骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在各器官組織中歸巢的研究進(jìn)展

薛軒，李春波，龔紅霞，李春波，李婷婷，牛世偉

（甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州）

0 引言

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)是成體干細(xì)胞，具有自我更新和多向分化潛能的特點(diǎn)，目前在醫(yī)學(xué)研究中具有廣泛的應(yīng)用前景[1-3]；近年越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs具有調(diào)節(jié)免疫、造血和炎癥反應(yīng)等作用[4-7]。當(dāng)BMSCs處于特定的體內(nèi)微環(huán)境作用時(shí)，可以自主向損傷部位遷移、黏附、定植[8]。作者通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，就關(guān)于BMSCs的歸巢對各臟器器官組織的影響概述如下。

1 在心肌組織中

薛靜[9]通過超聲微泡介導(dǎo)G-CSF聯(lián)合MSCs移植治療大鼠心肌梗死的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)外源性MSCs移植后，可以通過旁分泌效應(yīng)產(chǎn)生血管生成因子和各種歸巢相關(guān)因子，從而有效促進(jìn)MSCs的黏附、歸巢，來通過改變血管新生及抑制凋亡等機(jī)制，起到改善心功能的作用。賀繼剛[10]發(fā)現(xiàn)小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中SCA-1+/CD45+/CD31+亞群的歸巢能力優(yōu)于其他亞群。動(dòng)物活體成像提示在不同時(shí)間段注射干細(xì)胞后，SCA-1+/CD45+/CD31+亞群平均熒光強(qiáng)度和歸巢的趨勢優(yōu)于其他亞群，這表明當(dāng)心肌受損時(shí)，SCA-1+/CD45-/CD31-群體歸巢的趨勢更明顯。何曉青等[11]觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)體處于心機(jī)梗死后，觀察內(nèi)源骨髓間充質(zhì)干細(xì)的遷移、歸巢以及分化情況，發(fā)現(xiàn)發(fā)綠色熒光的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在對照組和心肌梗死組中均出現(xiàn)，且心肌梗死組的數(shù)量較多，并且有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核呈棕黃色的BrdU標(biāo)記的陽性細(xì)胞在心肌梗死后1天，3天，1周，2周，3周，4周均有出現(xiàn)，尤其是在心肌梗死后1周，較其他5個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，陽性細(xì)胞分布最多且最集中。這說明心肌梗死后1周是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢的最佳時(shí)間，如果在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)給予干細(xì)胞移植，會(huì)對促進(jìn)心肌修復(fù)具有一定意義[12]。

2 在肺組織中

郭帥[13]通過觀察大鼠SW-RDS模型中患肺的歸巢情況，發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞不但能歸巢于該模型的患肺中，且CXCR4的BMSCs在該模型中高表達(dá)。還有研究發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的歸巢作用可以減輕染矽塵大鼠肺部炎癥及肺纖維化[14-15]。 黃明[16]通過對比在染矽塵大鼠體內(nèi)，經(jīng)靜脈組和經(jīng)氣管組兩種大鼠不同途徑移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的歸巢效率，并對同一時(shí)間點(diǎn)的經(jīng)靜脈組中各組織熒光強(qiáng)度與經(jīng)氣管組比較，發(fā)現(xiàn)除了在第1周腦組織熒光強(qiáng)度經(jīng)靜脈組較經(jīng)氣管組高，差異有顯著性意義(P＜0.05)外，其余差異均無顯著性意義(P＜0.05)。

3 在腎組織中

邢藝苑[17]發(fā)現(xiàn)在腎組織歸巢中，高表達(dá)CXCR4的BMSC比高表達(dá)SDF-1歸巢的量更多，并且無論是治療效果、功能的改善還是組織的修復(fù)均明顯優(yōu)于低表達(dá)CXCR4的BMSCs，這說明SDF-1/CXCR4軸對于促進(jìn)BMSCs向阿霉素腎病大鼠損傷腎組織的歸巢、定植并提高療效方面具有積極的作用。武天慧[18]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)miR-150的表達(dá)被抑制時(shí)，間充質(zhì)干細(xì)胞CXCR4表達(dá)水平就會(huì)隨之升高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)SDF-1在糖尿病腎病組織中高表達(dá)，這使得機(jī)體通過調(diào)控相關(guān)因子改善腎臟組織，來促使骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向受損的腎臟趨化歸巢，從而糖尿病腎病組織中SDF-1與CXCR4表達(dá)降低。這表明miR-150調(diào)控SDF-1和CXCR4信號(hào)通路對于DN間充質(zhì)干細(xì)胞腎臟趨化歸巢，會(huì)是一個(gè)非常有前景的靶標(biāo)。

4 在肝組織中的歸巢作用

越來越多的研究證實(shí)肝纖維化或肝硬化所致的肝損傷，干細(xì)胞對于其改善具有積極作用[19-20]。當(dāng)BMSCs在合適的生物活性因子誘導(dǎo)下，可以分別向包括肝細(xì)胞在內(nèi)的全部3個(gè)胚層的細(xì)胞分化，促進(jìn)細(xì)胞再生和組織修復(fù)[21-22]。研究證實(shí)，當(dāng)BMSCs被植入體內(nèi)能后，能夠發(fā)揮肝細(xì)胞保護(hù)作用、抑制肝纖維化進(jìn)程、促進(jìn)肝再生、改善受損肝臟的功能[23-24]。此外，BMSCs所介導(dǎo)的肝臟修復(fù)機(jī)制還在于其強(qiáng)大的旁分泌作用。BMSCs可以通過分泌血管內(nèi)皮生長因子、肝細(xì)胞生長因子、單核細(xì)胞趨化蛋白1等，來起到促進(jìn)微血管重建和肝細(xì)胞增殖[25]。Ji等[26]發(fā)現(xiàn)對于在細(xì)胞外基質(zhì)中預(yù)分化的BMSCs進(jìn)行細(xì)胞移植治療肝纖維化小鼠模型，均發(fā)現(xiàn)肝功能明顯改善，生存率顯著提高。結(jié)果證實(shí)，BMSCs通過尾靜脈注射的方式移植入老鼠體內(nèi)后，對大鼠慢性肝纖維化程度具有改善作用，并提高大鼠生存率。

5 在結(jié)腸組織中的歸巢作用

頡瀅[27]通過觀察免疫熒光染色證明發(fā)現(xiàn)，BMSCs能夠歸巢至腸炎部位，這表明BMSCs可提高其對小鼠腸炎的治療效率。有研究通過[28]測定疾病活動(dòng)指數(shù)評分，人性別確定區(qū)Y蛋白，自殺相關(guān)因子，G-蛋白偶聯(lián)受體5等發(fā)現(xiàn)心臟注射BMSCs的療效勝于鼠尾靜脈注射，BMSCs治療UC的作用，主要是通過減少腸道細(xì)胞凋亡、促進(jìn)腸道干細(xì)胞再生。張夏夢等[29]研究發(fā)現(xiàn)BMSCs可以向結(jié)腸血管內(nèi)皮細(xì)胞分化，來促進(jìn)血管的生成，并可以抑制腸道的炎癥，使得有UC大鼠結(jié)腸黏膜得以修復(fù)。張夏夢等[30]研究表明同種異體的BMSCs可以向UC大鼠結(jié)腸組織結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞分化，來起到抑制NF-kB表達(dá)，促進(jìn)IL-4表達(dá)的作用，這對于結(jié)腸黏膜的修復(fù)具有促進(jìn)作用。徐艷華等[31]研究發(fā)現(xiàn)部分BMSCs可以分化為結(jié)腸上皮細(xì)胞，參與損傷的修復(fù)。李榮富等[32]通過觀察免疫組化檢測中SRY蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)BMSCs移植后的結(jié)腸組織在移植后的第3、7、14、21天，SRY蛋白陽性細(xì)胞均可以被檢測到，說明在炎癥因素的作用下，移植細(xì)胞不但可以遷移至受損的腸道，而且可以定植在受損的腸道中。熊軒軒等[33]通過對比低中高劑量的BMSCs尾靜脈注射于UC大鼠，發(fā)現(xiàn)中劑量的BMSCs組中，Treg細(xì)胞表達(dá)上調(diào)，Th17細(xì)胞表達(dá)下調(diào)，較低、高劑量的BMSCs組，這提示BMSCs可能通過對Treg，Th17的影響，來起到對UC大鼠的治療作用。

6 在成骨關(guān)節(jié)組織中的歸巢作用

王鑫[34]探討骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)遷移歸巢在骨折愈合中的作用，發(fā)現(xiàn)骨折后大量REP-BMSC遷移至骨折處聚集，且OPN與OCN高表達(dá)。14d后病理組織切片染色結(jié)果顯示，CON組與AMD3100組以軟骨成分為主，而MSC組多已開始形成骨性骨痂；42d后CON組與AMD3100組處于骨痂塑形期，皮質(zhì)骨質(zhì)量差，MSC組骨痂已基本塑形完成。生物力學(xué)檢測結(jié)果顯示，MSC組最大負(fù)荷、最大橈度、彈性橈度及剛度顯著高于另兩組，且接近正常骨組織。說明BMSC歸巢能促進(jìn)骨折愈合，基質(zhì)細(xì)胞衍生因子SDF-1/CXCR4通路在其中發(fā)揮重要作用。楊毅[35]通過正向干預(yù)和反向干預(yù)兩個(gè)方面來證明，在骨形態(tài)發(fā)生蛋白2介導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞遷移中，SDF-1/CXCR4信號(hào)通路發(fā)揮重要作用，骨形態(tài)發(fā)生蛋白2可以促進(jìn)細(xì)胞歸巢和成骨作用，可以單獨(dú)或聯(lián)合干細(xì)胞來起到促進(jìn)骨組織修復(fù)的功能。王彥超[36]通過實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在退變的椎間盤部位，BMSCs出現(xiàn)了聚集的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象再次證明，BMSCs在椎間盤退變模型中具有遷移和歸巢的作用。通過體外實(shí)驗(yàn)檢測不同濃度SDF-1、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2和二者共同作用下骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移情況，并觀察加入CXCR4阻斷劑AMD3100后骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞遷移數(shù)，來探討SDF-1/CXCR-4信號(hào)通路在骨形態(tài)發(fā)生蛋白2誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢效應(yīng)中的關(guān)鍵作用[37-41]。結(jié)果顯示當(dāng)二者共同作用時(shí)細(xì)胞遷移數(shù)顯著增多，并且達(dá)到一定濃度后，會(huì)出現(xiàn)歸巢效應(yīng)，說明兩者在誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞遷移中具有相互促進(jìn)作用[42]。袁鈺祺[43]研究發(fā)現(xiàn)超聲空化效應(yīng)可以增加慢病毒介導(dǎo)hCOX-2 shRNA、hAggrecanse-1shRNA、hIGF-1基因轉(zhuǎn)染人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在兔關(guān)節(jié)炎模型進(jìn)入靶器官的比例。

7 在腦組織中

錢健[44]研究發(fā)現(xiàn)在超聲聯(lián)合微泡增效骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢治療缺血性腦卒實(shí)驗(yàn)中，超聲+微泡+骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞組積分吸光度明顯高于其它組別，發(fā)現(xiàn)超聲+微泡+骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞組中歸巢細(xì)胞數(shù)量明顯增多。超聲聯(lián)合微泡對于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的腦內(nèi)靶向歸巢具有促進(jìn)作用，并且可以減少腦水腫和腦梗死體積，改善神經(jīng)功能評分，促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療缺血性腦卒中的效果。劉斌[45]觀察骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在腦缺血再灌注大鼠體內(nèi)的歸巢情況，發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞歸巢可至腦梗塞壞死區(qū)及周圍半暗帶區(qū)，對因大鼠腦缺血后導(dǎo)致的神經(jīng)功能缺損恢復(fù)，并在一定程度上減少腦梗塞面積。

8 討論

從上文我們得出，BMSCs的歸巢對心、肺、肝、腎以及骨關(guān)節(jié)和腦的損傷都可以達(dá)到治療作用，除此之外，BMSCs的歸巢還對男科和婦科疾病有影響作用，如胡紅梅[46]通過對ERS1(在薄型子宮內(nèi)膜致病過程中一個(gè)非常關(guān)鍵的因子)表達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs歸巢增加與ERS1的表達(dá)具有一定的聯(lián)系。而且還可以刺激SDF-1，CXCR4的表達(dá)增高。ESR1表達(dá)后會(huì)引起細(xì)胞周期G1/S過渡，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞周期G1/S發(fā)生相關(guān)的生物學(xué)轉(zhuǎn)變，直接上調(diào)cyclin D1等細(xì)胞周期相關(guān)蛋白。韓廣瑋[47]研究發(fā)現(xiàn)由于超聲復(fù)合微泡具有促進(jìn)BMSCs向前列腺歸巢的作用，因此能夠起到減輕前列腺炎癥反應(yīng)。此外，還有很多研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs可以歸巢至腫瘤微環(huán)境(TME)，這種歸巢后對癌細(xì)胞產(chǎn)生的作用是兩方面的[48-50]： 一方面可以作為一種新興的細(xì)胞載體，加快歸巢至TME并可以具有多向分化潛能，如Lang等[51]等用BMSCs裝載分泌miR-124a的外泌體治療惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤取得良好的治療效果；另一方面BMSCs也可以通過促進(jìn)癌細(xì)胞發(fā)展，來找到其可能存在的促癌機(jī)制，來尋找到一種有效的抗癌靶點(diǎn)，來抑制BMSCs的歸巢作用，如Camorani等[52]在治療乳腺癌時(shí)，通過拮抗血小板源性生長因子受體β(PDGER-β)來起到抑制BMSCs歸巢至TME，起到治療作用。

“歸巢”對損傷部位來說是一個(gè)捕獲BMSCs的主動(dòng)過程，局部內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)足夠數(shù)量黏附分子和強(qiáng)趨化因子等對BMSCs定向遷移、定居是非常重要的[53]。目前關(guān)于BMSCs歸巢的實(shí)驗(yàn)研究和臨床研究取得較大的進(jìn)展，但也存在一些亟待解決的問題，最大的問題在于骨髓干細(xì)胞動(dòng)員歸巢于損傷部位的百分率較低，而這個(gè)問題也是制約骨髓干細(xì)胞移植應(yīng)用的瓶頸，也是當(dāng)前BMSCs研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。因此對于如何解決BMSCs動(dòng)員歸巢的問題，以及尋找提高動(dòng)員歸巢率的藥物，任然尤為重要。