臍帶間質干細胞的研究進展

間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)最初是特指骨髓基質細胞，后來研究發現在胎兒肝臟、肺臟、心臟等實質臟器及臍帶血中均提取到了與骨髓基質細胞生物學特性相似、免疫表型相同的于細胞，因此將間質組織來源的與骨髓MSCs生物學性狀相似，具有多向分化潛能的細胞統稱為間充質干細胞。MSCs因其擴增迅速、免疫原性低，易于轉染外源基因等優點使其成為組織工程最理想的種子細胞。近年來，臍帶間充質干細胞(Human umbilical cord mesenchymal stem cells，HUCMSCs)的概念越來越引起人們的重視[3-51。已有研究證實，在臍帶的連接組織中分離出的細胞在特定條件下能分化為軟骨細胞或神經樣細胞，并表達神經烯醇化酶(NsE)等神經元特異性抗原，表明臍帶來源的干細胞具有多向分化潛能，具有作為細胞替代治療之種子細胞的可能。本文就臍帶間充質干細胞的研究進展作一綜述。

1 臍帶間充質干細胞的分化潛能

干細胞是指一類具有多向分化潛能和自我更新能力的細胞，胚胎干細胞是全能干細胞，理論上能分化為各種成體細胞。臍帶中富含造血、間充質、神經及內皮等多種干／祖細胞，隨著對MSCs生物學特性研究的深入，認識到MSCs除了分化為間充質細胞譜系外，還具有向非間充質細胞譜系如神經細胞分化的多向分化潛能，可充當多種器官改建或損傷后修復反應的細胞源。2003年，Mitchell等報道采用豬進行體外實驗，去除臍帶動靜脈及臍血，將臍帶間質干細胞純化、擴增在DMEM培養體系中用2巰基乙醇(BME)、二甲基亞砜(DMSO)和丁羥基茴香醚(BHA)等一些具有還原性的物質成功誘導MSCs轉變為神經元，并表達神經元特有的標記如神經絲蛋白(NF neurofilament)、神經元特異性烯醇化酶(NSE neuron specificenOlase)，組織化學檢測法可以看到神經元特有的尼氏體結構。Kim等將人臍帶剔除血管，消毒后剪碎，經胰蛋白酶和胰酶消化，在地塞米松，磷酸甘油，抗壞血酸，異丁基甲基黃嘌呤，成纖維細胞生長因子(FGF8)等誘導分化下，78％的細胞表達多巴胺能神經元樣表型。袁源等研究對人臍帶MSCs分別采用化學誘導，神經營養因子誘導其分化為神經元樣細胞，其中化學誘導法采用二甲基亞砜(DMSO)，叔丁基羥基茴香醚(BHA)，拂司扣林(forskolin)，丙戊酸鈉等試劑；神經營養因子誘導法包含重組人堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)，全反式維甲酸(RA)等，結果顯示化學誘導法誘導的細胞形態更接近神經元樣細胞，神經營養因子誘導后的細胞平均有70％左右呈現典型的神經元樣表型。范存剛等采用化學誘導法誘導臍帶MSCs向神經細胞轉化，其中神經元標志NSE和少突膠質細胞標志MBP陽性細胞分別達80％和4.2％，未見到星形膠質細胞標志GFA陽性細胞，認為臍帶MSCs具有在較短時間內轉化為神經元樣細胞的可能性。

2 臍帶間充質干細胞的抗原標志

新鮮分離的以及誘導后的臍帶細胞向神經分化主要是靠細胞形態和神經標志物的表達來鑒定的。人臍帶MSCs表面表達CD105(SH2)、CD73(SH3，SH4)、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106分子，它們大部分是粘附分子，bfSCs不表達CD14，CD34，CD45等造血細胞標記，目前普遍認為CD34、CD133則是造血干細胞的標志。CD29屬于整合素家族，CD105是間充質相關抗原，CD14是單核巨噬細胞表面標志，CD11a是淋巴細胞功能相關抗原1α鏈，CD34和CD45是造血干細胞陽性標記，CD31是內皮細胞特異性抗原標記。目前尚未明確臍帶MSCs的特異性抗原標志，通常以細胞形態、流式細胞檢測結果、多向分化潛能作為判斷標準。Weiss等證實臍帶高表達MSCs相關的標記，不表達造血細胞與移植排斥相關的細胞表面標記，提示從臍帶連接組織來源的基質細胞是MSCs，具有MSCs細胞的特性，是一類免疫缺陷細胞，適宜不同個體之間的移植。范存剛等通過RT-PCR檢測示OCT-4mRNA表達陽性，OCT-4是胚胎干細胞特異性基因，對維持干細胞未分化狀態具有重要作用，表明臍帶MSCs具有干細胞特性，研究還發現臍帶MSCs表達間充質細胞特異性抗原標志而不表達造血干細胞、內皮細胞特異性抗原。臍帶MSCs強烈表達CD13、CD29、CD105、CD44，弱表達CD106，不表達CD14、CD34、CD11a、CD31、CD45，表明臍帶分離到的貼壁細胞也屬于MSCs，與骨髓、臍血、胎肺等其他組織來源的MSCs流式細胞檢測結果一致。

3 臍帶間充質干細胞的免疫調節功能

Weiss等用豬臍帶MSCs移植到鼠大腦，在沒有用免疫抑制劑的情況下，豬臍帶細胞在鼠腦內存活移行，并表達豬神經細胞的標記，表明臍帶MSCs可逃脫宿主免疫系統的排斥，MSCs沒有抗原遞呈作用。臍帶間質細胞免疫源性較弱，能耐受更大程度上的HLA配型不符，異體移植后免疫排斥反應發生率低或程度較輕。MSCs不表達或表達極低水平的MHC－Ⅱ分子，Fas配體和T細胞共刺激分子B－7，CD－40，因此不易被宿主T細胞識別，并能逃脫宿主免疫系統的排斥。MSCs具有特殊的免疫調節功能，體外研究證實MSCs能阻斷異源T細胞的增殖，從而延長皮膚移植物的在體壽命；Ma等在人臍帶華爾通(Wharton’s Jelly)來源的MSCs的特性及向神經細胞分化的研究中證實臍帶MSCs不表達或低表達移植免疫排斥相關的表面標記CDSO，CD86，CD40，CD40L。Tse等證實了在混合培養體系中MSCs不能刺激同種異基因T細胞或外周血單核細胞增殖，表明人臍帶MSCs可能不表達MHCⅠ和MHCⅡ，同種異基因MSCs移植至中樞神經系統后未見短期排斥反應，推測MSCs免疫調節的主要機制是通過抑制樹突狀細胞發育和分泌IL－10、TGF－β等細胞因子，從而抑制異體T細胞的活化，MSCs表達的MHC－Ⅰ類分子可激活T淋巴細胞提供第一信號，但由于缺乏協同刺激分子，不能產生第二信號，導致T淋巴細胞無能，從而誘導免疫耐受。

4 臍帶間充質干細胞的應用前景

目前以臍帶MSCs作為細胞來源的實驗研究報道較少，但以骨髓或臍血等來源的MSCs通過誘導分化向非間充質細胞譜系如神經細胞分化，來充當多種器官改建或損傷后修復反應的細胞源報道較多。Akiyama等通過靜脈注射發現MSCs可使受損脊髓內的髓鞘再生，Hofstetter等在受損脊髓的局部給予MSCs，發現在瘢痕組織和移植物之間有神經纖維柬形成，MSCs在體內遷移至受損部位及分化的機制尚不明了，局部環境的生長因子、細胞因子和局部的干細胞可能作用于此過程。在將MSCs應用于周圍神經再生的研究中，Dezawa等將綠色熒光蛋白(GFP)標記的MSCs移植至坐骨神經斷端，在再生神經纖維中追蹤觀察到了表達GFP的MSCs。Cuevas等用BrdU標記的MSCs注射到坐骨神經斷端，在移植部位觀察到BrdU陽性的細胞存活，且約有5％的BrdU陽性的細胞表達S100，表明MSCs能促進神經纖維再生及功能恢復，其作用與移植的MSCs存活、遷移并分化為雪旺細胞密切相關。Milnura等研究表明，MSCs在體外經β－巰基乙醇、視黃酸、forskolin和神經營養因子的先后處理，可被誘導分化為雪旺細胞，移植修復受損大鼠坐骨神經后，能促進神經再生。Tohill等則用膠質細胞生長因子誘導MSCs分化為雪旺細胞，這些雪旺細胞能表達S100和GFAP等膠質細胞標記分子，植入受損大鼠坐骨神經后，仍能表達S100并促進軸突再生和雪旺細胞遷移生長；而MSCs未經膠質細胞生長因子處理，在受損坐骨神經中仍能表達S100，提示MSCs在神經中可能受到局部的細胞因子和生長因子的誘導而分化為雪旺細胞，但其促進神經再生的作用略弱于受膠質細胞生長因子誘導的MSCs。目前已有研究機構正以臍帶間質組織作為細胞來源進行實驗研究，相信臍帶MSCs作為進行細胞治療、基因治療的靶細胞，以及組織工程研究的種子細胞具有廣泛的應用前景。