脐带问充质干细胞在细胞治疗中的进展

脐带问充质干细胞在细胞治疗中的进展
2016/8/28 细胞王国

     间充质干细胞 (mesenchymalstem cel1S，MSCs)是来源于发育早期中胚层的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的多能干细胞，广泛存在于全身多种组织中，可在体外培养扩增，并能在特定条件下分化成神经细胞、成骨细胞、软骨细胞、肌肉细胞及脂肪细胞等“]。随着对间充质干细胞生物学特性及功能的深入研究，目前已经从多种组织中分离出 MSC。MSCs因其扩增迅速，免疫原性低，易于转染外源基因等优点成为实施细胞治疗的理想细胞，人脐带来源 MSCs(humanumbi¨calcord mesenchymal stem ce]1，HUMSC)更有无法比拟的优势，其来源广泛，采集方便，无伦理学问题等，本文就近年来有关脐带间充质干细胞在细胞治疗中的研究进展综述如下。

     1 脐带的结构

     脐带是连于胚胎脐部与胎盘问的索状结构，外被羊膜、内含分化的粘液性结缔组织，结缔组织内除闭锁的卵黄囊和尿囊外，还有脐动脉和脐静脉。脐血管的一端与胚胎血管相连，另端与胎盘绒毛血管续连。血管周围被粘蛋白样组织所包裹，后者被称为脐带胶质，或华尔通胶 (Wharton‘Sjelly，WJ)，它富含透明质酸，形成了成纤维细胞周围的水凝胶结构 [2]。

     2 脐带干细胞的发源与种类脐带中富含造血、间充质、神经及内皮等多种干/祖细胞。]，其中间充质干细胞来源分四种：①来源于 Wharton S jelly[4]；② 来源于脐血管周围；③来源于脐血；④ 来源于脐静脉血管内皮下拍_6]。脐带间充质干细胞在脐带中的空间分布包含间充质基质细胞五个独立的区域：①新鲜脐血单核细胞中可分离 20%~50%的间充质干细胞：②脐带静脉内皮下可分离出间充质干细胞；③酶消化脐静脉外层分离间充质干细胞，例如：外周血管区域；④在健康个体中，血管内可持续产生间充质干细胞；⑤羊膜下区。

     3 脐带间充质干细胞生物学特性

     3.1形态和表面标志：人脐带MSC呈成纤维细胞形态，在不同的诱导条件下，能够向脂肪、骨、软骨方向分化。流式细胞仪分析发现 MSC细胞表达 CD44、CD105，整合素受体 CD29、CD51及问质干细胞受体 SH2、SH3，但不表达造血系标志CD34、CD35t 。

     3.2增殖特性：人脐带MSC在体外培养体系中能快速增殖，传代后3～5天能增殖4～5倍，传代培养1O代以上细胞可增加 51O倍，且增殖速度无明显降低，传代稳定。RT—PCR检测结果显示，脐带MSC OCT-4MRNA表达阳性，而OCT一4是胚胎干细胞特异性基因，对胚胎干细胞的建系及维持干细胞未分化状态具有重要意义 ]。

     3.3分化潜能：脐带wJ中MSC在不同的培养基中能够向心肌细胞、脂肪细胞、骨细胞、软骨细胞等分化。Mitchel1等研究发现 wJ中的纤维样细胞可诱导生成神经样细胞，并表达神经特异质酶 (NSE)以及其他神经细胞表面标志。wJ中的MSCS在软骨诱导培养基诱导培养后具有软骨细胞的特性，阿辛利兰染色发现细胞外基质富含软骨糖蛋白，免疫组织化学染色发现细胞外基质富含II型胶原(COL2)，且二者均显著高于对照组。在未加诱导的情况下，从wJ中分离出的干细胞有向软骨自然分化的特点；在相同的培养条件下UC—MSC向软骨分化的倾向比B—MSC更明显。同时脐带是一个富含透明质酸的组织，透明质酸由基质干细胞分泌，是透明软骨的重要基质，因而wJ中的MSC也具有前软骨细胞的特性 [23。

     4 脐带间充质千细胞在细胞治疗中的应用

     MSCs是多能干细胞，具有“横向分化 ”或“跨系分化”的能力，不仅支持造血细胞的生长，还可以在地塞米松，抗坏血酸，胰岛素，异丁基甲基黄嘌呤等不同诱导条件下，在体外分化为多种组织细胞如神经细胞、脂肪细胞及心肌细胞等“。

     4.1脐带间充质干细胞治疗局部缺血性疾病：wU等口研究结扎裸鼠单侧股动脉造成局部缺血的动物模型。对模型肌内注射 106UCDS细胞或 PBS，应用激光多普勒灌注显像检测缺血下肢的血流灌注情况。结果发现UCDS细胞治疗缺血下肢的效果远好于 PBS。LDPI的质量分析表明注射UCDS细胞的缺血后肢血流的时间依赖性增加。此结果有力地证明应用UCDS细胞对局部缺血疾病的治疗潜能。

     4.2脐带问充质干细胞治疗心肌疾病：心肌再生功能受限使心肌功能障碍，最终导致心肌受损。干细胞治疗是促进心肌修复有效的治疗方法【l0]。Miyahara等m 运用细胞片技术，将单层的一整片问充质干细胞移植到心肌梗死后瘢痕组织部位。结果移植薄片逐渐变厚，新血管形成移植的细胞有阻止心室壁变薄的趋势，改善了心脏功能。其他研究小组也得到类似结果 z3]。干细胞移植是未来治疗心肌梗死的方向。近期发现表明人脐带是获得干细胞的新来源。在心血管疾病的治疗中MSCs的治疗潜能很大，但是 MSCs在成体骨髓中含量很少，骨髓中的干细胞数量和可塑性随年龄和年龄相关疾病的增加显著减少，并且需要麻醉和入院治疗。来源于人脐带血管及其周围组织富含大量有治疗意义的干细胞 4]。汤天军等成功应用52Aza诱导人脐带血间充质干细胞向心肌细胞分化。已有报道骨髓n日及脐带血 15-7]fBq充质干细胞经诱导后成功分化为心肌细胞。人脐带华尔通胶来源MSCs是否也能分化为心肌细胞? Wang等发现人脐带华尔通胶来源的MSCs在52Aza作用下或与心肌细胞共同培养条件下能分化为具有心肌细胞标记物(N2cadherin和troponin I)的细胞，提示脐带 MSCs能成为治疗损伤心肌的另一个重要细胞来源。Nkx2.5是与心肌细胞分化密切相关的早期转录因子，本研究应用 RT一2PCR技术测定诱导分化的细胞有心肌细胞早期转录因子Nkx2.5表达。同时也检NN,Ij、肌desmin的表达，而诱导前的细胞均没有表达Nkx2.5和 desmin。这些结果表明，经 52Aza和 DMSO各自诱导后，人脐带来源的 MgCs可向心肌样细胞分化。

     4.3脐带间充质干细胞在神经系统疾病中应用：MARK等研究UCDS对帕金森的治疗中，应用雌性SD大鼠左前脑部或胼胝体注射6-OHDA，在移植UCDS细胞前4周，受损动物表现出自发颤动。损伤手术后4周，动物行人脐带间充质干细胞移植或假性移植。一无菌PBS液中含1000个UCMS在5min内注入纹状体。

     在移植后6～12周，在实验组中任选12只大鼠，接受人类间充质干细胞移植的PD模型大鼠表现出颤动减少，而在假性移植组中未见改善。无 PD的动物模型和未应用HUCDMS细胞移植在接受阿普吗啡治疗后无颤动发生。在研究回顾中发现移植不是对所有动物有效。数据表明移植后6周，1/2的动物有改善。存活l2周的动物中，移植动物中 3/4颤动有改善。存活12周的个动物颤动改善率大于90%。相反，在实验中未接受HUCMS细胞的PD动物模型在很大的作用下出现进行性退化。无改善的动物与受到控制动物症状存在显著差异。

     应用抗神经元抗体脑部切片染色证实，HUCMS细胞在移植2天后恢复活性。然而，在 UCMS细胞移植6周或l2周后，无确实的染色证据。在阿普吗啡治疗 PD大鼠模型中发现颤动显著下降。移植4周后颤动明显下降，而12周后上升。不考虑存活时间，移植 HUCMS细胞的 8只 PD大鼠模型中，4只表现出颤动减少4~ 50%，一只表现减少90%，3只无改善。无改善的3只模型反而表现颤抖轻微增加，可能与移植细胞早期被清除有关。因此，PD动物模型症状改善是T}I+多巴胺能神经元在黑质等表现出细胞数与颤动数相关性。在黑质等T}I+的细胞越多，颤动数越少。关于UCMS细胞移植的研究表明其对治疗中枢神经系统疾病是有效的“93。

     5 展望

     在细胞治疗领域，干细胞有着良好的应用前景。目前应用较成熟的是成体干细胞，有造血干细胞和间充质干细胞等，其中间充质干细胞是近年来干细胞生物学研究中发现的重要细胞之一，其存在于多种组织中，且在组织的损伤修复中起重要作用。脐带是分娩后的废物，取材方便，易于收集，保存，冷冻，不受伦理、道德及法律方面的限制；人脐带 MSCs 含量丰富，较为原始，分化能力强，可在体外进行分离、培养，扩增迅速，且生物性能稳定，多次传代扩增仍能保持旺盛功能，可以为实验和临床提供充足的细胞来源；脐带间充质干细胞的生物学特性，免疫特性相对纯净，使其在神经、心肌等细胞治疗方面具有广阔的临床前景。人脐带 MSCs不表达或低表达免疫排斥相关标记，免疫原性低，是一类免疫缺陷细胞，不须经过严格配对使用，异体移植无免疫排斥反应或反物应较弱，适宜于不同个体之间的移植，是细胞治疗的理想靶细胞。

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