人羊膜間充質干細胞的研究進展

曾鵬輝, 尹文君

南華大學衡陽醫學院附屬第一醫院檢驗科, 湖南衡陽 421001

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

1 hAMSC生物學特征

hAMSC在體外的形態與成纖維細胞相似,表現為梭形。hAMSC表面表達有CD44、CD73、CD90和CD105等多種干細胞標志物,但不表達CD34、CD45、CD11b、CD19和HLA-DR[4],這體現出hAMSC具有良好的細胞干性及低免疫原性。hAMSC是細胞因子的豐富來源,可通過旁分泌作用釋放各種細胞因子從而起到促進組織修復及調節免疫反應的作用[3,5]。

2 hAMSC應用于各系統疾病

2.1 免疫系統疾病

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

2.2 生殖系統疾病

在女性生殖系統中,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可促進卵巢組織中血管內皮生長因子和胰島素樣生長因子1的表達并激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號通路,從而改善卵巢局部微環境[9]。hAMSC還可以通過外泌體調節顆粒細胞和卵巢中沉默信息調節因子4、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、血管內皮生長因子水平,促進卵巢組織血管生成等,從而調控卵泡發育和增殖[10];提示hAMSC可通過多種途徑促進卵泡發育、恢復顆粒細胞增殖和內分泌功能。

在男性生殖系統中,hAMSC可促進雄激素合成從而發揮保護睪丸的作用[11];并可通過hAMSC中的骨膜蛋白激活β-連環蛋白和細胞周期蛋白D1促進精原細胞增殖[12]。

2.3 皮膚系統疾病

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

2.4 骨骼系統疾病

骨骼系統損傷常見的癥狀是骨缺損。hAMSC可誘導M2巨噬細胞分泌骨形態發生蛋白-2和血管內皮生長因子,并促進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常用的材料,主要起支撐或引導骨再生的作用。與鈦合金相比,黏附有hAMSC的鈦合金在治療骨缺損時表現出更好的治療效果[17]。由于骨骼修復過程中不僅需要有組織的修復還需要有力學支撐,因此剛性生物材料與hAMSC的結合會是一個重要的發展方向。

2.5 神經系統疾病

淀粉樣蛋白-β肽(Aβ)的沉積是導致阿爾茨海默病發生發展的重要原因。hAMSC可以促進阿爾茨海默病模型鼠中小膠質細胞的活化,增強其對β-淀粉樣蛋白的吞噬能力,另一方面通過旁分泌作用下調TNF-α和IL-1β等炎癥因子表達,調節局部炎癥反應[18]。通過注射高表達腦源性神經營養因子基因的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和海馬中的淀粉樣蛋白β,從而進一步改善老年癡呆大鼠學習能力[19]。

2.6 消化系統疾病

肝臟是人體消化系統的重要組成部分,在肝臟中,庫普弗細胞、巨噬細胞及肝星狀細胞的過度激活是導致肝纖維化的重要原因。hAMSC的輸注可有效抑制肝星狀細胞激活,減少庫普弗細胞數量,同時抑制肝臟炎癥和氧化應激,并通過抑制α-平滑肌肌動蛋白、金屬蛋白酶組織抑制劑-1和Ⅰ型膠原蛋白表達來改善肝組織微環境從而減少膠原沉積[20];同時通過提高hAMSC中IL-10的表達,從而起到抑制肝纖維化作用[21]。

2.7 呼吸系統疾病

急性肺損傷時,肺組織中血管內細胞、肺泡壁組織、肺泡毛細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來改善呼吸和免疫功能[22-23];同時,還可以抑制肺內淋巴樣聚集物的形成和擴張,從而減弱肺部炎癥過程,減少纖維化病變的進展[24]。

2.8 循環系統疾病

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

2.9 泌尿系統疾病

泌尿系統由腎臟、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中,促進腎組織結構的恢復,并降低血清中肌酐、尿素氮的含量,同時通過減少Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β的表達以及增加骨形態發生蛋白來減輕間質纖維化,促進腎細胞再生和生長因子分泌,從而改善腎功能[26-27]。

3 展 望

隨著3D培養、無血清培養及向特定組織細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制也為其在臨床的應用奠定了基礎,但是hAMSC的獲取、培養、注射方式、劑量等方面的標準流程也需要大量實驗結果支撐。hAMSC在疾病治療所涉及的分子機制還有待進一步的研究探討。