臍帶干細(xì)胞綜述

1、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的研究進(jìn)展間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSC s)是來源于發(fā)育早期中胚層 的一類多能干細(xì)胞1-5, MSC由于它的自我更新和多項(xiàng)分化潛能,而具有巨大的 治療價(jià)值,日益受到關(guān)注.MSC有以下特點(diǎn)：(1)多向分化潛能,在適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo) 條件下可分化為肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞3'4、脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)、肝細(xì)胞6、心 肌細(xì)胞10和表皮細(xì)胞11, 12; (2)通過分泌可溶性因子和轉(zhuǎn)分化促進(jìn)創(chuàng)面愈合；(3) 免疫調(diào)控功能,骨髓源(bone marrow ) MSC表達(dá)MHC-類分子,不表達(dá)MHC-II 類分子,不表達(dá)CD80 CD86 CD4第協(xié)同刺激分子,

2、體外抑制混合淋巴細(xì)胞反響, 體內(nèi)誘導(dǎo)免疫耐受11,15,在預(yù)防和治療移植物抗宿主病、誘導(dǎo)器官移植免疫耐受 等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景；(4)連續(xù)傳代培養(yǎng)和冷凍保存后仍具有多向分化潛能, 可作為理想的種子細(xì)胞用于組織工程和細(xì)胞替代治療.197的Friedenstein16首先證實(shí)了骨髓中存在MSC ,以后的研究證實(shí)MSC不僅存在于骨髓中,也存在 于其他一些組織與器官的問質(zhì)中：如外周血17,臍血5,松質(zhì)骨1,18,脂肪組織 1,滑膜18和臍帶.在所有這些來源中,臍血(umbilical cord blood) 和臍帶 (umbilical cord)是MSCR理想的來源,由于它們可以通過非侵入性手段容

3、易獲 得,并且病毒污染的風(fēng)險(xiǎn)低,還可冷凍保存后行自體移植.然而,臍血 MS畫培 養(yǎng)成功率不高19, 23-24 , Shetty的研究認(rèn)為只有6%而臍帶MSC5培養(yǎng)成功率可 達(dá)100%5.另外從臍血中別離MSC,就浪費(fèi)了其中的造血干/祖細(xì)胞 (hematopoietic stem cells/hematopoietic progenitor cells,HSCs/HPCs)26,27,因此,臍帶 MSC(umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSCs)就成為重要來源.一. 概述人臍帶約40 g,它的長(zhǎng)度約60- 65 cm,足月臍帶的平均直徑約1.

4、5 cm28, 29 o臍帶被覆著鱗狀上皮,叫臍帶上皮,是單層或復(fù)層結(jié)構(gòu),這層上皮 由羊膜延續(xù)過來30, 31.臍帶的內(nèi)部是兩根動(dòng)脈和一根靜脈,血管之間是粘液 樣的結(jié)締組織,叫做沃頓膠質(zhì),充當(dāng)血管外膜的功能.臍帶中無毛細(xì)血管和淋巴 系統(tǒng).沃頓膠質(zhì)的網(wǎng)狀系統(tǒng)是糖蛋白微纖維和膠原纖維.沃頓膠質(zhì)中最多的葡萄糖胺聚糖是透明質(zhì)酸,它是包繞在成纖維樣細(xì)胞和膠原纖維周圍的并維持臍帶形 狀的水合凝膠,使臍帶免受擠壓.沃頓膠質(zhì)的基質(zhì)細(xì)月fi是成纖維樣細(xì)胞32,這 種中間絲蛋白表達(dá)于間充質(zhì)來源的細(xì)胞如成纖維細(xì)胞的,而不表達(dá)于平滑肌細(xì)胞.共表達(dá)波形蛋白和索蛋白提示這些細(xì)胞本質(zhì)上肌纖維母細(xì)胞.臍帶基質(zhì)細(xì)胞也是一種具有

5、多能干細(xì)胞特點(diǎn)的細(xì)胞,具有多項(xiàng)分化潛能,其形態(tài)和生物學(xué)特點(diǎn)與骨髓源性MSC相似5, 20, 21, 38,46,但臍帶MSC更原始,是介 于成體干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞之間的一種干細(xì)胞,表達(dá) Oct-4, Sox-2和Nano薩多種胚胎干細(xì)胞的特有分子標(biāo)志20,有更高的克隆形成率45,倍增時(shí)間更短47, 56 具有更強(qiáng)的擴(kuò)增水平,7代后可擴(kuò)增300120 ; Lund等的研究認(rèn)為一條人臍帶共 可擴(kuò)增到1015個(gè)細(xì)胞網(wǎng)47 ; UC-MSC在體外培養(yǎng)和體內(nèi)移植都是平安的,不會(huì)自 發(fā)轉(zhuǎn)化成畸胎瘤20 43,體外的細(xì)胞分裂周期可達(dá)5060次2°.目前各家報(bào)道的 UC-MSC勺細(xì)胞動(dòng)力學(xué)有差異,可

6、能是由于 UC-MSC勺來源不同,包括血管問、血 管周及羊膜下細(xì)胞群,由此導(dǎo)致了 UC-MSC勺異質(zhì)性20, 38.3.1 . UC-MSC勺分子標(biāo)志57:目前文獻(xiàn)報(bào)道的分子標(biāo)志見表臍帶基質(zhì)細(xì)胞的分子標(biāo)志通過蛋白,mRN減基因表達(dá)分析檢測(cè)所得分子標(biāo)志可得性參考文獻(xiàn)Vimentin十20, 38Desmin十20, 38ASMA十19, 20CD10十43, 47CD13十43, 45, 47, 50, 58CD14一20, 43, 45, 47CD29(integrin 0 1)十41,43, 45, 46, 49, 58CD31 (PECAM)一43, 45, 47, 49, 56, 58C

7、D33一43CD34-20, 38, 42, 43, 45-47, 49, 50, 56,58, 59CD38-CD44 (HCAM)十CD45一38, 42, 43, 45-47, 49, 50, 56, 58,59CD49b (integrin 瓜 2)十43, 50CD49c (integrin a 4)十43CD49d (integrin a 3)+43CD49e+43, 56CD51 (integrin a 5)+CD54 (ICAM-1)-/+aCD56一43CD73 (SH3)+CD90 (Thy-1)+CD105 (endoglin, SH2)+CD106 (VCAM-1)-/

8、+a38, 45, 50, 58CD117 (c-kit)-/+a32, 38, 47, 50, 56, 58CD123 (IL-3 receptor)一38CD133一43CD146+56CD166 (ALCAM)+45, 49CD235a (glycophorin A)一38HLA-1十HLA-DR (MHC class II)一38, 43, 45, 47, 50, 58, 60HLA-DP (MHC class II)一38, 47HLA-DQ (MHC class II)-47HLA-A, B, C (MHC class I)十38, 45, 47, 50, 58HLA-G (MHC

9、 class I)一38STRO-1-38, 56Oct-4/ +38, 43, 48Nanog+43, 48SSEA-4一38Sox-2+43, 48reference 48蒯胞來源是豬,其它細(xì)胞來源均為人.a不同參考文獻(xiàn)的報(bào)道有矛盾縮寫:ALCAM, activated leukocyte cell adhesion molecule; HCAM, homing-associated cell adhesion molecule; HLA, human leukocyte antigen; ICAM, intercellular adhesion molecule; IL, interle

10、ukin; MHC, major histocompatibility complex; PECAM, platelet endothelial cell adhesion molecule; SSEA, stage-specific embryonic antigen; VCAM, vascular cell adhesion molecule.3.2 人UC-MSC勺類型人UC-MS加為一個(gè)異質(zhì)的細(xì)胞群,從表型上至少有兩種不同類型的細(xì)胞20： I型和II型,波形蛋白在兩型細(xì)胞均表達(dá),而 I型細(xì)胞還表達(dá)角蛋白中間絲 (Pancytokeratin), I型細(xì)胞主要來源于血管周細(xì)胞.兩型細(xì)胞在

11、向軟骨、骨和 脂肪譜系的分化上沒有區(qū)別,但在神經(jīng)譜系的分化上有區(qū)別,I型細(xì)胞體外不能向神經(jīng)元細(xì)胞分化.3.3 UC-MSC的分化潛能UC-MSCs起源于胚外中胚層,脂肪、軟骨、骨、心肌和骨骼肌的誘導(dǎo)是目 前研究最多的譜系57.目前沒有發(fā)現(xiàn)公認(rèn)的MSCs特異性外表抗原,無直接方法 可鑒定MSCs,都是通過在培養(yǎng)過程中出現(xiàn)分化表型,然后逆推得知是否為 MSCs61, 62.研究證實(shí)人UC-MS體外可以分化為脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞20, 40, 46, 56、 骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞46, 49、骨骼肌細(xì)胞、神經(jīng)元/神經(jīng)膠質(zhì)前體細(xì)胞20, 45, 46、多巴 胺能神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞58.與BM- MSCs相比,

12、UC-MSCs分化為軟骨和骨的水平 更強(qiáng)20,成骨分化速度更快56,而分化為脂肪的水平更弱200在向軟骨譜系誘 導(dǎo)時(shí),UC-MSC僅表達(dá)II型膠原,也表達(dá)I型膠原20.四.臨床應(yīng)用前景近來,隨著對(duì)MSCF究的深入,逐漸發(fā)現(xiàn)MSCE損傷等刺激下能參與多種組 織的修復(fù),其機(jī)制盡管尚未完全說明,但初步結(jié)果顯示可能與創(chuàng)傷的刺激及局部 創(chuàng)面的微環(huán)境中含有各種不同的因子有關(guān),它們具有促進(jìn)MSC1化以及誘導(dǎo)MSC向所需要的組織或細(xì)胞分化來參與組織的修復(fù).有研究認(rèn)為MSCS過分泌可溶性 因子來改變微環(huán)境,在促進(jìn)創(chuàng)面愈合過程中比細(xì)胞轉(zhuǎn)分化起的作用更大.細(xì)胞分化依賴于細(xì)胞所處的三維空間結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的多維分化信號(hào)62

13、o細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞 與細(xì)胞外基質(zhì)間相互作用直接影響干細(xì)胞的分化方向和進(jìn)程.周邊環(huán)境對(duì)其增 殖、分化有重要作用.生物體提供了復(fù)雜微妙的微環(huán)境,可以借助生物體本身來 進(jìn)一步完成多種干細(xì)胞的誘導(dǎo)分化.Weiss等64, 65移植豬的UC MSCs到紋狀體接受過神經(jīng)毒素6-羥基多巴胺注 射的大鼠腦里,結(jié)果提示UC MSCs移植是平安的,沒有明顯的宿主免疫應(yīng)答, UC MSCs能夠增殖,不形成畸胎瘤；移植的 UC MSCs可以分化為酪氨酸羥 化酶陽性細(xì)胞.他們以后的研究發(fā)現(xiàn)43,移植未分化的人UCMSCs到單側(cè)震 顫麻痹癥的大鼠腦中,UC-MSCs可以改善阿樸嗎啡引起的眩暈.Jomura等41 預(yù)先在大

14、鼠的左側(cè)丘腦核、海馬、月并脹體和皮層顯微注射了大鼠的Oct-4(+) UCMSCs,然后通過心跳停止再復(fù)蘇造成腦缺血,實(shí)驗(yàn)證實(shí)預(yù)先注射了 UC-MSCs 的大鼠腦部椎體細(xì)胞的損傷最輕,提示了 UC-MSCs在腦缺血的治療中是有前 景的.Lund等47移植人UC MSCs到有早期視網(wǎng)膜退變的大鼠視網(wǎng)膜下,通過 視網(wǎng)膜電流圖,空間分辨水平,亮度閾的測(cè)定,發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)光感受器的恢復(fù).人UC MSCs可能有助于治療視網(wǎng)膜退行性疾病如色素性視網(wǎng)膜炎.Tsai發(fā)現(xiàn)人 66UC MSCs可以治療四氯化碳誘導(dǎo)的大鼠的肝纖維化.UC-MS貌為一種具有多能干細(xì)胞特點(diǎn)白細(xì)胞,不但能夠成為骨髓MSC等理想替代物,而且具有更大的應(yīng)用潛能.由于臍帶有更充足的來源,收集容易, 對(duì)供者無任何損傷不受任何倫理及法理限制；