骨髓間充質干細胞在各器官組織中歸巢的研究進展

薛軒，李春波，龔紅霞，李春波，李婷婷，牛世偉

（甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州）

0 引言

骨髓間充質干細胞(BMSCs)是成體干細胞，具有自我更新和多向分化潛能的特點，目前在醫學研究中具有廣泛的應用前景[1-3]；近年越來越多的研究發現，BMSCs具有調節免疫、造血和炎癥反應等作用[4-7]。當BMSCs處于特定的體內微環境作用時，可以自主向損傷部位遷移、黏附、定植[8]。作者通過查閱相關文獻，就關于BMSCs的歸巢對各臟器器官組織的影響概述如下。

1 在心肌組織中

薛靜[9]通過超聲微泡介導G-CSF聯合MSCs移植治療大鼠心肌梗死的實驗研究，發現外源性MSCs移植后，可以通過旁分泌效應產生血管生成因子和各種歸巢相關因子，從而有效促進MSCs的黏附、歸巢，來通過改變血管新生及抑制凋亡等機制，起到改善心功能的作用。賀繼剛[10]發現小鼠骨髓間充質干細胞中SCA-1+/CD45+/CD31+亞群的歸巢能力優于其他亞群。動物活體成像提示在不同時間段注射干細胞后，SCA-1+/CD45+/CD31+亞群平均熒光強度和歸巢的趨勢優于其他亞群，這表明當心肌受損時，SCA-1+/CD45-/CD31-群體歸巢的趨勢更明顯。何曉青等[11]觀察發現當機體處于心機梗死后，觀察內源骨髓間充質干細的遷移、歸巢以及分化情況，發現發綠色熒光的骨髓間充質干細胞在對照組和心肌梗死組中均出現，且心肌梗死組的數量較多，并且有研究發現細胞核呈棕黃色的BrdU標記的陽性細胞在心肌梗死后1天，3天，1周，2周，3周，4周均有出現，尤其是在心肌梗死后1周，較其他5個時間節點，陽性細胞分布最多且最集中。這說明心肌梗死后1周是骨髓間充質干細胞歸巢的最佳時間，如果在這個時間點給予干細胞移植，會對促進心肌修復具有一定意義[12]。

2 在肺組織中

郭帥[13]通過觀察大鼠SW-RDS模型中患肺的歸巢情況，發現干細胞不但能歸巢于該模型的患肺中，且CXCR4的BMSCs在該模型中高表達。還有研究發現骨髓間充質干細胞的歸巢作用可以減輕染矽塵大鼠肺部炎癥及肺纖維化[14-15]。 黃明[16]通過對比在染矽塵大鼠體內，經靜脈組和經氣管組兩種大鼠不同途徑移植骨髓間充質干細胞的歸巢效率，并對同一時間點的經靜脈組中各組織熒光強度與經氣管組比較，發現除了在第1周腦組織熒光強度經靜脈組較經氣管組高，差異有顯著性意義(P＜0.05)外，其余差異均無顯著性意義(P＜0.05)。

3 在腎組織中

邢藝苑[17]發現在腎組織歸巢中，高表達CXCR4的BMSC比高表達SDF-1歸巢的量更多，并且無論是治療效果、功能的改善還是組織的修復均明顯優于低表達CXCR4的BMSCs，這說明SDF-1/CXCR4軸對于促進BMSCs向阿霉素腎病大鼠損傷腎組織的歸巢、定植并提高療效方面具有積極的作用。武天慧[18]研究發現當miR-150的表達被抑制時，間充質干細胞CXCR4表達水平就會隨之升高，同時發現SDF-1在糖尿病腎病組織中高表達，這使得機體通過調控相關因子改善腎臟組織，來促使骨髓間充質干細胞向受損的腎臟趨化歸巢，從而糖尿病腎病組織中SDF-1與CXCR4表達降低。這表明miR-150調控SDF-1和CXCR4信號通路對于DN間充質干細胞腎臟趨化歸巢，會是一個非常有前景的靶標。

4 在肝組織中的歸巢作用

越來越多的研究證實肝纖維化或肝硬化所致的肝損傷，干細胞對于其改善具有積極作用[19-20]。當BMSCs在合適的生物活性因子誘導下，可以分別向包括肝細胞在內的全部3個胚層的細胞分化，促進細胞再生和組織修復[21-22]。研究證實，當BMSCs被植入體內能后，能夠發揮肝細胞保護作用、抑制肝纖維化進程、促進肝再生、改善受損肝臟的功能[23-24]。此外，BMSCs所介導的肝臟修復機制還在于其強大的旁分泌作用。BMSCs可以通過分泌血管內皮生長因子、肝細胞生長因子、單核細胞趨化蛋白1等，來起到促進微血管重建和肝細胞增殖[25]。Ji等[26]發現對于在細胞外基質中預分化的BMSCs進行細胞移植治療肝纖維化小鼠模型，均發現肝功能明顯改善，生存率顯著提高。結果證實，BMSCs通過尾靜脈注射的方式移植入老鼠體內后，對大鼠慢性肝纖維化程度具有改善作用，并提高大鼠生存率。

5 在結腸組織中的歸巢作用

頡瀅[27]通過觀察免疫熒光染色證明發現，BMSCs能夠歸巢至腸炎部位，這表明BMSCs可提高其對小鼠腸炎的治療效率。有研究通過[28]測定疾病活動指數評分，人性別確定區Y蛋白，自殺相關因子，G-蛋白偶聯受體5等發現心臟注射BMSCs的療效勝于鼠尾靜脈注射，BMSCs治療UC的作用，主要是通過減少腸道細胞凋亡、促進腸道干細胞再生。張夏夢等[29]研究發現BMSCs可以向結腸血管內皮細胞分化，來促進血管的生成，并可以抑制腸道的炎癥，使得有UC大鼠結腸黏膜得以修復。張夏夢等[30]研究表明同種異體的BMSCs可以向UC大鼠結腸組織結腸黏膜上皮細胞分化，來起到抑制NF-kB表達，促進IL-4表達的作用，這對于結腸黏膜的修復具有促進作用。徐艷華等[31]研究發現部分BMSCs可以分化為結腸上皮細胞，參與損傷的修復。李榮富等[32]通過觀察免疫組化檢測中SRY蛋白的表達，發現BMSCs移植后的結腸組織在移植后的第3、7、14、21天，SRY蛋白陽性細胞均可以被檢測到，說明在炎癥因素的作用下，移植細胞不但可以遷移至受損的腸道，而且可以定植在受損的腸道中。熊軒軒等[33]通過對比低中高劑量的BMSCs尾靜脈注射于UC大鼠，發現中劑量的BMSCs組中，Treg細胞表達上調，Th17細胞表達下調，較低、高劑量的BMSCs組，這提示BMSCs可能通過對Treg，Th17的影響，來起到對UC大鼠的治療作用。

6 在成骨關節組織中的歸巢作用

王鑫[34]探討骨髓間充質干細胞(BMSC)遷移歸巢在骨折愈合中的作用，發現骨折后大量REP-BMSC遷移至骨折處聚集，且OPN與OCN高表達。14d后病理組織切片染色結果顯示，CON組與AMD3100組以軟骨成分為主，而MSC組多已開始形成骨性骨痂；42d后CON組與AMD3100組處于骨痂塑形期，皮質骨質量差，MSC組骨痂已基本塑形完成。生物力學檢測結果顯示，MSC組最大負荷、最大橈度、彈性橈度及剛度顯著高于另兩組，且接近正常骨組織。說明BMSC歸巢能促進骨折愈合，基質細胞衍生因子SDF-1/CXCR4通路在其中發揮重要作用。楊毅[35]通過正向干預和反向干預兩個方面來證明，在骨形態發生蛋白2介導骨髓間充質干細胞遷移中，SDF-1/CXCR4信號通路發揮重要作用，骨形態發生蛋白2可以促進細胞歸巢和成骨作用，可以單獨或聯合干細胞來起到促進骨組織修復的功能。王彥超[36]通過實驗觀察發現，在退變的椎間盤部位，BMSCs出現了聚集的現象，這個現象再次證明，BMSCs在椎間盤退變模型中具有遷移和歸巢的作用。通過體外實驗檢測不同濃度SDF-1、骨形態發生蛋白2和二者共同作用下骨髓間充質干細胞的遷移情況，并觀察加入CXCR4阻斷劑AMD3100后骨髓間充質干細胞遷移數，來探討SDF-1/CXCR-4信號通路在骨形態發生蛋白2誘導骨髓間充質干細胞歸巢效應中的關鍵作用[37-41]。結果顯示當二者共同作用時細胞遷移數顯著增多，并且達到一定濃度后，會出現歸巢效應，說明兩者在誘導骨髓細胞遷移中具有相互促進作用[42]。袁鈺祺[43]研究發現超聲空化效應可以增加慢病毒介導hCOX-2 shRNA、hAggrecanse-1shRNA、hIGF-1基因轉染人骨髓間充質干細胞在兔關節炎模型進入靶器官的比例。

7 在腦組織中

錢健[44]研究發現在超聲聯合微泡增效骨髓間充質干細胞歸巢治療缺血性腦卒實驗中，超聲+微泡+骨髓間充質干細胞組積分吸光度明顯高于其它組別，發現超聲+微泡+骨髓間充質干細胞組中歸巢細胞數量明顯增多。超聲聯合微泡對于骨髓間充質干細胞的腦內靶向歸巢具有促進作用，并且可以減少腦水腫和腦梗死體積，改善神經功能評分，促進骨髓間充質干細胞移植治療缺血性腦卒中的效果。劉斌[45]觀察骨髓間充質干細胞在腦缺血再灌注大鼠體內的歸巢情況，發現骨髓間充質干細胞歸巢可至腦梗塞壞死區及周圍半暗帶區，對因大鼠腦缺血后導致的神經功能缺損恢復，并在一定程度上減少腦梗塞面積。

8 討論

從上文我們得出，BMSCs的歸巢對心、肺、肝、腎以及骨關節和腦的損傷都可以達到治療作用，除此之外，BMSCs的歸巢還對男科和婦科疾病有影響作用，如胡紅梅[46]通過對ERS1(在薄型子宮內膜致病過程中一個非常關鍵的因子)表達的研究發現，BMSCs歸巢增加與ERS1的表達具有一定的聯系。而且還可以刺激SDF-1，CXCR4的表達增高。ESR1表達后會引起細胞周期G1/S過渡，進而導致細胞周期G1/S發生相關的生物學轉變，直接上調cyclin D1等細胞周期相關蛋白。韓廣瑋[47]研究發現由于超聲復合微泡具有促進BMSCs向前列腺歸巢的作用，因此能夠起到減輕前列腺炎癥反應。此外，還有很多研究發現，BMSCs可以歸巢至腫瘤微環境(TME)，這種歸巢后對癌細胞產生的作用是兩方面的[48-50]： 一方面可以作為一種新興的細胞載體，加快歸巢至TME并可以具有多向分化潛能，如Lang等[51]等用BMSCs裝載分泌miR-124a的外泌體治療惡性神經膠質瘤取得良好的治療效果；另一方面BMSCs也可以通過促進癌細胞發展，來找到其可能存在的促癌機制，來尋找到一種有效的抗癌靶點，來抑制BMSCs的歸巢作用，如Camorani等[52]在治療乳腺癌時，通過拮抗血小板源性生長因子受體β(PDGER-β)來起到抑制BMSCs歸巢至TME，起到治療作用。

“歸巢”對損傷部位來說是一個捕獲BMSCs的主動過程，局部內皮細胞表達足夠數量黏附分子和強趨化因子等對BMSCs定向遷移、定居是非常重要的[53]。目前關于BMSCs歸巢的實驗研究和臨床研究取得較大的進展，但也存在一些亟待解決的問題，最大的問題在于骨髓干細胞動員歸巢于損傷部位的百分率較低，而這個問題也是制約骨髓干細胞移植應用的瓶頸，也是當前BMSCs研究領域的焦點。因此對于如何解決BMSCs動員歸巢的問題，以及尋找提高動員歸巢率的藥物，任然尤為重要。