骨髓間質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)中的研究進(jìn)展

石肖女，杜玉君

（吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院 腎病科，吉林 長春130021）

在骨髓中，除了含有大量造血干細(xì)胞，還含有相當(dāng)數(shù)量的非造血干細(xì)胞，在這些非造血干細(xì)胞中有一群能分化為骨髓基質(zhì)細(xì)胞，起到維持造血干細(xì)胞存活及其功能作用的細(xì)胞，目前學(xué)術(shù)界將其稱為骨髓間質(zhì)細(xì)胞（mesenchymal stromal cells，MSC）。骨髓間質(zhì)細(xì)胞是具有多向分化潛能的干細(xì)胞，起源于中胚層，可跨胚層分化，在一定條件下可以分化為多種細(xì)胞，如骨、軟骨、肌肉、神經(jīng)細(xì)胞、肺細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等。對于骨髓間質(zhì)細(xì)胞（MSC）的多向分化潛能即其可塑性的原因主要存在兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為MSC在特定環(huán)境中可以跨系甚至跨胚層分化，稱之為轉(zhuǎn)分化或橫向分化［1］，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為在骨髓本身中就存在組織定向干細(xì)胞［2－4］。因?yàn)楣撬栝g質(zhì)細(xì)胞可以直接通過骨髓穿刺獲得，簡單、安全、無移植排斥反應(yīng)，加之其自我更新能力和多向分化潛能，使其在細(xì)胞治療方面獨(dú)具優(yōu)勢。現(xiàn)就其免疫學(xué)特性、培養(yǎng)方法及其在神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)中的研究情況綜述如下。

1 骨髓間質(zhì)細(xì)胞的免疫學(xué)特性

骨髓間質(zhì)細(xì)胞（MSC）具有低免疫原性，其分子基礎(chǔ)可能為MSC表面表達(dá)低水平的主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ類抗原，不表達(dá)主要相容性復(fù)合物Ⅱ類抗 原，且 不 表 達(dá) CD86（B7－2）、CD80（B7－1）、CD40L［5－7］。其中 主 要 組 織 相 容 性 復(fù) 合 物 （major histocompatibility complex，MHC）是在同種異體組織、器官移植時(shí)，受者對移植物發(fā)生排斥反應(yīng)的基礎(chǔ)。劉芳等［8］曾將大鼠MSC和肝細(xì)胞株BRL經(jīng)靜脈和皮下注入動(dòng)物體內(nèi)，結(jié)果顯示MSC所引起的淋巴細(xì)胞增殖強(qiáng)度均低于BRL移植組，MSC移植未在移植位點(diǎn)附近觀察到明顯的細(xì)胞壞死及炎癥細(xì)胞浸潤，在體內(nèi)證實(shí)了MSC的低免疫原性。Tse［9］等曾把MSC與同種異體T細(xì)胞混合培養(yǎng)，沒有引起同種異體T細(xì)胞顯著增殖，在體外證實(shí)了MSC的低免疫原性。MSC的低免疫原性為其做為細(xì)胞治療的媒介提供了有利的條件。同時(shí)MSC對CD4＋和CD48淋巴細(xì)胞有抑制功能，直接或間接抑制T細(xì)胞功能［10］。此外，MSC可以作用于固有免疫系統(tǒng)和獲得性免疫系統(tǒng)，具有免疫調(diào)節(jié)功能。

2 骨髓間質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)方法

MSC具有附壁生長特性和多向分化潛能，因其缺乏特異性抗體，難以定性、定位，故培養(yǎng)方法多種多樣［11］。由于MSC純化困難，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室利用其附壁生長特性，與不附壁的造血細(xì)胞分離，即抽取骨髓細(xì)胞，離心獲得單核細(xì)胞層，接種于培養(yǎng)瓶中，常規(guī)傳代、培養(yǎng)，造血細(xì)胞因不貼壁而死亡或換液時(shí)被去除，MSC得以純化。同時(shí)利用其缺乏表面抗原的特性，許多實(shí)驗(yàn)室將含特異性表面抗原的細(xì)胞如內(nèi)皮細(xì)胞和造血細(xì)胞去除，再繼續(xù)培養(yǎng)。［12］但人們對MSC表面抗原的認(rèn)識是不斷深入的，隨著MSC 表 面 抗 原 Stro－1［13］，CD13、CD29、CD44、CD71、CD124等［14］的發(fā)現(xiàn)，MSC的分離純化相對有了依據(jù)，有人利用免疫方法如流式細(xì)胞儀法、免疫磁珠法等對其進(jìn)行分離純化，無論哪種方法培養(yǎng)出的MSC都具有異源性，故其培養(yǎng)方法仍需規(guī)范。

3 骨髓間質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

腦及脊髓內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞破壞后不能再生，由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及其纖維補(bǔ)償。外周神經(jīng)受損時(shí)，如果與其相連的神經(jīng)細(xì)胞仍然存活，則可完全再生。MSC的研究可能為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病及外周神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供新的方法。

有研究將MSC植入小鼠大腦，MSC得以存活并分化為其他不同的神經(jīng)細(xì)胞［15］。Eglitis［16］曾把骨髓細(xì)胞植入小鼠體內(nèi)，數(shù)天至數(shù)周內(nèi)小鼠腦組織中出現(xiàn)星型膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。如此看來，MSC能夠在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存活，并能轉(zhuǎn)化為神經(jīng)細(xì)胞和其他支持細(xì)胞。學(xué)者們開始在實(shí)驗(yàn)中探索其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用。Li等［17］將MSC注射到帕金森大鼠腦內(nèi)，MSC得以存活并表現(xiàn)出酪氨酸酶活性，促使多巴胺神經(jīng)元功能恢復(fù)，說明其有望用于帕金森病的治療。有實(shí)驗(yàn)將MSC抑制到腦缺血大鼠腦中，發(fā)現(xiàn)移植后其運(yùn)動(dòng)覺和軀體感覺有所恢復(fù)，行為學(xué) 以及神經(jīng)功能明顯改善［18，19］。Lu等［20］將在體外引導(dǎo)的能過量表達(dá)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）的MSC植入大鼠損傷的脊髓中，植入后的細(xì)胞能夠大量產(chǎn)生腦源性神經(jīng)生長因子（BDGF），明顯促進(jìn)損傷脊髓軸突的生長。此方法說明MSC同時(shí)是一種基因治療的載體。

同時(shí)有學(xué)者應(yīng)用MSC對外傷性顱腦損傷（traumaticbraininjuy，TBI）進(jìn)行了研究。Lundber等［21］將MSC經(jīng)血管移植到TBI大鼠體內(nèi)，移植后的第1天和第5天發(fā)現(xiàn)更多的MSC在受損傷的大腦半球存活、遷移，提示腦外傷或壞死可作為誘導(dǎo)環(huán)境，或者一旦發(fā)生后可產(chǎn)生一些信息物質(zhì)（很可能為炎性物質(zhì)），刺激 MSC增殖，然后透過破壞的血腦屏障遷移至腦損傷區(qū)域，以修復(fù)腦損傷后的神經(jīng)功能缺損。

此外，有很多研究試圖用MSC修復(fù)外周神經(jīng)。王輝等［22］等用微波變性骨骼肌橋接于大鼠面神經(jīng)缺損處，然后將MSC植入微波變性骨骼肌處，術(shù)后2周，軸突再生明顯。因脫細(xì)胞神經(jīng)支架可誘導(dǎo)骨髓間質(zhì)細(xì)胞分化為施萬細(xì)胞，何紅云等［23］將骨髓間充質(zhì)細(xì)胞復(fù)合脫細(xì)胞同種異體神經(jīng)移植物用于修復(fù)大鼠坐骨神經(jīng)缺損，在神經(jīng)再生的檢測中顯示，該組的有髓神經(jīng)纖維數(shù)量、有髓神經(jīng)纖維直徑及髓鞘厚度等指標(biāo)均優(yōu)于單純的脫細(xì)胞神經(jīng)支架修復(fù)，與自體移植組相近。以上研究說明了骨髓間充質(zhì)細(xì)胞作為周圍神經(jīng)組織工程種子細(xì)胞的可行性及優(yōu)越性。

4 骨髓間質(zhì)細(xì)胞與心血管系統(tǒng)疾病

關(guān)于心肌再生，細(xì)胞移植治療是其關(guān)注的熱點(diǎn)。MSC因其可塑性及其多分化潛能，使其成為缺血性心臟病治療的潛在來源。楊克明等［24］抽取冠心病患者的骨髓，用人骨髓間質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)液進(jìn)行體外培養(yǎng)、擴(kuò)增，然后將其植入心肌梗死大鼠的心肌梗死區(qū)，2周后其射血分?jǐn)?shù)明顯改善，移植細(xì)胞在心肌梗死區(qū)內(nèi)存活。由此可以說明骨髓間質(zhì)細(xì)胞移植能夠提高心肌梗死后心臟收縮功能。此外，MSC也有利于支架植入術(shù)后心功能的恢復(fù)，F(xiàn)iumana等［25］用透明質(zhì)烷包被的心臟支架植入心梗大鼠的梗塞的冠脈中，并將MSC植入梗死的心肌中，2周后MSC與透明質(zhì)烷包被的纖維粘附，且大部分移行于梗死區(qū)邊緣，梗死區(qū)的毛細(xì)血管變得更加豐富，纖維化程度減輕。

除缺血性心臟病和心肌局部病變外，有研究表明MSC可用于非缺血性心臟病及彌漫性全心疾病如擴(kuò)張型心肌病的治療。姚巍［26］等在體外培養(yǎng)分離純化的大鼠骨髓間充質(zhì)細(xì)胞，將其經(jīng)尾靜脈注射到擴(kuò)張型心肌病心力衰竭大鼠體內(nèi)，同時(shí)皮下注射重組人粒細(xì)胞刺激因子，4周后血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)及心臟超聲結(jié)果顯示該組大鼠的心臟功能得到明顯改善。

因MSC的免疫學(xué)特性，其還有用于心臟移植治療的潛能。盡管免疫抑制劑的應(yīng)用，移植物血管硬化仍然是影響心臟移植中移植物長期存活的主要因素。大量體外研究證實(shí)MSC能夠抑制同種異基因移植的免疫反應(yīng)。Jui HY等［27］將股動(dòng)脈和MSC同時(shí)移植人豬的軟組織中，4周后組織中無明顯淋巴細(xì)胞生長，且血管造影示動(dòng)脈通暢性良好。然而，MSC在活體內(nèi)的免疫調(diào)節(jié)作用仍然存在爭議，并且其分子機(jī)制仍未明確。

5 問題與展望

MSC具有多分化潛能，來源充足，容易獲取，可通過體外培養(yǎng)大量擴(kuò)增，自身的MSC進(jìn)行移植還可避免移植物抗宿主反應(yīng)，且MSC的應(yīng)用不存在倫理學(xué)問題的爭論，故其是細(xì)胞治療、基因治療、組織工程學(xué)方面很好的種子。除神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病外，近年來MSC的研究廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：體外成骨能力、促肝細(xì)胞再生能力、對糖尿病胰島功能的影響。

關(guān)于MSC體外培養(yǎng)的研究已進(jìn)行數(shù)十年，因其本身的研究還不夠系統(tǒng)全面，有些很多問題需要解決。因MSC培養(yǎng)過程中存在異質(zhì)性，影響了干細(xì)胞分離純化效果。同時(shí)人們希望MSC在細(xì)胞和組織工程方面的研究中得到大量的未分化干細(xì)胞成分。體外設(shè)法誘導(dǎo)或用外源基因?qū)说燃夹g(shù)，可實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞實(shí)行對稱性有絲分裂，無限擴(kuò)增而不分化，但可能改變細(xì)胞形態(tài)和生理，條件生化基因的引入或許能克服這一困難。基因轉(zhuǎn)染技術(shù)為我們獲取純的MSC提供可能，但轉(zhuǎn)染的外源基因可能會(huì)影響MSC的分化潛能及長期傳代能力，基因轉(zhuǎn)染效率的提高也是一個(gè)亟待解決的問題。此外，對其細(xì)胞學(xué)特點(diǎn)、定向分化效率、各分化階段特異性標(biāo)志物、免疫調(diào)節(jié)機(jī)制、安全性等方面的研究尚需深入。

雖然對于MSC的研究仍存在很多困難，但作為細(xì)胞工程的種子，隨著研究的深入、問題的解決，其應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

［1］Krause DS.Plasticity of marrow－derived stem cells［J］.Cene T－h(huán)er，2002，9（11）：754.

［2］Kucia M，Ratajczak J，Ratajzak J，Ratajczak MI.Bone marrow as a source of circulation CXR4＋tissue committed stem cells［J］.Biol Cell，2005，97（2）：133.

［3］Kucia M，RecaR，Jala VR，et al.Bone marrow as a home of heterogenous populations of nonhematopoietic stem cell［J］.Leukmia，2005，19（7）：1118.

［4］Ratajczak M Z，Kucia M，Roca R，et al.Stemcell plasticity revisited.CXCR4－positive cells expressing mRNA for early musle liver and neural cells‘hide out’in the bone marrow［J］，Leuke－mia.2004，18（1）：29.

［5］Le Blanc k，Rasmusson I，Sundberg B，et al.ireatment of severe acute graft－versus－h(huán)ost disease with third party haploidentical mesenchymal stem cells［J］.Lancet，2004，363（9419）：1439.

［6］Mojumdor MK，keane－Moore M，Huyaner U，et al.Characterization and functionality of cell surface molecules on human mesendymal stem cells［J］.Biomed Sci，2003，10（2）：225.

［7］Fijmvandraat AC，van Ginneken AC，Schumacher CA，et al.Cardiomyocytes purified from differentiated embryonic stem cells exhibit characteristics of early chamber myocar，dium［J］.Md Cell Cardiol，2003，35（12）：1401.

［8］劉 芳，劉大偉.間質(zhì)細(xì)胞和非間質(zhì)細(xì)胞源細(xì)胞移植后對機(jī)體免疫反應(yīng)差異的比較［J］.中國病理生理雜志，2011，27（7）：1270.

［9］Tse WT，Dendleton JD，Beyer WM，et al.Suppression of allogeneic T－cell prolifer－ationby human marrow stromal cells：implications in transplantation.2003，75（3）：389.

［10］Crop M，Baan CC，Korevaar SS，et al.Human adipose tissue－derived mesenchymal stem cells induce explosive T－cell proliferation［J］.StemCellsDev，2010，19 ：1843.

［11］高志強(qiáng)，王 輝.骨髓間質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)系統(tǒng)中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀［J］.中華耳鼻咽喉頭頸外科雜志，2006，41（1）.

［12］Alhadlaq A，Mao J.Tissue－engineered neogenesis of humanshaped mandibular condyle from rat mesenchymal stem cells［J］.J Dent Res，2003，82：951.

［13］Gronthos S，Zanettino AC，Hay ST，et al.Molescular and cellular characterization of highly purified stromal stem cells derived from human bone marrow［J］.J Cell Sci，2003，116：1827.

［14］Pitten ger MF，Mackay AM，Beck Sl，et al.Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells［J］.Science，1999，285：143.

［15］Manoz－Elios G，Marcus AJ，Coyne TM，et，al.Adult bone marrow stromal cells in the embryonic brain：engratment，migration，differentiation，and long－term survival［J］.J Neurosci，2004，24：4585.

［16］Eglitis MA，Mezey E.Hematopoietic cells differentiate into both microglia and microglia in the brains of adult mice［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1997，94：4080.

［17］Li Y，Chen J，Wang L，et al.Intracerebal transplantatation of bone marrow stromal cells in a 1－methyl－4－o＝pheny－1，2，3，6－tetrahydropyridine mouse model of Parkinson’s diseases［J］.Neurosci Lett，2001，316：67.

［18］Chen J，Li Y，Wang L，et al.Therapeutic benefit of intracerebral transplantation of bone marrow stromal cells after cerebral ischemin in rats［J］.J Neurol Sci，2001，189：49.

［19］Li Y，Chopp M，Chen J，er al.Introstriatal transplantation of bone marrow nonhematopoietic cells improves functional recovery after stroke in adult mice［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2000，20：1311.

［20］Lu P，Jone LL，Tuszynski MH.BDNF－expressing marrow stromal cells support axonal growth at sites of spinal cord injury［J］.Exp Neurol，2005，191：344.

［21］Lundberg J，Le Blanck，Soderman M，etal.Endowascular transplantation of stem cells to the injured rat CNS［J］.Neuroradiology，2009，51（10）：661.

［22］王 輝，高志強(qiáng).骨髓間質(zhì)細(xì)胞植入變性骨骼肌修復(fù)面神經(jīng)缺損實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國耳鼻咽喉頭頸外科，2005，12（3）：32.

［23］何紅云，鄧儀昊.神經(jīng)修復(fù)坐骨神經(jīng)缺損骨髓間充質(zhì)細(xì)胞構(gòu)建組織工程［J］.中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2009，13（28）：5562.

［24］楊克明，張 浩.心病人骨髓間質(zhì)細(xì)胞移植對心肌梗死后大鼠心功能影響的研究［J］.中國循環(huán)雜志，2005，1：131.

［25］Fiumana E，Pasquinellia，et al.Localization of mesenchymal stem cells grafted with a hyaluronan－based scaffold in the infarcted heart［J］.J Surg Res，2012，2：261.

［26］姚 巍，王鳳芝.骨髓間充質(zhì)細(xì)胞靜脈移植聯(lián)合自體骨髓干細(xì)胞動(dòng)員時(shí)心肌病心力衰竭大鼠心功能的影響［J］.中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2008，12（29）：5645.

［27］Jui HY，Lin CH.Autologous Mesenchymal Stem Cells Prevent Transplant Arteriosclerosis by Enhancing Local Expression of Interleukin－10，Interferon－γ，and Indoleamine 2，3－dioxygenase［J］.Cell Trasplant，2012，4：386.