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    間充質(zhì)(干)細(xì)胞的定義變遷

    2017-09-25 10:17:53陳津
    關(guān)鍵詞:充質(zhì)骨髓干細(xì)胞

    陳津

    間充質(zhì)(干)細(xì)胞的定義變遷

    陳津

    1966年Friedenstein發(fā)現(xiàn)了一群貼壁生長(zhǎng)的、成纖維樣的,可以體外誘導(dǎo)分化成多種中胚層組織的細(xì)胞。1991年Caplan正式命名為間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC),成為了全球最常用的描述。隨著這群細(xì)胞生物學(xué)特性研究的進(jìn)展,MSC到底是不是真正的干細(xì)胞引起了爭(zhēng)論。目前研究資料表明,MSC的治療效果主要是通過(guò)作為支持細(xì)胞分泌生物活性因子,刺激患者體內(nèi)殘留的組織特異性干細(xì)胞再生組織,而不是通過(guò)其干細(xì)胞的特性分化成新的組織。但一些研究者過(guò)分強(qiáng)調(diào)MSC的干細(xì)胞性能,誤導(dǎo)患者以為輸注的MSC可以再生成新組織。因此,有學(xué)者呼吁需將MSC的名稱改為間充質(zhì)細(xì)胞或藥用信號(hào)細(xì)胞(medicinal signal cell)。本文將對(duì)MSC的定義和起源的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行梳理,并討論如何合理的應(yīng)用MSC的名稱。

    間充質(zhì)干細(xì)胞; 間充質(zhì)細(xì)胞; 藥用信號(hào)細(xì)胞; 周細(xì)胞

    作者單位:350025 福州,福州總醫(yī)院全軍器官移植研究所 福建省干細(xì)胞應(yīng)用工程技術(shù)研究中心 福建省移植生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

    近年來(lái),干細(xì)胞研究為臨床難治性疾病帶來(lái)了曙光。然而在干細(xì)胞基礎(chǔ)研究與臨床轉(zhuǎn)化過(guò)程中,一些研究者對(duì)干細(xì)胞的概念混淆不清,影響了干細(xì)胞研究的發(fā)展,也誤導(dǎo)了患者對(duì)干細(xì)胞的期望。

    干細(xì)胞的名稱是一個(gè)很大的范疇,從發(fā)育學(xué)上可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞;從分化潛能上可以分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性,可以發(fā)育成身體全部的細(xì)胞;而成體干細(xì)胞只具有有限的干細(xì)胞特性,只能分化成限定類型的細(xì)胞。我們通常所說(shuō)的造血干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSC)、神經(jīng)干細(xì)胞都屬于成體干細(xì)胞。造血干細(xì)胞是臨床應(yīng)用最成熟的成體干細(xì)胞,其來(lái)源比較單純,大家對(duì)其認(rèn)識(shí)及歸類比較清晰,沒(méi)有引起更多的爭(zhēng)議和擔(dān)憂。然而目前臨床應(yīng)用研究最熱門的間充質(zhì)干細(xì)胞,由于其來(lái)源廣泛,沒(méi)有特定的標(biāo)志物,再加之一些研究者或者公司,有意或無(wú)意地將本屬于胚胎干細(xì)胞的功能與成體干細(xì)胞混淆,過(guò)分?jǐn)U大了間充質(zhì)干細(xì)胞的功能和治療預(yù)期效果,同時(shí)也增加了對(duì)其安全性的擔(dān)憂,影響了間充質(zhì)干細(xì)胞研究的健康發(fā)展。因此本文主要對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞定義、起源等情況進(jìn)行梳理,討論如何更好的使用間充質(zhì)干細(xì)胞的名稱。

    一、間充質(zhì)干細(xì)胞是什么

    間充質(zhì)干細(xì)胞是1991年由Caplan在前期研究的基礎(chǔ)上提出來(lái)的命名[1]。常被用來(lái)形容一群從骨髓、臍帶、脂肪和其它組織中分離出來(lái)的、貼壁培養(yǎng)的、在體外可以誘導(dǎo)分化成骨、軟骨、脂肪等細(xì)胞的一群細(xì)胞。由于間充質(zhì)干細(xì)胞沒(méi)有特異性的標(biāo)志,通常采用表達(dá)CD29,CD73,CD90,CD105,CD106,不表達(dá)造血干細(xì)胞標(biāo)志CD34,CD45等的組合方式,體外誘導(dǎo)成骨、軟骨和脂肪的功能實(shí)驗(yàn),以及成纖維樣貼壁生長(zhǎng)的細(xì)胞形態(tài)來(lái)作為鑒定標(biāo)準(zhǔn)[2]。

    間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源廣泛,可以來(lái)源于骨髓、臍帶、脂肪、胎盤、牙髓等眾多組織。因此其名稱也很多,如骨髓基質(zhì)細(xì)胞(marrow stromal cells)、多能基質(zhì)細(xì)胞(multipotent stromal cells)、中胚層干細(xì)胞(mesodermal stem cells)、間充質(zhì)細(xì)胞(mesenchymal stromal cells)等(表1),它們描述的都是同一群細(xì)胞,簡(jiǎn)寫都是MSC[3]。

    二、間充質(zhì)干細(xì)胞起源

    1.骨髓基質(zhì)細(xì)胞:二十世紀(jì)六十年代末,F(xiàn)riedenstein等[4]在骨髓細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)一群成纖維樣、貼壁生長(zhǎng)的、與造血干細(xì)胞不同的細(xì)胞。并在隨后的研究中建立體外分離、培養(yǎng)的方法[5-7],開(kāi)啟了間充質(zhì)干細(xì)胞研究的大門。最初認(rèn)為其來(lái)源于骨髓基質(zhì),具有支持造血的功能,因此稱之為骨髓基質(zhì)細(xì)胞[8]。

    2.骨髓基質(zhì)干細(xì)胞:隨著研究的深入,研究者發(fā)現(xiàn)這群細(xì)胞可以分化成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等,具有多向分化的能力,符合關(guān)于干細(xì)胞具有自我更新和多向分化潛能的基本定義,1988年Owen等[9]在前期研究者工作的基礎(chǔ)上,將其定義為骨髓基質(zhì)干細(xì)胞。

    3.間充質(zhì)干細(xì)胞:Caplan等[3,10-11]團(tuán)隊(duì)通過(guò)雞胚層細(xì)胞分化成中胚層組織研究,認(rèn)為MSC主要來(lái)源于中胚層,其分化的組織也主要是中胚層組織細(xì)胞如骨、軟骨、脂肪等,因此也叫中胚層干細(xì)胞。間充質(zhì)(mesenchyme)這個(gè)詞來(lái)源于希臘語(yǔ)“中間”“middle(meso)”的意思[1]。在早期胚胎發(fā)育過(guò)程中,可以在外胚層和內(nèi)胚層之間遷移。這些遷移和空間填充的潛能是機(jī)體損傷修復(fù)的重要因素,如在皮膚(真皮),骨(骨膜)或肌肉(肌束膜內(nèi))的間充質(zhì)細(xì)胞[1]。因此1991年Caplan等[12]根據(jù)前期研究結(jié)果,正式命名這群細(xì)胞叫間充質(zhì)干細(xì)胞,這個(gè)名稱得到了全球廣泛的使用,成為最被接受的名稱。

    4.間充質(zhì)細(xì)胞:部分學(xué)者認(rèn)為間充質(zhì)干細(xì)胞生物學(xué)特性不符合干細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn),稱之為干細(xì)胞不夠科學(xué)[13]。他們認(rèn)為在骨髓細(xì)胞體外培養(yǎng)過(guò)程中,黏附在塑料上的細(xì)胞具有廣泛的生物學(xué)特性,雖然與其它組織來(lái)源的多種多樣的成纖維細(xì)胞不同,但是這群細(xì)胞不是一個(gè)同質(zhì)的干細(xì)胞群。它們可能具有多能性和組織再生的能力,但目前的資料還不足以描述這些細(xì)胞作為干細(xì)胞。應(yīng)該用多能間充質(zhì)細(xì)胞來(lái)表示這群獨(dú)特性質(zhì)的細(xì)胞更為合適,因此Horwitz等[14]在2005年國(guó)際會(huì)議上呼吁將這群細(xì)胞命名為間充質(zhì)細(xì)胞。

    然而,命名為間充質(zhì)細(xì)胞也不是很準(zhǔn)確。間充質(zhì)細(xì)胞主要代表結(jié)締組織細(xì)胞[15],而來(lái)源于非間質(zhì)組織的細(xì)胞也具有和MSC一樣的屬性。MSC和MSC樣的細(xì)胞廣泛分布在各種組織中,包括骨髓,肌肉,脂肪,牙根,胎盤,真皮,軟骨膜,關(guān)節(jié)軟骨,臍帶,肺,肝等。

    5.間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源于周細(xì)胞(pericyte):目前流行比較廣泛的還有一種假說(shuō),間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源于周細(xì)胞。因?yàn)橹芗?xì)胞和平滑肌細(xì)胞都能轉(zhuǎn)分化成骨、脂肪、軟骨、平滑肌和神經(jīng)細(xì)胞系[16-17]。Crisan等[18]和他的同事通過(guò)原位組織定位和體外研究,對(duì)比人MSC和周細(xì)胞,發(fā)現(xiàn) MSC的定位與周細(xì)胞一樣,表達(dá)MSC標(biāo)志物的細(xì)胞也表達(dá)周細(xì)胞的標(biāo)志物。CD146+的周細(xì)胞具有和MSC一樣的多能性。MSC和周細(xì)胞都能對(duì)細(xì)胞外的趨化性刺激起反應(yīng),募集到再生微環(huán)境中,因此認(rèn)為MSC來(lái)源于周細(xì)胞[17]。Corselli等[19]進(jìn)一步研究報(bào)道,來(lái)源于人胎兒、臍帶、胎盤和成體器官的周細(xì)胞都表達(dá)MSC的標(biāo)志物,而且具有相似的多向分化潛能。Kang等[20]和Khan等[21]研究發(fā)現(xiàn)骨髓MSC表達(dá)周細(xì)胞的標(biāo)志物3G5,定位在血管周微環(huán)境中。

    表1 間充質(zhì)(干)細(xì)胞概念

    但是這個(gè)假說(shuō)也受到了挑戰(zhàn),一些研究者發(fā)現(xiàn),間充質(zhì)干細(xì)胞還可以來(lái)源于無(wú)血管和無(wú)神經(jīng)的組織如椎間盤[22]。這些細(xì)胞表達(dá)MSC一樣的標(biāo)志物如CD44,CD90,CD146,不表達(dá)CD34,CD45等,在體內(nèi)還可以分化成椎間盤樣的組織[15]。此外,這些細(xì)胞具有自我更新能力,維持克隆形成和多向分化能力,證明周細(xì)胞并不是MSC的唯一來(lái)源[23]。

    6.藥用信號(hào)細(xì)胞(medicinal signal cell):由于對(duì)MSC生物學(xué)屬性研究的進(jìn)展,和一些新的理論的提出,如造血干細(xì)胞源MSC,神經(jīng)細(xì)胞源MSC,周細(xì)胞源MSC,無(wú)血管組織源MSC等。顯然,先前定義的間充質(zhì)干細(xì)胞并不能恰當(dāng)?shù)拿枋鲞@群細(xì)胞的本質(zhì)。2010年時(shí),當(dāng)初命名間充質(zhì)干細(xì)胞的Caplan就提出了更改為藥用信號(hào)細(xì)胞(medicinal signal cell)的新名稱[3,24]。因?yàn)檫@些細(xì)胞歸巢在損傷或疾病的部位,分泌生物活性因子,起到免疫調(diào)節(jié)和營(yíng)養(yǎng)再生的作用,就猶如這些細(xì)胞在原位進(jìn)行醫(yī)藥治療[3]。外源提供的MSCs可以分泌FN、bFGF等生物活性因子就像醫(yī)學(xué)信號(hào)一樣[25],刺激患者自身殘留的組織特異性干細(xì)胞,修復(fù)和構(gòu)建新的組織[26-27]。命名藥用信號(hào)細(xì)胞(medicinal signal cell)能更準(zhǔn)確地反映事實(shí),同時(shí)保持MSC的簡(jiǎn)寫不變[3]。

    三、如何正確的命名這群細(xì)胞

    面對(duì)眾多的間充質(zhì)干細(xì)胞名稱,該如何正確的命名和應(yīng)用這群細(xì)胞,是叫間充質(zhì)干細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞還是新的藥用信號(hào)細(xì)胞(medicinal signal cell)。

    1.廣義上可以稱為間充質(zhì)干細(xì)胞:根據(jù)干細(xì)胞的定義,干細(xì)胞是一群具有自我更新和多向分化能力的細(xì)胞[28]。間充質(zhì)干細(xì)胞具有自我更新的能力,同時(shí)在體外可以誘導(dǎo)分化成其它類型的細(xì)胞,因此從廣義上可以稱作為間充質(zhì)干細(xì)胞。事實(shí)上,大家也承認(rèn),間充質(zhì)干細(xì)胞是存在的[14,29]。在Mesh主題詞介紹中描述間充質(zhì)細(xì)胞是多能干細(xì)胞的一個(gè)來(lái)源,因?yàn)槠渲泻虚g充質(zhì)干細(xì)胞。

    2.從精準(zhǔn)角度看,體外培養(yǎng)擴(kuò)增的多為間充質(zhì)祖細(xì)胞或者間充質(zhì)細(xì)胞:根據(jù)干細(xì)胞增殖分裂的方式為不對(duì)稱有絲分裂原則[30],即每次分裂,一個(gè)保持為干細(xì)胞,另一個(gè)分化為祖細(xì)胞。因而間充質(zhì)干細(xì)胞在增殖的過(guò)程中,真正意義上的干細(xì)胞數(shù)量保持不變,擴(kuò)增的是祖細(xì)胞或間充質(zhì)細(xì)胞,因此常規(guī)通過(guò)體外擴(kuò)增培養(yǎng)的、用于臨床研究的間充質(zhì)干細(xì)胞,實(shí)際上絕大部分是間充質(zhì)祖細(xì)胞或間充質(zhì)細(xì)胞。Ju等[31]的研究也發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞的異質(zhì)性,真正意義上的間充質(zhì)干細(xì)胞只是其中的一小部分。因此,治療過(guò)程中的細(xì)胞,可能是極少量的間充質(zhì)干細(xì)胞和大量的間充質(zhì)祖細(xì)胞或者間充質(zhì)細(xì)胞的混合體。

    3.如何正確的命名這群細(xì)胞:不管是叫間充質(zhì)干細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞還是藥用信號(hào)細(xì)胞(medicinal signal cell),并不影響這群細(xì)胞在治療中體現(xiàn)出來(lái)的應(yīng)用前景。目前數(shù)以百計(jì)的機(jī)構(gòu)利用間充質(zhì)干細(xì)胞開(kāi)展臨床試驗(yàn)[32],并且已呈現(xiàn)出比較樂(lè)觀的應(yīng)用前景。間充質(zhì)干細(xì)胞名稱已經(jīng)被廣泛使用了20多年,間充質(zhì)細(xì)胞名稱也提出來(lái)了10多年,為了保持科學(xué)話語(yǔ)、電子文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的連續(xù)性,稱之為間充質(zhì)(干)細(xì)胞,簡(jiǎn)稱MSC,可以促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)研究人員之間知識(shí)的交流和傳播,避免再次混淆。但是作為研究者必須明確,即便稱謂為間充質(zhì)干細(xì)胞,作為成體干細(xì)胞,其細(xì)胞的干細(xì)胞屬性是極其有限的。根據(jù)目前的數(shù)據(jù)表明,其發(fā)揮作用的并不是依靠其細(xì)胞的干性,還不能指望其通過(guò)分化成組織或器官達(dá)到治療的目的[33];而更主要的還是依靠其作為支持細(xì)胞的特性,分泌生物活性物質(zhì)影響機(jī)體微環(huán)境或刺激殘留組織特異性干細(xì)胞發(fā)揮作用。

    現(xiàn)在,越來(lái)越多的研究者逐漸接受間充質(zhì)細(xì)胞這個(gè)概念。間充質(zhì)細(xì)胞可以包含有部分的間充質(zhì)干細(xì)胞,但是不過(guò)分強(qiáng)調(diào)其干細(xì)胞的屬性,避免誤導(dǎo)患者以過(guò)高的、不切實(shí)際的期望。實(shí)事求是的使用間充質(zhì)(干)細(xì)胞之名,利用其作為支持細(xì)胞之實(shí),科學(xué)地做好間充質(zhì)(干)細(xì)胞的臨床應(yīng)用研究。

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    Definition of mesenchymal stem/stromal cells

    Chen Jin. Organ Transplant Institute of PLA,Fuzhou General Hospital, Stem Cell Application Engineering Technology Research Center of Fujian province, and Fujian provincial Key Laboratory of Transplant Biology, Fuzhou350025, China

    A population of spindle shaped plastic-adherent cells, with multiple differentiation into a number of different mesodermal tissuesin vitrowere first described by Friedenstein in 1966,and were named mesenchymal stem cells(MSCs)by Caplan in 1991. Although it becomes the most global usage description, it still remains debate whether MSCs are truly stem cells due to the progress achieved on the biology of MSCs.The present data show that the therapeutic effects of MSCs were as sporting cells secreting bioactive factors, which stimulate patient's own tissue-specific resident stem cells to regenerate new tissues rather than as stem cells differentiation to new tissuesin vivo.Unfortunately,the stem ness of MSCs was much exaggerated by some researchers, which caused the patients with unrealistic expectations that exogenously supplied MSCs would differentiate into regenerating tissue-producing cells. So some researchers argued that the MSC should be renamed to Mesenchymal stromal cells or medicinal signaling cells. In this article, we will summarize the developmental definition and origin of MSCs, and discuss how to use the term MSCs more correctively.

    Mesenchymal stem cells; Mesenchymal stromal cells; Medicinal signal cells; Pericytes

    Chen Jin, Email: kingchen81@smmu.edu.cn

    2017-07-06)

    (本文編輯:蔡曉珍)

    10.3877/cma.j.issn.2095-1221.2017.04.011

    國(guó)家自然科學(xué)基金(81601618);福建省自然科學(xué)基金(2016J01582)

    陳津,Eamil:kingchen81@smmu.edu.cn

    陳津.間充質(zhì)(干)細(xì)胞的定義變遷[J/CD].中華細(xì)胞與干細(xì)胞雜志(電子版),2017,7(4):247-250.

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