zhǎng)曲線及增殖率，認(rèn)為BMSCs表達(dá)一定生物學(xué)活性的重組人TGF-β1蛋白，但是分析BMSCs的生長(zhǎng)曲線時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，重組人TGF-β1蛋白使BMSCs的增殖率受到抑制。

BMP系TGF-β超家族之一，研究較多的有BMP-2、BMP-6、BMP-7，其中BMP-2對(duì)BMSC具有促進(jìn)向成骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化作用，BMP-7則更趨向于使BMSCs向軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化，Knippenberg等[9]對(duì)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose tissue-derived mesenchymal stem cells，AT-MSCs)進(jìn)行15 min的BMP-2及BMP-7處理，觀察第4日及第14日的基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在第4日BMP-2刺激表達(dá)Runx相關(guān)基因2(runx-related transcription 2,Runx2)、骨橋蛋白以及二聚糖基因，而B(niǎo)MP-7組在第14日這些基因下調(diào)，表明BMP-2可以誘導(dǎo)AT-MSCs成骨細(xì)胞分化，而B(niǎo)MP-7則刺激其向軟骨細(xì)胞分化，為骨組織工程提供一個(gè)有力的證據(jù)。林在俊等[10]也認(rèn)為BMP-2在BMSC 成骨細(xì)胞起重要作用，通過(guò)納米羥基磷灰石復(fù)合重組人BMP-2/殼聚糖轉(zhuǎn)染的BMSCs，對(duì)試驗(yàn)組進(jìn)行骨密度檢測(cè)、生物力學(xué)評(píng)分、組織學(xué)及骨形態(tài)計(jì)量分析，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 Xiao等[11]通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物構(gòu)建股骨頭壞死模型，以BMSCs為種子細(xì)胞，BMP-2處理實(shí)驗(yàn)組，三維支架材料修復(fù)填充骨缺損創(chuàng)面，并對(duì)其進(jìn)行4、8、12周的骨密度測(cè)定及X線檢查，實(shí)驗(yàn)組在鈣鹽、骨密度測(cè)定及標(biāo)本組織學(xué)檢查中相比對(duì)照組均有一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。BMP-2及BMP-6與TGF-β也有協(xié)同作用，張清林等[12]運(yùn)用TGF-β1、BMP-2共同培養(yǎng)誘導(dǎo)BMSCs細(xì)胞誘導(dǎo)分化，細(xì)胞形態(tài)向軟骨細(xì)胞轉(zhuǎn)變，黏多糖及Ⅱ型膠原表達(dá)均高于BMP-2單獨(dú)誘導(dǎo)組。

3.2 堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor，bFGF) 目前關(guān)于bFGF在BMSCs的研究越來(lái)越深，bFGF主要存在于細(xì)胞和細(xì)胞外中，對(duì)Ⅰ、Ⅱ型膠原及信使RNA的表達(dá)均有促進(jìn)作用。王新武等[13]研究人bFGF重組慢病毒轉(zhuǎn)染BMSCs，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)組(bFGF-綠色熒光蛋白-BMSCs)的bFGF及bFGF信使RNA的表達(dá)均高于對(duì)照組(綠色熒光蛋白-BMSC)，但是對(duì)于bFGF通過(guò)什么樣的細(xì)胞通路及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的反正來(lái)調(diào)節(jié)BMSCs的表達(dá)尚無(wú)明確認(rèn)定，大多研究偏向與細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)/MAPK有關(guān)，MAPK家族為介導(dǎo)真核細(xì)胞接受生長(zhǎng)因子作用，引起下游細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)反應(yīng)的酶蛋白通路。買(mǎi)霞等[14]以不同濃度的bFGF作用BMSCs，觀察細(xì)胞的形態(tài)，免疫組織化學(xué)及聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)Ⅰ型膠原及信使RNA，Wentern blot和免疫組織化學(xué)檢測(cè)磷酸化調(diào)節(jié)激酶及其信使RNA表達(dá)，發(fā)現(xiàn)bFGF促進(jìn)Ⅰ型膠原信使RNA的表達(dá)，且隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)至第14日，磷酸化調(diào)節(jié)激酶的表達(dá)均高于同期對(duì)照組。Xiao等[15]研究FGF家族發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF2抑制BMSCs 向成骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化及其礦化主要通過(guò)FGF23/FGF受體/MAPK途徑，bFGF對(duì)于BMSCs的介導(dǎo)，調(diào)控期生長(zhǎng)、增殖、分化都具有重要的作用。

FGF2抑制BMSCs向成骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化及其礦化主要通過(guò)FGF23/FGFR/MAPK。bFGF對(duì)于BMSCs的介導(dǎo)，調(diào)控期生長(zhǎng)、增殖、分化都具有重要的作用。除此之外，bFGF也參與BMSCs的遷移，Schmidt等[16]對(duì)比了bFGF、促紅細(xì)胞生成素、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1對(duì)BMSCs 的遷移作用，發(fā)現(xiàn)bFGF與BMSCs的遷移存在效應(yīng)-濃度關(guān)系，高濃度抑制其遷移，反之則促進(jìn)，與bFGF能在骨損傷的部位促進(jìn)MSC的增殖、促進(jìn)毛細(xì)血管滋生、加快骨缺損修復(fù)的研究相符。

3.3 BMP與MAPKs通路關(guān)系 根據(jù)信號(hào)通路中執(zhí)行功能的激酶亞類(lèi)不同，MAPK包括ERK1/2、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、p38、ERK5四條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，骨形態(tài)發(fā)生蛋白是由經(jīng)典的骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體的信號(hào)通路，激活下游靶基因傳遞信號(hào)，以產(chǎn)生骨誘導(dǎo)和其他的生物功能活性。但是，目前也有相關(guān)的研究表明，TGF-β/BMP可通過(guò)其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如MAPK、磷脂酰肌醇3-激酶等通路(BMP的非經(jīng)典通路)，此類(lèi)信號(hào)通路的上游激活啟動(dòng)點(diǎn)為非直接依賴轉(zhuǎn)錄因子Smads蛋白的激活。BMP2、BMP4等可通過(guò)MAPK參與信號(hào)傳遞，在促進(jìn)BMP誘導(dǎo)成骨細(xì)胞功能方面極為重要。趙迎澤[17]研究表明， BMP9能誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，BMP9提高p38MAPK、ERK1/2和JNK的磷酸化水平，從而激活MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，通過(guò)使用p38MAPK特異性抑制劑、沉默p38MAPK mRNA的表達(dá)可抑制BMP9誘導(dǎo)的間充質(zhì)干細(xì)胞的體外及體內(nèi)成骨分化，而使用ERK1/2的特異性抑制劑、沉默ERK1/2 信使RNA的表達(dá)可增加BMP9誘導(dǎo)的間充質(zhì)干細(xì)胞的體外及體內(nèi)成骨分化，間接說(shuō)明在軟骨及成骨過(guò)程中，BMP-MAPK發(fā)揮重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。

3.4 Sox9基因是軟骨形成過(guò)程中的主要調(diào)控基因

3.4.1 Sox9與Ⅱ型膠原α1的表達(dá) Sox9系參與胚胎早期發(fā)育的重要基因，參與決定胚胎性別過(guò)程，Sox9在軟骨形成過(guò)程中，通過(guò)直接或間接作用，與其他細(xì)胞因子形成一個(gè)復(fù)查的信號(hào)通路環(huán)，目前，確切的研究通路尚不清楚。參與軟骨細(xì)胞的增殖與分化。軟骨細(xì)胞Ⅱ型膠原的表達(dá)需要靠Ⅱ型膠原α1(collagen typeⅡalpha 1，COL2α1)基因的表達(dá)，St?ckl等[18]研究認(rèn)為在軟骨細(xì)胞表達(dá)過(guò)程中，Sox9蛋白的表達(dá)與COL2α1表達(dá)呈平行關(guān)系，認(rèn)定COL2α1基因的表達(dá)依賴于Sox9。Sox9需要與L-Sox5、Sox6共同形成蛋白復(fù)合體后，協(xié)同作用COL2α1增強(qiáng)子序列，發(fā)揮增加其轉(zhuǎn)錄表達(dá)的作用，促進(jìn)Ⅱ型膠原的表達(dá)。Kupcsik 等[19]通過(guò)腺病毒感染人間充質(zhì)干細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)組中Sox9上調(diào)靶基因表達(dá)，Ⅱ型膠原的表達(dá)水平增加，協(xié)調(diào)因子Sox5和Sox6的表達(dá)也增加。

3.4.2 Sox9與甲狀旁腺激素相關(guān)肽(parathyroid hormone-related protein, PTHrP)/印度豪豬蛋白(indian hedgehog,Ihh)負(fù)反饋信號(hào)通路 PTHrP與Ihh形成負(fù)反饋環(huán)，參與軟骨細(xì)胞的增殖、分化、肥大和礦化的過(guò)程，通過(guò)與Ihh信號(hào)分子形成旁分泌的負(fù)反饋通路環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)，對(duì)骨骺增殖帶的軟骨細(xì)胞的分化起到成熟抑制作用[20]。Ihh主要在胚胎發(fā)育中起重要作用，骺板的前肥大細(xì)胞及肥大軟骨細(xì)胞合成表達(dá)Ihh，抑制軟骨細(xì)胞的成熟，促進(jìn)軟骨細(xì)胞向肥大軟骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)變。Kim等[21]通過(guò)PTHrP誘導(dǎo)BMSCs及AT-MSC，測(cè)定Sox9 信使RNA及COL2α1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組中這兩種表達(dá)均明顯升高，且與PTHrP的濃度存在一定的依賴性。Sox5、Sox6、Sox9形成的復(fù)合體，可以結(jié)合PTHrP的啟動(dòng)子，激活上調(diào)啟動(dòng)子的活性，在軟骨細(xì)胞分化的早期，對(duì)其增殖發(fā)育起到促進(jìn)的作用，抑制其成熟和礦化[22]。

3.5 Wnt信號(hào)通路對(duì)軟骨細(xì)胞影響 Wnt是一種分泌型糖蛋白，包括19個(gè)家族成員，通過(guò)自分泌或旁分泌的方式，參與生長(zhǎng)發(fā)育及腫瘤的發(fā)生。Wnt信號(hào)可正向或者負(fù)向調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞，對(duì)軟骨細(xì)胞的分化具有雙重作用，關(guān)于Wnt信號(hào)與其他細(xì)胞信號(hào)的相關(guān)調(diào)節(jié)作用也在研究階段，Wnt信號(hào)通路分為3種[23]：①經(jīng)典的Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)，Wnt-1、Wnt-3a、Wnt-4、Wnt-7a和Wnt-7b參與激活下游β聯(lián)蛋白而發(fā)揮作用；②非經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路，主要調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的Ca2+和細(xì)胞級(jí)性；③Wnt/PCP (planar cell polarity)途徑，通過(guò)激活下游的Dsh散亂蛋白，進(jìn)而激活下游JNK，進(jìn)行細(xì)胞骨架重排和細(xì)胞極性的調(diào)整。不同時(shí)期的軟骨形成，Wnt的不同亞型參與的作用不同。Germann等[24]研究發(fā)現(xiàn)，Wnt-5a信號(hào)參與維持軟骨細(xì)胞的增殖和分化，過(guò)表達(dá)的Wnt-4也可促進(jìn)軟骨細(xì)胞末期分化，Wnt-3a可以直接調(diào)控β聯(lián)蛋白下游基因，直接抑制軟骨細(xì)胞的形成，低表達(dá)的Wnt-14在軟骨細(xì)胞向成骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化有正相關(guān)作用，而高水平的Wnt-14誘導(dǎo)BMSCs分化。Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)的活化，可減少細(xì)胞外機(jī)制(氨基葡聚糖)的合成，抑制重組人BMSCs向脂肪及成纖維細(xì)胞的分化。

Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路與多個(gè)信號(hào)因子相關(guān)聯(lián)，參與軟骨細(xì)胞的誘導(dǎo)分化。Wnt-3a受白細(xì)胞介素1的誘導(dǎo)表達(dá)，激活下游轉(zhuǎn)錄激活因子進(jìn)一步抑制Sox9。Gao等[25]把Sox9基因重組腺病體內(nèi)，轉(zhuǎn)染軟骨細(xì)胞后，認(rèn)為Wnt通路關(guān)鍵信號(hào)β聯(lián)蛋白發(fā)生復(fù)合磷酸化，抑制軟骨細(xì)胞的發(fā)育。也間接說(shuō)明Sox9基因是Wnts的下游靶基因。BMP受到β聯(lián)蛋白信號(hào)的調(diào)節(jié)，β聯(lián)蛋白的激活會(huì)抑制BMP-2，抑制軟骨細(xì)胞的修復(fù)。同樣，Wnts信號(hào)也受上游信號(hào)的調(diào)控，TGF-β對(duì)Wnts蛋白的表達(dá)有抑制作用，Guerrero等[26]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β誘導(dǎo)激活核轉(zhuǎn)位因子Smad1/5/8，避免下游Wnt/β聯(lián)蛋白/BMP激活?？傊?，目前對(duì)于Wnts信號(hào)的研究還處于單節(jié)點(diǎn)研究，對(duì)于多個(gè)信號(hào)因子的作用已經(jīng)有了大體上的認(rèn)識(shí)，但其進(jìn)一步的復(fù)雜機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

4 物理因素

4.1 低氧誘導(dǎo)因子 低氧誘導(dǎo)因子1α在軟骨細(xì)胞成熟早期，可促進(jìn)軟骨細(xì)胞在低氧條件下濃縮，另外，缺氧條件時(shí)，低氧誘導(dǎo)因子 1α降解速度減慢，參與調(diào)節(jié)Sox9基因的表達(dá)，保持Sox9 信使RNA水平，直接條件Ⅱ型膠原蛋白的表達(dá)[27]。

4.2 應(yīng)力刺激 種子細(xì)胞與生物支架材料復(fù)合后受到應(yīng)力刺激，在微觀過(guò)程中可影響細(xì)胞分子信號(hào)，力學(xué)信號(hào)可以改變胞內(nèi)NO信號(hào)或Ca2+濃度、白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素6以及TGF-β等信使RNA的表達(dá)。張路等[28]采用兔肱骨干缺損模型，研究BMSCs修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)中，沿肱骨干長(zhǎng)軸方向施加0.3 g的加速度，頻率為25 Hz的持續(xù)30 d振動(dòng)刺激，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的Ⅰ型膠原蛋白和Runx2信使RNA的免疫組織化學(xué)表達(dá)水平提高，一定程度的應(yīng)力刺激和誘導(dǎo)BMSCs的成骨誘導(dǎo)分化。Saeed和Iqtedar[29]證實(shí)支架復(fù)合材料在修復(fù)軟骨細(xì)胞損傷疾病中需要一定的力學(xué)刺激，但是關(guān)于體外應(yīng)力的具體實(shí)施大小、刺激的時(shí)間以及方式尚未做進(jìn)一步詳細(xì)的研究和確切的說(shuō)明。

4.3 支架材料 支架材料要求有[30]：生物相容性良好；力學(xué)性能穩(wěn)定；使移植的細(xì)胞保留有一定的生物活性及細(xì)胞功能；免疫排斥反應(yīng)??；具有一定的三維可塑性；在細(xì)胞增殖分化過(guò)程中，三維支架材料的孔隙率也有一定的要求，一般200～400 μm。目前應(yīng)用的三維支架材料培養(yǎng)BMSCs主要包括天然材料和人工復(fù)合材料。人工復(fù)合材料如高分子聚乙烯材料，其孔徑>100 μm，具有可吸附性、無(wú)毒性、可降解性，使其成為良好的BMSCs載體。聚乳酸應(yīng)用較廣泛，但因?yàn)槠溆H水性不足、降解過(guò)程中易引起局部無(wú)菌性炎癥反應(yīng)等缺點(diǎn)，很多學(xué)者進(jìn)行聚乳酸親水性的改性研究，設(shè)計(jì)出多種混合型材料，如明膠海綿與聚乳酸混合支架材料，聚乳酸和透明質(zhì)酸混合材料等[31]。

5 展 望

目前BMSCs移植在軟骨組織修復(fù)工程中已經(jīng)是一個(gè)重要的領(lǐng)域，其向軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)分化涉及多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及細(xì)胞因子，包括MAPKs-BMP通路，Wnt/β聯(lián)蛋白通路等。Sox9為BMSCs向軟骨細(xì)胞分化過(guò)程中的啟動(dòng)基因，參與Wnt信號(hào)通路，并通過(guò)PTHrP/Ihh形成負(fù)反饋環(huán)來(lái)調(diào)控BMSCs的增殖分化，TGF-β與Wnt信號(hào)通路關(guān)系密切；BMP具有重要的促軟骨形成作用，與軟骨細(xì)胞Ⅱ型膠原蛋白的表達(dá)呈平行關(guān)系；bFGF通過(guò)MAPK通路參與MSC的增殖分化，且很多研究均表明這些因素在軟骨細(xì)胞分化過(guò)程中是確實(shí)存在重要作用的，但其機(jī)制仍需進(jìn)一步研究?？梢哉f(shuō)細(xì)胞因子與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不是單一、單向的，而是多通路、多空間、多時(shí)間的綜合形成的一個(gè)整體，更涉及到骨組織工程，種子細(xì)胞的培養(yǎng)、支架材料的復(fù)合、外周物理因子，相信隨著骨組織工程的研究和發(fā)展，通過(guò)對(duì)細(xì)胞因子和信號(hào)通路的進(jìn)一步研究，和對(duì)復(fù)合材料、改良天然材料、納米材料及其他新型材料的探索，將會(huì)有更理想方法應(yīng)用于骨性關(guān)節(jié)炎治療中。

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Research Progress of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Differentiation into Cartilage Cells

DINGWen-bin1,2,HUANGJiang-hong2,XUWei-li2,WANGDa-ping1,2.

(1.ShenzhenSecondPeople′sHospitalAffiliatedtoAnhuiMedicalUniversity,Shenzhen518000,China； 2.TheKeyLaboratoryofTissueEngineeringofShenzhenSecondPeople′sHospital,Shenzhen518000,China)

Osteoarthritis is a kind of a cartilage diseased featured with progressive joint articular cartilage degeneration, involving not only the joint lining but also cartilage, ligaments, and bone, eventually leading to irreversible dysfunction.Applying the bone marrow mesenchymal stem cells to induce active cartilage cells in vitro,and transplanting the harvest to the cartilage defect area with composite scaffold material is a minimally-invasive and effective treatment of osteoarthritis.As a key point in cartilage tissue engineering,the main directions include cytokines,signal pathways,physical factors and scaffold materials etc.

Bone marrow messenchymal stem cells; Cytokine; Signals; Stress stimulation; Three-dimensional structure

深圳市科技研發(fā)資金 (JSGG2014051905550503;CXZZ20120614160234842；GJHZ20130412153906739;ZDSY20120614154551201；JCYJ20130401115547212; JCYJ20140414170821160)

R684.3

A

1006-2084(2015)12-2148-04

10.3969/j.issn.1006-2084.2015.12.013

2014-07-21

2014-11-07 編輯：相丹峰