干細(xì)胞的分化異常分化與氧因素-新橋醫(yī)院

1、干細(xì)胞的分化、異常分化與氧因素李啟明 1程天民 1 李寧 2 粟永萍 1 鄒仲敏 1 冉新澤 1羅成基 1(第三軍醫(yī)大學(xué) 1.全軍復(fù)合傷研究所，創(chuàng)傷、燒傷與復(fù)合傷國家重點實驗室, 重慶 400038;2. 新橋醫(yī)院高壓氧治療中心 , 重慶 .400037)主題詞 : 干細(xì)胞；細(xì)胞分化；氧；文獻(xiàn)綜述0 引言干細(xì)胞 (stem cell)是具有多能性的細(xì)胞，它應(yīng)備以下特性：自我維持和自我更新的能力；具有多種分化潛能，能分化為本系大部分類型細(xì)胞；增殖分裂能力；這種自我更新能力和多分化潛能可以維持相當(dāng)長的時間，甚至終生；對損傷和疾病具有反應(yīng)能力; 它能夠無限制的自我更新并具有分化成不同的成熟組織類型的

2、多能性。人體中存在著三種干細(xì)胞， 即胚胎干細(xì)胞、 生殖干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。 胚胎干細(xì)胞是由受精卵經(jīng)過五至六次分裂后發(fā)育而來， 它在胚胎發(fā)育過程中逐漸失去多能性， 最終分化成為組成各種器官的細(xì)胞系，胚胎干細(xì)胞是具有全能性的干細(xì)胞。 生殖干細(xì)胞產(chǎn)生精子和卵子， 是人類繁衍后代的源泉。成體干細(xì)胞與機體組織的更新有著密切關(guān)系，一個成體干細(xì)胞可以分化為一種過渡性自我更新細(xì)胞， 這種細(xì)胞雖然有一定的分化度， 但它卻可以以不對稱的方式分裂， 形成一個新的過渡性自我更新細(xì)胞和一個可以繼續(xù)分化且具有組織特異性的細(xì)胞。人體組織內(nèi)都含有一定數(shù)量的過渡性自我更新細(xì)胞,這些細(xì)胞每時每刻都在對機體的損傷和衰老進(jìn)行更新和修

3、復(fù)。但是組織內(nèi)的成體干細(xì)胞在一般情況下都處于靜息狀態(tài)，不會進(jìn)行分裂。 只有當(dāng)體內(nèi)的平衡被打破，即自我更新細(xì)胞大量減少，或機體對過渡性自我更新細(xì)胞的需求迅猛增加時，成體干細(xì)胞才會從靜息狀態(tài)重新進(jìn)入細(xì)胞周期，開始以極快的速度進(jìn)行分裂1,2 。1 干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞相似性干細(xì)胞的自我更新能力是其最重要和最有用的特征。與自我更新能力最有關(guān)的重要的轉(zhuǎn)錄因子主要是 OCT4, SOX2 和 NANOG ，它們對保持胚胎干細(xì)胞的自我更新（self-renewal ）和多能性（ pluripotency ）是必須的3 , 近年來通過這一特征, 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞和癌細(xì)胞之間有許多的相似： 干細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞均有無

4、限增殖能力、自我更新能力、 遷移（轉(zhuǎn)移） 能力、相似生長調(diào)控機制與細(xì)胞生長分化有關(guān)的Wnt 、 Notch 、BMI1 依賴途徑和 SHH(Sonichedgehog)通路的信號傳導(dǎo)途徑4 ，因此 ,惡性腫瘤可能會起源于正常干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化、突變，因為相似的信號通路可能既調(diào)節(jié)干細(xì)胞也調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的自我更新；而干細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞在一定條件下是可以互相轉(zhuǎn)化的：生殖嵴或胚胎植入人體內(nèi)可以誘導(dǎo)成為畸胎瘤，而畸胎瘤細(xì)胞注入鼠囊胚內(nèi)細(xì)胞團可以形成正常胚胎；我所在對間充質(zhì)干細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)：將間充質(zhì)干細(xì)胞注入裸鼠體內(nèi)后生長出惡性纖維瘤5,6 ；按發(fā)育生物學(xué)觀點，腫瘤的細(xì)胞來源只能有兩種：成熟分化細(xì)胞的去分化（de-

5、differentiation ）；機體或組織內(nèi)本來已存在的干細(xì)胞在特定的分化水平停止分化或分化失常（dys-differentiation ）。因此 ,目前人們認(rèn)識到惡性腫瘤細(xì)胞起源是可能是 :1.干細(xì)胞的分化受阻，干細(xì)胞是突變的靶點，即干細(xì)胞先發(fā)生突變， 然后傳給分化的子代，子代獲自我更新能力，在此基礎(chǔ)上又發(fā)生其它突變成為轉(zhuǎn)化細(xì)胞；2.成熟組織內(nèi)細(xì)胞的去分化變成幼稚細(xì)胞并且具有了分裂能力，從而轉(zhuǎn)化為惡性腫瘤細(xì)胞，其中僅有腫基金項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項目( “973 項目 ”)(2005CB522605)通信作者瘤細(xì)胞中的 14% 移植腫瘤細(xì)胞具有致瘤性，這部分細(xì)胞具有干細(xì)胞的特

6、征，即自我更新以及分化成為其它組織類型的能力；3.干細(xì)胞不同于腫瘤細(xì)胞之處是它生長的微環(huán)境,或稱壁龕、生物位 (niche) 對其轉(zhuǎn)化具有非常重要的作用7,8 ，而對已經(jīng)轉(zhuǎn)化成的惡性腫瘤細(xì)胞生長影響而言， 外環(huán)境影響則相對要小，也就是說惡性腫瘤細(xì)胞有獲得更強的適應(yīng)環(huán)境、繼續(xù)生長的潛能。F.Clarke 和 Max S.Wicha 發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中只有一小部分細(xì)胞可以分裂成為腫瘤組織中的各種細(xì)胞。 在研究中， 他們發(fā)現(xiàn)可以用細(xì)胞表面的標(biāo)記蛋白將腫瘤細(xì)胞分成兩類，將兩類蛋白分別注入老鼠的乳腺中，第一類腫瘤細(xì)胞 （有標(biāo)記蛋白） 雖然只占整個細(xì)胞數(shù)量的極小部分，但卻能引起腫瘤發(fā)生， 第二類腫瘤細(xì)胞占整個

7、細(xì)胞的絕大多數(shù)，卻不能引起腫瘤發(fā)生。在上述老鼠的腫瘤中， 繼續(xù)重復(fù)上述實驗， 可以發(fā)現(xiàn)有蛋白標(biāo)記的第一類腫瘤細(xì)胞在每一代都可以引起新的腫瘤發(fā)生。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞類似于成體干細(xì)胞，有著分裂增殖，自我更新，以及分化成其它細(xì)胞的能力，因此被命名為腫瘤干細(xì)胞。從腫瘤發(fā)生的條件來看，干細(xì)胞的確是癌變基因的理想萌生處和持久的載體。首先， 腫瘤發(fā)生在某個細(xì)胞上需要這個細(xì)胞具有不斷分裂的能力而且該細(xì)胞的基因突變不會因為組織更新而丟失， 其次，發(fā)生基因突變的腫瘤細(xì)胞必須能保持在體內(nèi)，這樣看來，高度分化的組織特異性細(xì)胞不會是腫瘤的始作俑者，因為它們終究會走向凋亡，而具有長久活力的干細(xì)胞很可能是腫瘤發(fā)生的真

8、兇?？赡艿慕忉層校赫３审w干細(xì)胞由于內(nèi)源性或外源性的刺激，導(dǎo)致基因發(fā)生突變， 并進(jìn)入細(xì)胞周期，迅速分裂，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤干細(xì)胞，腫瘤干細(xì)胞不斷增殖分化， 成為腫瘤細(xì)胞瘋狂生長的源泉，同時，腫瘤干細(xì)胞具有干細(xì)胞的轉(zhuǎn)移性，使腫瘤在機體內(nèi)蔓延。例如 :正常造血干細(xì)胞與白血病干細(xì)胞:白血病干細(xì)胞類似于正常情況下的組織干細(xì)胞,它們從同一個譜系來源 ; 白血病干細(xì)胞具有正常干細(xì)胞自我增殖、初始分化、生存力強特點；但白血病干細(xì)胞卻沒有正常干的終末分化特點，因而不能夠形成終末分化的各種成熟血細(xì)胞,從而導(dǎo)致了大量幼稚細(xì)胞入血,發(fā)生了白血病。到目前為止，腫瘤干細(xì)胞已經(jīng)在白血病、腦癌、肺癌等腫瘤組織中得到了驗證9,1

9、0，那么腫瘤干細(xì)胞自何而來？腫瘤干細(xì)胞和成體干細(xì)胞在分子標(biāo)記和行為形態(tài)上的相似性，使人們很容易將它的起源和成體干細(xì)胞聯(lián)系起來。由此我們自然繪制出一幅腫瘤發(fā)生的起源圖，其中的三個關(guān)鍵點就是， 正常成體干細(xì)胞， 基因突變的成體干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞。這就形成成熟細(xì)胞去分化產(chǎn)生腫瘤與干細(xì)胞異常分化或分化受阻發(fā)生腫瘤的完全不同理論。由于腫瘤干細(xì)胞與成體干細(xì)胞有明顯相似性，即它們都比對應(yīng)的分化成熟的細(xì)胞更具有對化療藥物耐受的趨向性，所以腫瘤干細(xì)胞在藥物治療后處往往于休眠狀態(tài)，即停止于細(xì)胞周期中的 G0/G1 期，從而得以存活， 并在藥物治療后繼續(xù)產(chǎn)生出新腫瘤細(xì)胞，引起癌癥復(fù)發(fā)。如果腫瘤是源于腫瘤干細(xì)胞，是一

10、種干細(xì)胞疾病， 那么我們先前諸多關(guān)于腫瘤發(fā)生發(fā)展機制、細(xì)胞信號途徑等的研究成果需要重新評價，因為腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)行為與其他腫瘤細(xì)胞可能存在質(zhì)的差別。2 不同分化認(rèn)識也影響了癌的治療基因突變理論認(rèn)為腫瘤的本質(zhì)是體細(xì)胞基因突變的結(jié)果，人們理所當(dāng)然地認(rèn)為，腫瘤細(xì)胞就是成熟體細(xì)胞在惡變過程中去分化所致,因此維甲酸誘導(dǎo)分化來治療毛細(xì)胞白血病取得了顯著的效果。 與此相矛盾的有：如混合瘤是指腫瘤組織內(nèi)有一種以上的瘤細(xì)胞組分，比如上皮性和間葉性的癌肉瘤。 按基因突變理論， 不同的瘤細(xì)胞是由不同的細(xì)胞成分惡變并混合而成，是多克隆的。但 Wada 研究卻提示混合瘤大多數(shù)也是單克隆的，其不同細(xì)胞組分實際上來自于同

11、一個癌祖細(xì)胞 26 ，這只能夠解釋為干細(xì)胞在異常微環(huán)境中差異分化的結(jié)果。而這種現(xiàn)象難以用去分化來解釋。最有代表性的是各種白血病。不同類型的白血病表現(xiàn)為造血干細(xì)胞在不同發(fā)育階段的分化阻斷，這些白血病細(xì)胞在不同分化水平旺盛增殖，用去分化理論也難以理解。同樣，對白血病細(xì)胞進(jìn)行化學(xué)干預(yù)， 體外和體內(nèi)實驗均證實它們可以被誘導(dǎo)向成熟分化，分化后特征性標(biāo)記的染色體消失， 異倍體核型也趨向于向正常核型轉(zhuǎn)化，而且分化過程中出現(xiàn)過渡態(tài)，即在形態(tài)上介于幼稚和成熟之間，在細(xì)胞表面標(biāo)志上表現(xiàn)為既有幼稚細(xì)胞分化抗原，又有成熟細(xì)胞分化抗原， 而誘導(dǎo)分化完成后只表達(dá)成熟細(xì)胞分化抗原。在正常血液和淋巴系統(tǒng)，造血干細(xì)胞需要在特定

12、的分化水平發(fā)生染色體結(jié)構(gòu)的重排和異位，如果致癌作用發(fā)生在這個分化水平，那么惡性增殖的血液細(xì)胞便會帶上特征性的標(biāo)志染色體，但這種細(xì)胞被誘導(dǎo)分化后，特征性染色體應(yīng)消失。各種組織和器官的惡性腫瘤都有一個從低分化到高分化的分化系列，即使在同一瘤體內(nèi)也常常如此， 它們實際上是干細(xì)胞在不同的分化水平分化受阻的表現(xiàn)。“未分化癌 ”可以由成熟細(xì)胞去分化產(chǎn)生是相對更難理解一些。從癌治療角度看 , 既然癌可以起源于干細(xì)胞的非正常分化，那么設(shè)法通過改變微環(huán)境，誘導(dǎo)或 “操縱 ”癌細(xì)胞向正常細(xì)胞分化，完全可以成為癌癥治療的立足點和希望之所在。早在1970 年代，伊爾門西（ K. Illmensee ）就發(fā)現(xiàn)將畸胎癌細(xì)

13、胞移植至正常同系動物的胚泡內(nèi)，結(jié)果產(chǎn)生不長腫瘤的嵌合型小鼠。1980 年代韋布（ C. G. Webb）將白血病細(xì)胞向同系動物的早期胚胎移植， 發(fā)現(xiàn)白血病細(xì)胞可參與正常動物血液系統(tǒng)的發(fā)育，動物發(fā)育成熟后各系血液細(xì)胞均可發(fā)現(xiàn)白血病細(xì)胞的基因標(biāo)記。1990 年代科爾曼（ W. B. Coleman ）將肝癌細(xì)胞向同系成年動物肝組織移植， 發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞可參與正常肝臟的細(xì)胞更新；同樣， 通過改造細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境，乳腺癌細(xì)胞可以發(fā)生惡性表型的逆轉(zhuǎn)。20 世紀(jì)末體外和體內(nèi)研究均已證實，維甲類化合物對人類白血病具有良好的分化誘導(dǎo)作用27-29 。3 干細(xì)胞分化、異常分化、腫瘤分化與氧環(huán)境干細(xì)胞分化，細(xì)胞分化不

14、但受到內(nèi)在因素- 自身基因調(diào)控因素影響，實際的基因表達(dá)調(diào)控主要還受到外來信號調(diào)控- 外部環(huán)境控制，局部微環(huán)境是影響細(xì)胞分化的決定性因素；動物實驗表明， 畸胎癌細(xì)胞向早期動物胚胎移植可以產(chǎn)生發(fā)育正常的嵌合型小鼠，說明癌細(xì)胞可以參與正常個體的發(fā)育。同樣，腫瘤細(xì)胞向正常成年動物體內(nèi)移植可以不產(chǎn)生腫瘤，而且發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞參與了正常器官的構(gòu)成。對腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)加以干預(yù)也可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞惡性表型的逆轉(zhuǎn)， 而且體內(nèi)外實驗均已表明，通過化學(xué)干預(yù)可以誘導(dǎo)惡性細(xì)胞向正常細(xì)胞分化。相反， 基因型正常的胚胎干細(xì)胞向同系小鼠腹腔移植可產(chǎn)生極度惡性的腫瘤，正常上皮細(xì)胞向不正常微環(huán)境的移植或改造細(xì)胞的微環(huán)境，也可導(dǎo)致腫瘤

15、的產(chǎn)生，這些惡性腫瘤可以沒有任何顯著的基因改變。國內(nèi)外許多學(xué)者對影響干細(xì)胞分化的微環(huán)境因素方面進(jìn)行了許多探索性的研究16 ：自Evans 1981 年最先建立了小鼠ES 細(xì)胞系，此后近 20 年內(nèi)，人們相繼自早期胚胎建立了豬、牛、兔、綿羊、山羊、水貂、倉鼠、靈長類動物(恒河猴、狨 )和人類 ES 細(xì)胞系。 ES 細(xì)胞在體外需在飼養(yǎng)層細(xì)胞上培養(yǎng)才能維持其未分化狀態(tài)，一旦脫離飼養(yǎng)層就會自發(fā)地進(jìn)行分化。當(dāng)有白血病抑制因子（ leukemia inhibitory factor ， LIF ）和 /或飼養(yǎng)層細(xì)胞（如STO、小鼠胚胎成纖維細(xì)胞等）存在條件下，ES 細(xì)胞以未分化的、多潛能的、貼壁的、細(xì)胞聚

16、集體的方式生長。撤去 LIF 以及使 ES 細(xì)胞脫離飼養(yǎng)層細(xì)胞，然后將ES 細(xì)胞消化成細(xì)胞懸液，在無粘附性的懸浮培養(yǎng)液中培養(yǎng)、或使用“懸滴法”培養(yǎng)或使用半固體培養(yǎng)基（如甲基纖維素）培養(yǎng)， ES 細(xì)胞都會形成EB。而將離開 LIF和飼養(yǎng)層細(xì)胞的ES 細(xì)胞與造血基質(zhì)細(xì)胞（如OP9 細(xì)胞、 RP.0.10 骨髓基質(zhì)細(xì)胞、 ST2 前脂肪細(xì)胞、 S17 骨髓基質(zhì)細(xì)胞和卵黃囊內(nèi)皮細(xì)胞系 C166 等）共培養(yǎng)，則可以不EB 形成過程也分化為造血細(xì)胞。如果在胚胎干細(xì)胞條件培養(yǎng)體系中加 TPO 與 SCF 條件下， 則可以使胚胎體細(xì)胞發(fā)育分化為造血干/祖細(xì)胞， 在誘導(dǎo)的第六天流式細(xì)胞檢測CD34+ 細(xì)胞達(dá) 8

17、6% 17 。分階段誘導(dǎo)、 培養(yǎng)的目的是在其發(fā)育的不同階段使用不同的微環(huán)境（說明干細(xì)胞分化主要受到外環(huán)境的影響），可以使胚胎干細(xì)胞高效地向造血干 /祖細(xì)胞分化 , Morrison等多方探索 , 最后只在通過降低氧濃度( 達(dá)到O5% 2) 條件下 ,才能夠成功對神經(jīng)嵴干細(xì)胞誘導(dǎo)出了向交感腎上腺克隆原的分化18 。少量轉(zhuǎn)錄因子在大多數(shù)譜系正常造血細(xì)胞生成調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用, 研究較清楚的有:PU.1,CCAAT/enhancer-binding protein(C/EBP ),AML1,GATA-1,c-myb,SCL/Tal.它們是控制轉(zhuǎn)錄啟動子的鑰匙，研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)改變與微環(huán)境中氧因素

18、密切相關(guān)，如：L?fstedt 研究表明： 缺氧誘導(dǎo)缺氧因子-1(HIF-1) 結(jié)合于轉(zhuǎn)錄因子ID2 基因調(diào)節(jié)序列相對轉(zhuǎn)錄起始處算第 725 和 1893 位點；激活并表達(dá) ID2 基因，從而引起處于含氧環(huán)境低處的的神經(jīng)母細(xì)胞瘤去分化，惡性程度增加19 。干細(xì)胞發(fā)育、分化中氧的因素可能發(fā)揮關(guān)鍵作用，F(xiàn)rancis Hermitte今年初發(fā)表文章+提示：非常低的氧濃度 （0.1%）利于 G0 期 CD34細(xì)胞轉(zhuǎn)化成具增值力的CD34細(xì)胞 20 ，L. James等也發(fā)現(xiàn)懷孕前三月， 宮腔內(nèi)血管尚未生長進(jìn)入，胚胎附近生理微環(huán)境處于缺氧狀態(tài)，有利于胚胎發(fā)育、分化，細(xì)胞滋養(yǎng)層干細(xì)胞因為缺氧生理微環(huán)境調(diào)

19、節(jié)了滋養(yǎng)層的分化21 ；哺乳動物生殖道氧張力不到大氣氧張力的一半, 其中倉鼠、兔最大值為60mmHg(8.7%大氣氧 ), 而恒河猴的輸卵管和子宮則低達(dá)11mmHg(1.5%氧 ) ；倉鼠、兔在囊胚形成和植入期間子宮內(nèi)氧濃度進(jìn)一步下降， 分別達(dá)到37mmHg(5.3%氧 ) 和 24mmHg(3.5%氧 ) ；因此 ES 細(xì)胞分化、 生活在氧合差的環(huán)境中。 Trine Fink發(fā)現(xiàn)缺氧誘導(dǎo)了人間充質(zhì)干細(xì)胞脂肪細(xì)胞樣表型的出現(xiàn)；進(jìn)一步研究表明缺氧誘導(dǎo)因子相關(guān)組蛋白脫乙?；富钚詻Q定了干細(xì)胞在胎盤中的命運22 。Ali Salim 研究了 21%氧、 2%氧、 0.02%氧對干細(xì)胞成骨分化的影響，

20、發(fā)現(xiàn)0.02%氧抑制了間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，其機制是通過下調(diào)BMP2 和 Runx2 表達(dá)實現(xiàn)的 23 , Malladi證實了缺氧抑制了間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，同時發(fā)現(xiàn)也抑制了成軟骨分化24 。Helczynska 等也發(fā)現(xiàn)缺氧可以引起原位導(dǎo)管乳癌的去分化,是因為原位導(dǎo)管乳癌組織周圍有高水平的缺氧因子-1 蛋白表達(dá)，下調(diào)了雌激素受體，增加了上皮乳腺干細(xì)胞標(biāo)志CK19 的表達(dá)，極性喪失，核漿比升高，出現(xiàn)細(xì)胞分化差的標(biāo)志，這種缺氧誘導(dǎo)的改變在培養(yǎng)的乳腺癌細(xì)胞中得到肯定，因此，提出缺氧誘導(dǎo)了乳腺癌去分化，促進(jìn)了乳腺腫瘤的惡化25 。4 組織氧微環(huán)境、高壓氧影響與氧測定已知空氣中氧濃度為 20.9

21、5% ，根據(jù) Dalton 定律， PO2=(PB-PH 2O) 20.95% ，約為 150mmHg 。正常動脈 CO 2 張力為 40 mmHg( 或 5%),而氧含量平均 70 mmHg （ 12%） , 常壓空氣下，氧從毛細(xì)血管向組織中彌散的有效物理彌散距離約為30 ，；腦毛細(xì)血管間距離平均為 60 m，而毛細(xì)血管間距離平均為60 m，毛細(xì)血管之間中央處處氧分壓為15 mm Hg ；因此， 組織氧不同部位區(qū)域不同,平均值約為3%,骨髓內(nèi)為4%左右 ,例如： 在常壓下， 人腦灰質(zhì)的氧分壓平均為15 mm Hg，腦白質(zhì)的氧分壓平均為30 mm Hg，動物實驗也觀察到，在1ATA （Atmo

22、sphere Absolute ）空氣下，腦皮層氧分壓為13 16 mm Hg 。此外，在常溫、常壓下， 每 100 mL 血液中物理溶解氧量為0.3 mL 。在 3 倍大氣壓下氧下物理溶解氧量可提高到 6.6 mL，由于血氧張力大大增高，毛細(xì)血管血液中氧向組織內(nèi)彌散的距離也將大大增多。其有效彌散半徑可從正常的30 微米提高到100 微米，氧的有效彌散面積提高氧的有效彌散面積提高約11.1 倍。傳統(tǒng)組織培養(yǎng)中， 主要控制 CO2 濃度 , 而氧含量卻接近空氣 , 達(dá) 20%,也沒有考慮到氧應(yīng)激情況 , 干細(xì)胞的培養(yǎng)中，卻需要控制氧含量在低于傳統(tǒng) 20%環(huán)境狀態(tài)中 , 因為低氧微環(huán)境（相對于室內(nèi)

23、空氣為常態(tài)而言）對干細(xì)胞分化、發(fā)育至關(guān)重要 11 ; 可能與缺氧誘導(dǎo)因子 -1 有關(guān)，氧可能誘導(dǎo)改變了多種轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)， 改變了蛋白翻譯后修飾， 也改變了亞細(xì)胞蛋白運輸；通過氧因素上調(diào)了特定基因的表達(dá)，利于哺乳類動物早期胚胎發(fā)育形成內(nèi)胚層、中胚層和外胚層 12 。低氧環(huán)境常常誘導(dǎo)缺氧因子-1( HIF-1) 的表達(dá) ,并引起一系列基因表達(dá)的改變12 ，而高壓氧微環(huán)境中 , 皮下氧張力提高5 倍 ,氧在組織中彌散增加,氧極易大量溶解于水中，液體攜氧不依賴于血紅蛋白，隨著給氧時間的延長和給氧壓力的升高，容易產(chǎn)生氧中毒。高壓氧對癌細(xì)胞有以下主要作用： （1）高壓氧通過產(chǎn)生氧自由基使DNA肽鏈發(fā)生空

24、間位置的改變，使DNA的肽鏈斷裂；（ 2）降低了腫瘤代謝酶的活性； （ 3）高壓氧對細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)損傷的機理是在高濃度氧和高壓氧環(huán)境中， 機體內(nèi)自由基增多， 然而氧自由基可誘發(fā)細(xì)胞生物膜上脂質(zhì)的不飽和脂肪酸進(jìn)行脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，破壞細(xì)胞生物膜上的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生大量的過氧化產(chǎn)物而損傷組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)。 同時影響組織細(xì)胞代謝，參與機體的防御機制： T 淋巴細(xì)胞、 淋巴細(xì)胞、K 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞、天然殺傷細(xì)胞對癌細(xì)胞的殺傷也靠自由基的參與。（ 4）高壓氧在 0.2-0.3Mpa 壓力下，呼純氧對微循環(huán)主要有以下影響：組織內(nèi)的有氧代謝產(chǎn)物增強，無氧酵解受抑制，酸性代謝產(chǎn)物下降，減少。腺苷、腺苷酸等舒張血管活

25、性物質(zhì)減少。活性氧增多，破壞毛細(xì)血管平滑肌細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞的生物膜，致通透性增強，引起滲出、水腫及出血表現(xiàn)； （ 5）高壓氧在 0.1-0.5Mpa時，生物體內(nèi)很多酶活性受抑制，如三羧酸循環(huán)酶、電子轉(zhuǎn)移酶類、 神經(jīng)遞質(zhì)合成酶類、蛋白水解酶類、 膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)酶、 分子氧還原途徑酶、Empoden-Meyerhb 途徑酶類等等，高壓氧干擾細(xì)胞代謝而致細(xì)胞死亡。組織測定方法可分為間接法與直接法；一般認(rèn)為為， 直接法測定結(jié)果更加可靠，可比性更強，直接法一般都要同時進(jìn)行計量校準(zhǔn)，但是直接法大多為有創(chuàng)性，具有損傷組織的特點；而限制了其使用范圍，所以，人們發(fā)明出許多測定間接法彌補了這個缺陷，沒有創(chuàng)傷性，但間接法

26、結(jié)果多為相對數(shù)值，需要可靠的比對參照體系。組織氧測定直接法有:微電極法測定組織氧濃度：可以直接測量細(xì)胞周圍氧張力,單道電極, 直徑 2-4m 采用極譜描記術(shù),測量同時2 點在純氮氣或含5%CO2空氣中校正測定值, 并采13用步進(jìn)電機驅(qū)動, 每步 50 m。可以連續(xù)測定； Gassmann 用此方法發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎氧合溶解僅達(dá) 700 m球型范圍，母體 PaO2 為 70 mmHg，胚氧體積可以達(dá)： 1.3ml 氧氣 /100 克濕重 / 分鐘；而 Dean 更是創(chuàng)新發(fā)展了高氣壓下細(xì)胞內(nèi)氧含量連續(xù)測定方法 14 。經(jīng)皮氧張力測定：用植入硅膠管壓力計和毛細(xì)管取樣技術(shù)完成，采用此方法測定出正常人足背皮膚

27、氧張力為40mmHg 。組織氧測定間接法有：磁共振光譜分析、雙光子激發(fā)磷光衰變方法測定磷光壽命間接15測技術(shù) ,相對于脈搏氧飽和度檢測,它在近紅外光線范圍(700mm-1100mm)內(nèi)通過評價氧合血紅蛋白 (oxygenatedhemoglobin， HbO，) 、還原血紅蛋白deoxygenatedhemoglobin ，Hb) 血容量 (CBV)等指標(biāo)監(jiān)測氧合狀況;可間接了解組織氧代謝及血液動力學(xué)改變,組織氧飽和度(Regional oxygen saturation， rSO，) 的變化 ; 測定出來結(jié)果為相對數(shù)值?？傊诟杉?xì)胞正常分化發(fā)育以及異常分化成瘤過程中，微環(huán)境中的氧因素起了十

28、分鍵作用， 雖然我們對此有了一些新的認(rèn)識，但仍然還有許多問題亟待我們進(jìn)一步思考、研究解決。所以， 研究干細(xì)胞、 腫瘤細(xì)胞分化中氧因素影響對干細(xì)胞應(yīng)用安全性評價及開拓新的腫瘤治療思路有確定的意義。參考文獻(xiàn)：1. Richard P. Hill. Identifying Cancer Stem Cells in Solid Tumors: Case Not Proven.Cancer Res 2006; 66(4): 1891-1896.2. Wicha M S, Liu S, Dontu G. Cancer Stem Cells: An Old Idea A Paradigm Shift. Ca

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