不同組織上清液對(duì)不同間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和分化的作用

李鑫，馬海英

(中國醫(yī)科大學(xué) 病理生理學(xué)教研室，遼寧 沈陽　110000)

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不同組織上清液對(duì)不同間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和分化的作用

李鑫，馬海英

(中國醫(yī)科大學(xué) 病理生理學(xué)教研室，遼寧 沈陽110000)

[摘要]干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)最前沿的研究領(lǐng)域。再生醫(yī)學(xué)作為除藥物、手術(shù)的第3種治療途徑其前景廣闊。間充質(zhì)干細(xì)胞由于具備免疫調(diào)節(jié)功能、多向分化潛能、低免疫原性和無毒副作用等特點(diǎn)，已在臨床一定范圍開始應(yīng)用。不同的組織培養(yǎng)上清液對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖和分化可產(chǎn)生促進(jìn)或者抑制作用。作者通過比較不同培養(yǎng)上清液對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖和分化的影響來闡述促進(jìn)或抑制間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖和分化的經(jīng)濟(jì)有效方法、利弊以及對(duì)再生醫(yī)學(xué)的意義。

[關(guān)鍵詞]間充質(zhì)干細(xì)胞； 生長因子； 再生醫(yī)學(xué)； 文獻(xiàn)綜述

干細(xì)胞是具有自我更新及多向分化潛能的細(xì)胞，是組織器官再生的基礎(chǔ)細(xì)胞，是實(shí)踐再生醫(yī)學(xué)的最重要先決條件。根據(jù)所處的發(fā)育階段和發(fā)生學(xué)來源，將干細(xì)胞分為胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、成體干細(xì)胞和生殖干細(xì)胞。其中，間充質(zhì)干細(xì)胞是一種非造血成體干細(xì)胞，是成體干細(xì)胞的一種，分布非常廣泛，主要存在于骨髓、臍帶組織、臍血、外周血、脂肪等組織中。在特定誘導(dǎo)情況下，間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肌肉細(xì)胞等中胚層間充質(zhì)組織細(xì)胞，還可以分化為外胚層的神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及內(nèi)胚層的肝細(xì)胞等。間充質(zhì)干細(xì)胞具備免疫調(diào)節(jié)、多向分化潛能的功能，故其能夠作為種子細(xì)胞應(yīng)用于修復(fù)受損的組織器官。在體外培養(yǎng)中尋找可以促進(jìn)或抑制間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和分化的方法，并將兩者綜合運(yùn)用，將給人類解決重大疾病問題帶來福音，對(duì)再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

1幾種組織上清液對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖分化的作用

在間充質(zhì)干細(xì)胞中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是最早從人體中提取的，也是研究最早且較為深入、使用最為廣泛的干細(xì)胞。因此，在體外培養(yǎng)中找到可以促進(jìn)或抑制其增殖和分化的方法，并且對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)充分利用，對(duì)于再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有更為深遠(yuǎn)的意義。

1.1對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖分化起促進(jìn)作用的組織上清液

目前研究表明，損傷的脊髓勻漿上清液能夠誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分泌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、髓鞘前脂蛋白，有利于向神經(jīng)細(xì)胞方向分化[1]。與之相反，破骨細(xì)胞破壞后產(chǎn)生的勻漿上清液具有使骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖能力降低、成骨分化增強(qiáng)、成脂分化減弱的作用[2]。因此推測，可以利用受損傷組織器官的勻漿上清液來誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖分化，而且這種組織上清液來源豐富，方便了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的體外培養(yǎng)，對(duì)于再生醫(yī)學(xué)來說具有重大意義。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在重組腺病毒- 肝細(xì)胞生長因子注射液中可以被Ad- HGF高效率的轉(zhuǎn)染，并且可以表達(dá)HGF蛋白，而HGF蛋白則可以促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖[3]。研究發(fā)現(xiàn)，力生長因子(MGF)可以促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和成骨分化，F(xiàn)n- TPO基因的修飾可以增強(qiáng)人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的造血能力[4]。在治療局部缺血時(shí)發(fā)現(xiàn)，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子可以間接促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞方向分化，從而抑制了病情的發(fā)展[5]。因此推測通過控制組織培養(yǎng)上清液中基因的表達(dá)和通路或許可以促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖，這使骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體外培養(yǎng)的研究提升到分子水平。研究表明，紅景天甙在特定濃度下可以明顯促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖[6]，并且發(fā)現(xiàn)在阿糖胞苷存在條件下，紅景天甙可能通過調(diào)節(jié)BCL- 2/BAX的表達(dá)來抑制人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的凋亡[7]。所以利用紅景天甙上清液有望能夠快速大量促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和分化。

Purmorphamine和膽固醇則可以促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞體外成骨分化[8]，暗示這兩種物質(zhì)可以作為再生醫(yī)學(xué)中的成骨原料。有研究表明，減少飽和脂肪酸的氧化可以減少人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖，并且可以導(dǎo)致細(xì)胞死亡。有研究[9]表明，飽和脂肪酸可能會(huì)長期影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)的生存。因此，在體外培養(yǎng)中，要注意飽和脂肪酸的影響，趨利避害，達(dá)到最佳培養(yǎng)效果。

胎牛血清促進(jìn)人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖是眾所周知的。目前研究發(fā)現(xiàn)，人富含血小板血清可以作為替代血清促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的體外增殖[10]，但是胎牛血清作為目前應(yīng)用更為廣泛的培養(yǎng)基依舊比人富含血小板的血清更適合用于免疫治療中[11]，因此在應(yīng)對(duì)特殊的臨床問題時(shí)需要考慮各自的來源問題。研究還發(fā)現(xiàn)，KRMBTI血清培養(yǎng)基可以促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖，并且促進(jìn)其成骨分化[12]。這提示可再生的、耐抵抗的、含有特殊成分的動(dòng)物血清或人類血清可以作為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)基。 血清資源豐富而且成本低，用這個(gè)方法來擴(kuò)增骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具備極大的優(yōu)勢(shì)，研究前景十分廣闊。

研究表明，過氧化氫預(yù)處理能夠通過刺激WJ- MSC產(chǎn)生IL- 6來顯著增強(qiáng)WJ- MSC的治療能力[13]。這種處理方法在治療心肌梗死時(shí)效果十分明顯，間充質(zhì)干細(xì)胞通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和增殖增加新血管形成。所以，在體外培養(yǎng)間充質(zhì)干細(xì)胞時(shí)，進(jìn)行過氧化氫預(yù)處理可能會(huì)達(dá)到理想的培養(yǎng)效果，為臨床醫(yī)學(xué)帶來便利。

在對(duì)山羊間充質(zhì)干細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，石墨烯可以作為載體，幫助骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)移[14]。這項(xiàng)研究結(jié)果提示，可以在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的培養(yǎng)上清液中加入石墨烯，使石墨烯與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞結(jié)合在一起用于成骨工程，為成骨帶來便利。

無論是哪種促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和分化的實(shí)驗(yàn)手段，在實(shí)驗(yàn)過程中都必須要注意環(huán)境因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)：溫和的熱力學(xué)條件才可以維持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和分化[15]；另外在培養(yǎng)上清液中加入利福平后，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖與利福平的濃度有關(guān)系，利福平濃度過高將會(huì)明顯抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和成骨分化[16]。

1.2抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖分化

在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的體外培養(yǎng)中也存在著影響其增殖分化的種種因素；另外在治療一些疾病時(shí)需要抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和分化。因此，發(fā)現(xiàn)可能會(huì)抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖和分化的因素并充分利用其優(yōu)點(diǎn)、避免其可能帶來的損失具有重大的研究意義。

通過對(duì)小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，鐵超載也會(huì)損害骨髓微環(huán)境，從而影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的質(zhì)量和數(shù)量[17]。有數(shù)據(jù)顯示，從年長鼠中提取的骨髓通過調(diào)節(jié)JNK通路可以抑制其骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，從而抑制其增殖和分化[18]。

同時(shí)有研究表明：金黃色釀膿葡萄球菌和表皮葡萄球菌靜置產(chǎn)生的碎片和上清液在開始時(shí)對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具有抑制作用，隨后的5 d之內(nèi)，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞開始可以給自己提供保護(hù)同時(shí)從上清液中獲得增殖所需要的營養(yǎng)物質(zhì)[19]。這種現(xiàn)象說明，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體外的增殖分化與在培養(yǎng)上清液中的時(shí)間長短有關(guān)系，提示了在體外培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞時(shí)要注意培養(yǎng)的時(shí)間，以求達(dá)到高效率的增殖與分化。

單純地抑制間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖與分化并不都是對(duì)疾病的治療有幫助的。在特定的情況下，抑制其生長反而可以幫助一些疾病的治療。

2幾種組織上清液對(duì)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖分化的作用

由于脂肪組織豐富且易于獲得，利用脂肪組織作為間充質(zhì)干細(xì)胞的來源是非常有吸引力的。針對(duì)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞，目前研究表明，組織上清液中的CPA可以顯著促進(jìn)成脂關(guān)鍵基因的表達(dá)而抑制了成骨關(guān)鍵基因的表達(dá)[20]；而組織上清液中的Choukroun′s PRF可以促進(jìn)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化[21]，同時(shí)，Choukroun′s PRF還可以促進(jìn)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在體外大量增殖，但是目前對(duì)Choukroun′s PRF的研究還處于初級(jí)階段，還需要進(jìn)一步的研究和探討。

3幾種組織上清液對(duì)臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞和羊膜羊水來源間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖分化的作用

目前，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞因具有幾乎不存在倫理爭議的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛作為間充質(zhì)干細(xì)胞的種子細(xì)胞。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用對(duì)于一些疑難雜癥的治療具有積極的推動(dòng)意義，促進(jìn)其在體外大量增殖可能為患者帶來極大的福音。

已有研究表明，堿性成纖維生長因子、表皮生長因子可定向誘導(dǎo)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞向神經(jīng)干細(xì)胞及神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分化[22]。目前對(duì)于人羊膜羊水來源的間充質(zhì)干細(xì)胞的研究與討論愈來愈火熱。研究發(fā)現(xiàn)人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞抑制同種異體淋巴細(xì)胞的增殖，減少干擾素的分泌[23]，這表明羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞的體外培養(yǎng)對(duì)于再生醫(yī)學(xué)中治療免疫排斥反應(yīng)具有重大的意義。

4人牙齦上皮細(xì)胞上清液對(duì)牙髓干細(xì)胞體外增殖的影響

人牙髓細(xì)胞中含有一定數(shù)目的牙髓干細(xì)胞，而且牙髓細(xì)胞易于獲得并培養(yǎng)。在人牙齦上皮細(xì)胞上清液中加入四環(huán)素對(duì)牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖有影響，且與四環(huán)素濃度有關(guān)。有研究表明，四環(huán)素溶液濃度在1%～5%時(shí)更加能夠促進(jìn)牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和成骨分化[24]。因此，在培養(yǎng)牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞時(shí)，可以考慮使用1%～5%這個(gè)濃度范圍的四環(huán)素溶液來促進(jìn)其增殖和成骨分化，縮短培養(yǎng)時(shí)間。

5間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)再生醫(yī)學(xué)的研究意義及展望

間充質(zhì)干細(xì)胞是最早從人類骨髓中分離出來且應(yīng)用最為廣泛的干細(xì)胞。其中骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞作為中胚層分化的模型，應(yīng)用十分廣泛。近年來對(duì)臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞和羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞的研究越來越精細(xì)。目前，研究者[25]已將羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞移植于帕金森綜合征的動(dòng)物模型體內(nèi)，探討羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞的療效及作用機(jī)制。

對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞的研究必須同時(shí)包括可以促進(jìn)和抑制間充質(zhì)干細(xì)胞體外增殖和分化的方法，不能單一的促進(jìn)或者抑制。這是因?yàn)樵谝恍┣闆r下某些疾病需要大量擴(kuò)增間充質(zhì)干細(xì)胞并促進(jìn)其分化成需要的細(xì)胞，而在另外一些的情況下，則需要抑制間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和分化才能夠阻止某些疾病病情的進(jìn)一步發(fā)展。因此，綜合運(yùn)用各種促進(jìn)和抑制間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和分化的方法，趨利避害，可以極大地促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對(duì)于疑難雜癥的治愈將產(chǎn)生不可估量的價(jià)值，為廣大患者帶來治愈的希望。

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doi：10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.02.034

[中圖分類號(hào)]R329

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1671- 6264(2016)02- 0271- 04

[通信作者]馬海英E- mail: 13406949@qq.com

[作者簡介]李鑫(1993-)，女，黑龍江嫩江人，在讀碩士研究生。E- mail：1040494656@qq.com

[基金項(xiàng)目]國家青年自然科學(xué)基金(31200730)

[收稿日期]2015- 10- 20[修回日期] 2015- 12- 11

[引文格式] 李鑫，馬海英.不同組織上清液對(duì)不同間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和分化的作用[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版，2016，35(2)：271- 274.

·綜述·