人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞的研究進(jìn)展

曾鵬輝, 尹文君

南華大學(xué)衡陽醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院檢驗(yàn)科, 湖南衡陽 421001

人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞(human amniotic mesenchymal stem cell,hAMSC)分布于胎盤羊膜間充質(zhì)層,在體外可分化為成脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞和成軟骨細(xì)胞等多種細(xì)胞。hAMSC缺乏組織相容性抗原及端粒酶的表達(dá),表現(xiàn)出低免疫原性及低致瘤性的特點(diǎn)[1]。hAMSC通過支持造血、降低氧化應(yīng)激及抑制炎癥等多種途徑在疾病治療中發(fā)揮著積極作用[2],同時(shí)hAMSC可通過旁分泌作用發(fā)揮免疫抑制和組織修復(fù)的作用[3]。本文通過對(duì)hAMSC的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié),綜述了hAMSC的生物特性及在各個(gè)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用。

1 hAMSC生物學(xué)特征

hAMSC在體外的形態(tài)與成纖維細(xì)胞相似,表現(xiàn)為梭形。hAMSC表面表達(dá)有CD44、CD73、CD90和CD105等多種干細(xì)胞標(biāo)志物,但不表達(dá)CD34、CD45、CD11b、CD19和HLA-DR[4],這體現(xiàn)出hAMSC具有良好的細(xì)胞干性及低免疫原性。hAMSC是細(xì)胞因子的豐富來源,可通過旁分泌作用釋放各種細(xì)胞因子從而起到促進(jìn)組織修復(fù)及調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的作用[3,5]。

2 hAMSC應(yīng)用于各系統(tǒng)疾病

2.1 免疫系統(tǒng)疾病

免疫系統(tǒng)在人體起到了免疫監(jiān)視、防御、調(diào)控的作用,免疫系統(tǒng)失衡往往導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。hAMSC可通過分泌可溶性細(xì)胞因子抑制單核細(xì)胞增殖,降低T細(xì)胞功能和NK細(xì)胞毒性,并通過抑制腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)和干擾素γ(interferon gamma,IFN-γ)等細(xì)胞因子的分泌來抑制組織局部炎癥的發(fā)生[6]。在適應(yīng)性免疫中,hAMSC可以通過抑制干擾素調(diào)節(jié)因子4、PR/SET結(jié)構(gòu)域1、X-盒結(jié)合蛋白1的基因表達(dá),阻斷B細(xì)胞分化及CD138+漿細(xì)胞的生成[7]。綜上,hAMSC能通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)有效抑制炎癥的發(fā)生。

2.2 生殖系統(tǒng)疾病

在女性生殖系統(tǒng)中,hAMSC移植是一種有望治療卵巢早衰的方法。在卵巢早衰模型鼠中注射hAMSC可觀察到hAMSC向受損卵巢部位遷移[8]。在受損卵巢處,hAMSC可促進(jìn)卵巢組織中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和胰島素樣生長(zhǎng)因子1的表達(dá)并激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路,從而改善卵巢局部微環(huán)境[9]。hAMSC還可以通過外泌體調(diào)節(jié)顆粒細(xì)胞和卵巢中沉默信息調(diào)節(jié)因子4、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子水平,促進(jìn)卵巢組織血管生成等,從而調(diào)控卵泡發(fā)育和增殖[10];提示hAMSC可通過多種途徑促進(jìn)卵泡發(fā)育、恢復(fù)顆粒細(xì)胞增殖和內(nèi)分泌功能。

在男性生殖系統(tǒng)中,hAMSC可促進(jìn)雄激素合成從而發(fā)揮保護(hù)睪丸的作用[11];并可通過hAMSC中的骨膜蛋白激活β-連環(huán)蛋白和細(xì)胞周期蛋白D1促進(jìn)精原細(xì)胞增殖[12]。

2.3 皮膚系統(tǒng)疾病

皮膚的傷口愈合涉及到成纖維細(xì)胞與角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖及分化。一方面,hAMSC通過減少成纖維細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生,提高超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性,促進(jìn)人成纖維細(xì)胞的增殖和遷移[13]。另一方面,hAMSC通過激活c-Jun氨基末端激酶信號(hào)通路增強(qiáng)角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移和分化[14]。同時(shí)hAMSC通過激活成纖維細(xì)胞與角質(zhì)形成細(xì)胞中磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B和糖原合成酶激酶3/β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路,促進(jìn)創(chuàng)面愈合,加速創(chuàng)面上皮化[4]。

2.4 骨骼系統(tǒng)疾病

骨骼系統(tǒng)損傷常見的癥狀是骨缺損。hAMSC可誘導(dǎo)M2巨噬細(xì)胞分泌骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子,并促進(jìn)骨缺損部分礦化沉積速率及骨再生[15-16]。

金屬鈦是骨缺損修復(fù)常用的材料,主要起支撐或引導(dǎo)骨再生的作用。與鈦合金相比,黏附有hAMSC的鈦合金在治療骨缺損時(shí)表現(xiàn)出更好的治療效果[17]。由于骨骼修復(fù)過程中不僅需要有組織的修復(fù)還需要有力學(xué)支撐,因此剛性生物材料與hAMSC的結(jié)合會(huì)是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

2.5 神經(jīng)系統(tǒng)疾病

淀粉樣蛋白-β肽(Aβ)的沉積是導(dǎo)致阿爾茨海默病發(fā)生發(fā)展的重要原因。hAMSC可以促進(jìn)阿爾茨海默病模型鼠中小膠質(zhì)細(xì)胞的活化,增強(qiáng)其對(duì)β-淀粉樣蛋白的吞噬能力,另一方面通過旁分泌作用下調(diào)TNF-α和IL-1β等炎癥因子表達(dá),調(diào)節(jié)局部炎癥反應(yīng)[18]。通過注射高表達(dá)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子基因的hAMSC可顯著提高老年癡呆大鼠中血清谷胱甘肽及腦組織超氧化物歧化酶的含量,并顯著降低大腦皮質(zhì)和海馬中的淀粉樣蛋白β,從而進(jìn)一步改善老年癡呆大鼠學(xué)習(xí)能力[19]。

2.6 消化系統(tǒng)疾病

肝臟是人體消化系統(tǒng)的重要組成部分,在肝臟中,庫(kù)普弗細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及肝星狀細(xì)胞的過度激活是導(dǎo)致肝纖維化的重要原因。hAMSC的輸注可有效抑制肝星狀細(xì)胞激活,減少庫(kù)普弗細(xì)胞數(shù)量,同時(shí)抑制肝臟炎癥和氧化應(yīng)激,并通過抑制α-平滑肌肌動(dòng)蛋白、金屬蛋白酶組織抑制劑-1和Ⅰ型膠原蛋白表達(dá)來改善肝組織微環(huán)境從而減少膠原沉積[20];同時(shí)通過提高h(yuǎn)AMSC中IL-10的表達(dá),從而起到抑制肝纖維化作用[21]。

2.7 呼吸系統(tǒng)疾病

急性肺損傷時(shí),肺組織中血管內(nèi)細(xì)胞、肺泡壁組織、肺泡毛細(xì)血管屏障均遭到破壞,hAMSC可以遷移到受損的肺部,通過降低局部炎癥反應(yīng)來改善呼吸和免疫功能[22-23];同時(shí),還可以抑制肺內(nèi)淋巴樣聚集物的形成和擴(kuò)張,從而減弱肺部炎癥過程,減少纖維化病變的進(jìn)展[24]。

2.8 循環(huán)系統(tǒng)疾病

hAMSC通過趨化因子粒細(xì)胞趨化蛋白2、中性粒細(xì)胞激活肽2和低氧誘導(dǎo)因子-1,誘導(dǎo)心臟血管再生。同時(shí)hAMSC還可以刺激內(nèi)源性細(xì)胞旁分泌因子的釋放,改善心肌修復(fù),誘導(dǎo)M2樣巨噬細(xì)胞極化,并通過前列腺素E2、趨化因子配體2和TGF-β增強(qiáng)hAMSC的增殖和遷移能力,從而增強(qiáng)受損心肌的功能[25]。

2.9 泌尿系統(tǒng)疾病

泌尿系統(tǒng)由腎臟、輸尿管、膀胱及尿道組成。在急性腎損傷中,hAMSC可以遷移到受損的腎間質(zhì)中,促進(jìn)腎組織結(jié)構(gòu)的恢復(fù),并降低血清中肌酐、尿素氮的含量,同時(shí)通過減少Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β的表達(dá)以及增加骨形態(tài)發(fā)生蛋白來減輕間質(zhì)纖維化,促進(jìn)腎細(xì)胞再生和生長(zhǎng)因子分泌,從而改善腎功能[26-27]。

3 展 望

隨著3D培養(yǎng)、無血清培養(yǎng)及向特定組織細(xì)胞分化研究的不斷深入,hAMSC的潛能在不斷被挖掘。hAMSC在各種疾病治療中的研究機(jī)制也為其在臨床的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),但是hAMSC的獲取、培養(yǎng)、注射方式、劑量等方面的標(biāo)準(zhǔn)流程也需要大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果支撐。hAMSC在疾病治療所涉及的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究探討。