不同組織上清液對不同間充質(zhì)干細胞增殖和分化的作用

李鑫，馬海英

(中國醫(yī)科大學 病理生理學教研室，遼寧 沈陽　110000)

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不同組織上清液對不同間充質(zhì)干細胞增殖和分化的作用

李鑫，馬海英

(中國醫(yī)科大學 病理生理學教研室，遼寧 沈陽110000)

[摘要]干細胞與再生醫(yī)學是當今生命科學最前沿的研究領(lǐng)域。再生醫(yī)學作為除藥物、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，已在臨床一定范圍開始應用。不同的組織培養(yǎng)上清液對間充質(zhì)干細胞體外增殖和分化可產(chǎn)生促進或者抑制作用。作者通過比較不同培養(yǎng)上清液對間充質(zhì)干細胞體外增殖和分化的影響來闡述促進或抑制間充質(zhì)干細胞體外增殖和分化的經(jīng)濟有效方法、利弊以及對再生醫(yī)學的意義。

[關(guān)鍵詞]間充質(zhì)干細胞； 生長因子； 再生醫(yī)學； 文獻綜述

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

1幾種組織上清液對骨髓間充質(zhì)干細胞體外增殖分化的作用

在間充質(zhì)干細胞中，骨髓間充質(zhì)干細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胞。因此，在體外培養(yǎng)中找到可以促進或抑制其增殖和分化的方法，并且對其優(yōu)缺點充分利用，對于再生醫(yī)學的發(fā)展具有更為深遠的意義。

1.1對骨髓間充質(zhì)干細胞體外增殖分化起促進作用的組織上清液

目前研究表明，損傷的脊髓勻漿上清液能夠誘導骨髓間充質(zhì)干細胞分泌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、髓鞘前脂蛋白，有利于向神經(jīng)細胞方向分化[1]。與之相反，破骨細胞破壞后產(chǎn)生的勻漿上清液具有使骨髓間充質(zhì)干細胞增殖能力降低、成骨分化增強、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骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖分化，而且這種組織上清液來源豐富，方便了骨髓間充質(zhì)干細胞的體外培養(yǎng)，對于再生醫(yī)學來說具有重大意義。

骨髓間充質(zhì)干細胞在重組腺病毒- 肝細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HGF蛋白，而HGF蛋白則可以促進骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖[3]。研究發(fā)現(xiàn)，力生長因子(MGF)可以促進骨髓間充質(zhì)干細胞增殖和成骨分化，F(xiàn)n- TPO基因的修飾可以增強人類骨髓間充質(zhì)干細胞的造血能力[4]。在治療局部缺血時發(fā)現(xiàn)，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子可以間接促進骨髓間充質(zhì)干細胞向內(nèi)皮細胞方向分化，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和通路或許可以促進骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖，這使骨髓間充質(zhì)干細胞體外培養(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間充質(zhì)干細胞的增殖[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的表達來抑制人類骨髓間充質(zhì)干細胞的凋亡[7]。所以利用紅景天甙上清液有望能夠快速大量促進間充質(zhì)干細胞的增殖和分化。

Purmorphamine和膽固醇則可以促進間充質(zhì)干細胞體外成骨分化[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)干細胞的增殖，并且可以導致細胞死亡。有研究[9]表明，飽和脂肪酸可能會長期影響骨髓間充質(zhì)干細胞在體內(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，達到最佳培養(yǎng)效果。

胎牛血清促進人類骨髓間充質(zhì)干細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骨髓間充質(zhì)干細胞的體外增殖[10]，但是胎牛血清作為目前應用更為廣泛的培養(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]，因此在應對特殊的臨床問題時需要考慮各自的來源問題。研究還發(fā)現(xiàn)，KRMBTI血清培養(yǎng)基可以促進骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖，并且促進其成骨分化[12]。這提示可再生的、耐抵抗的、含有特殊成分的動物血清或人類血清可以作為骨髓間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)基。 血清資源豐富而且成本低，用這個方法來擴增骨髓間充質(zhì)干細胞具備極大的優(yōu)勢，研究前景十分廣闊。

研究表明，過氧化氫預處理能夠通過刺激WJ- MSC產(chǎn)生IL- 6來顯著增強WJ- MSC的治療能力[13]。這種處理方法在治療心肌梗死時效果十分明顯，間充質(zhì)干細胞通過促進內(nèi)皮細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)干細胞時，進行過氧化氫預處理可能會達到理想的培養(yǎng)效果，為臨床醫(yī)學帶來便利。

在對山羊間充質(zhì)干細胞的研究中發(fā)現(xiàn)，石墨烯可以作為載體，幫助骨髓間充質(zhì)干細胞進行轉(zhuǎn)移[14]。這項研究結(jié)果提示，可以在骨髓間充質(zhì)干細胞的培養(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。

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

1.2抑制骨髓間充質(zhì)干細胞體外增殖分化

在骨髓間充質(zhì)干細胞的體外培養(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需要抑制骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖和分化。因此，發(fā)現(xiàn)可能會抑制骨髓間充質(zhì)干細胞體外增殖和分化的因素并充分利用其優(yōu)點、避免其可能帶來的損失具有重大的研究意義。

通過對小鼠骨髓間充質(zhì)干細胞的研究發(fā)現(xiàn)，鐵超載也會損害骨髓微環(huán)境，從而影響骨髓間充質(zhì)干細胞的質(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)干細胞的轉(zhuǎn)移，從而抑制其增殖和分化[18]。

同時有研究表明：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對骨髓間充質(zhì)干細胞具有抑制作用，隨后的5 d之內(nèi)，骨髓間充質(zhì)干細胞開始可以給自己提供保護同時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)干細胞在體外的增殖分化與在培養(yǎng)上清液中的時間長短有關(guān)系，提示了在體外培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細胞時要注意培養(yǎng)的時間，以求達到高效率的增殖與分化。

單純地抑制間充質(zhì)干細胞的增殖與分化并不都是對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幾種組織上清液對脂肪間充質(zhì)干細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)干細胞的來源是非常有吸引力的。針對脂肪間充質(zhì)干細胞，目前研究表明，組織上清液中的CPA可以顯著促進成脂關(guān)鍵基因的表達而抑制了成骨關(guān)鍵基因的表達[20]；而組織上清液中的Choukroun′s PRF可以促進脂肪間充質(zhì)干細胞的成骨分化[21]，同時，Choukroun′s PRF還可以促進脂肪間充質(zhì)干細胞在體外大量增殖，但是目前對Choukroun′s PRF的研究還處于初級階段，還需要進一步的研究和探討。

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

目前，臍帶間充質(zhì)干細胞因具有幾乎不存在倫理爭議的優(yōu)點，被廣泛作為間充質(zhì)干細胞的種子細胞。臍帶間充質(zhì)干細胞在臨床醫(yī)學中的應用對于一些疑難雜癥的治療具有積極的推動意義，促進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人臍帶間充質(zhì)干細胞向神經(jīng)干細胞及神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細胞分化[22]。目前對于人羊膜羊水來源的間充質(zhì)干細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)干細胞抑制同種異體淋巴細胞的增殖，減少干擾素的分泌[23]，這表明羊膜間充質(zhì)干細胞的體外培養(yǎng)對于再生醫(yī)學中治療免疫排斥反應具有重大的意義。

4人牙齦上皮細胞上清液對牙髓干細胞體外增殖的影響

人牙髓細胞中含有一定數(shù)目的牙髓干細胞，而且牙髓細胞易于獲得并培養(yǎng)。在人牙齦上皮細胞上清液中加入四環(huán)素對牙髓間充質(zhì)干細胞的增殖有影響，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%時更加能夠促進牙髓間充質(zhì)干細胞的增殖和成骨分化[24]。因此，在培養(yǎng)牙髓間充質(zhì)干細胞時，可以考慮使用1%～5%這個濃度范圍的四環(huán)素溶液來促進其增殖和成骨分化，縮短培養(yǎng)時間。

5間充質(zhì)干細胞對再生醫(yī)學的研究意義及展望

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

對間充質(zhì)干細胞的研究必須同時包括可以促進和抑制間充質(zhì)干細胞體外增殖和分化的方法，不能單一的促進或者抑制。這是因為在一些情況下某些疾病需要大量擴增間充質(zhì)干細胞并促進其分化成需要的細胞，而在另外一些的情況下，則需要抑制間充質(zhì)干細胞的增殖和分化才能夠阻止某些疾病病情的進一步發(fā)展。因此，綜合運用各種促進和抑制間充質(zhì)干細胞增殖和分化的方法，趨利避害，可以極大地促進再生醫(yī)學的發(fā)展，對于疑難雜癥的治愈將產(chǎn)生不可估量的價值，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]R329

[文獻標識碼]A

[文章編號]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

[基金項目]國家青年自然科學基金(31200730)

[收稿日期]2015- 10- 20[修回日期] 2015- 12- 11

[引文格式] 李鑫，馬海英.不同組織上清液對不同間充質(zhì)干細胞增殖和分化的作用[J].東南大學學報:醫(yī)學版，2016，35(2)：271- 274.

·綜述·