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体外可实现向脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、内皮细胞、肝脏样上皮细胞、神经细胞及造血细胞分化；

体内移植后向小肠、肝、肺、造血、皮肤等多种组织器官定向分化等。

原始干细胞亚群学说，从人体病理生理角度上讲更符合自体修复、自我更新的生理规则。

按照这种思路，只要掌握原始干细胞的特异性标记及转化调控分子机制，就可以从某一组织中分离出成体干细胞并诱导分化形成其他组织细胞，避免胚胎干细胞应用的伦理问题和免疫排斥障碍。

（文章出处：

中国医学论坛报）

骨髓干细胞的可塑性及其在栓塞性疾病中的应用

2007-09-2118:

48:

29 

来自:

生物01陈24

【摘要】骨髓干细胞是成体干细胞的一种，在实验条件控制下可以分化为成肌细胞、成骨细胞、心肌细胞和神经细胞等，这种生物学特性被称为可塑性（plasticity）。

20世纪末骨髓干细胞可塑性的发现以及相关技术的研究进展为栓塞性疾病的治疗开辟了新途径，有望成为其新治疗手段之一。

【关键词】可塑性,骨髓干细胞；

栓塞性疾病 

血管栓塞是急性心肌梗死、脑梗死、血栓闭塞性脉管炎、糖尿病足等栓塞性疾病的发病原因。

多年来其治疗方法无实质性进展，目前临床上针对这些疾病的主要治疗手段，如药物溶血栓、血管分流移植和介入手术等均难达到理想效果。

骨髓干细胞（bonemarrowstemcells,BMSC）是成体干细胞的一种，由造血干细胞（hematopoieticstemcells,HSC）、间充质干细胞（mesenchymalstemcells,MSC）和内皮祖细胞（endotheialprogenitorcells,EPC）组成。

骨髓干细胞在实验条件控制下可以分化为成肌细胞、成骨细胞、心肌细胞和神经细胞等，这种生物学特性被称为可塑性（plasticity）。

人们对成体干细胞可塑性还没有统一的定义，一般理解为：

干细胞除定向分化为其所在组织器官的特化细胞外，在一定条件下还能分化为与其所在组织不同的其他组织类型细胞。

1骨髓干细胞移植在心肌梗死治疗中的应用骨髓干细胞在心肌梗死中的应用是目前研究最为深入的领域之一。

Orlic等[1]将经萤光标记的骨髓干细胞注射到心梗动物模型的梗死边缘区，9d后新生的心肌组织约占心肌梗死部位存活心肌的68%。

Fukuda等［2］将标记EGFP（enhancedgreenfluorescentprotein,强化绿色荧光蛋白）的转基因小鼠骨髓细胞移植给经致死剂量照射的心梗小鼠模型，8周后全骨髓细胞移植组心梗区EGFP+的心肌细胞超过了5000/只；

把克隆纯化的EGFP+MSC移植到经致死剂量照射的心梗小鼠模型，在心肌缺血区也发现了EGFP+actinin+的细胞。

Deb等［3］在8位接受女性心脏移植的男性患者的心肌组织中发现18%的心肌细胞、20%冠状动脉和14%的毛细血管Y染色体阳性，在排除细胞融合造成的混乱之后，Deb等认为是患者的自体骨髓干细胞迁移到被移植的心脏中分化成为新的心肌细胞、冠状动脉和毛细血管。

直接把自体MSC经冠状动脉移植到急性心梗或慢性心肌缺血病人的心脏，也能起到改善病人心功能的效果[4，5]。

骨髓干细胞移植改善梗死后心脏功能的机制还不是十分清楚。

外源性的MSC可以归巢到正常或梗死的心肌组织，但是MSC在正常的心肌组织中并不具有分化成心肌细胞和内皮细胞的生物学特性[6]。

故有人认为并非MSC等细胞能转化成为心肌细胞和血管内皮细胞，而是MSC本身可以调节心肌细胞凋亡和心室重构，导致了患者心脏功能改善。

Xiaohua等［7］在骨髓干细胞移植心梗模型中检测到其Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白、TIMP1（tissueinhibitorofmatrixmetalloproteinase,基质金属蛋白酶组织抑制因子1）、TGFβ1（transforminggrowthfactor,转化生长因子β1）等细胞外基质mRNA表达增加。

他们认为MSC能够选择性地降低细胞外基质基因的表达，抑制心肌重构，改善心梗模型心功能。

有人发现MSC对梗死区血管新生的直接或间接作用也促进了心肌修复和心脏功能改善[8，9]。

也有人认为MSC与宿主细胞建立了电机械耦合直接参与宿主心脏收缩[10]。

2骨髓干细胞移植在脑梗死治疗中的应用传统观念认为脑组织缺血梗死以后中枢神经系统的神经元细胞难以通自身恢复或再生加以修复，这是脑梗死损伤致残的根本原因。

随着干细胞和组织工程的兴起，近年来有不少研究者开始进行骨髓干细胞向神经细胞分化的研究。

Mezey等[11]在不能产生自体髓系和淋巴系血细胞的小鼠模型体内移植入骨髓细胞，观察到这些细胞在体内可迁移到大脑并表达神经特异性抗原，他们认为骨髓细胞可能是神经元细胞再生的来源之一。

此后许多研究均证实在体外可诱导MSC向神经元样细胞分化。

用粒细胞集落刺激因子（granulocyteolonystimulatingfactor,GCSF）作为动员剂，动员骨髓干细胞向缺血性脑梗死模型的梗死部位迁移，发现GCSF治疗组的脑梗死体积明显小于对照组，病理损伤也较轻，术后48h在脑梗死灶发现CD34+单个核细胞浸润，以及带有CD34+椎形细胞生长。

由于脑组织中无CD34+细胞，因此推断GCSF动员了骨髓中的CD34+细胞进入梗死部位并向神经元样细胞分化[12]。

Yao等[13]把人MSC在体外扩增并用参芪扶正液诱导30min后注射到大脑中动脉栓塞大鼠脑部,所有模型鼠都存活6周以上，且肢体的运动功能提高，触觉、感知觉减退情况改善，免疫组化显示移植后MSC表达NSE（neuronespecificenolase,神经元特异性烯醇酶）、NF（neurofilament,神经微丝）、GFAP（glialfibrillaryacidicprotein,神经胶质酸性蛋白）等人类特异性的抗原。

Bang等[14]把30例大脑中动脉栓塞合并严重神经功能缺陷的病人随机分为两组：

A组静脉注射自体MSC（1×

108个/人），B组作为对照接受常规治疗，结果MSC移植组病人在移植后6～12个月中Barthel指数和Rankin评分持续稳定地好转。

这些研究证明骨髓干细胞不仅能够迁移到梗死脑组织而且能改善脑功能。

目前对干细胞促进梗死后脑组织功能恢复的机制只有一些假说。

一种假说认为可能是干细胞替代损伤细胞整合入组织重建神经环路，促进了功能恢复。

另一种假说认为骨髓干细胞与宿主脑组织的相互作用促进干细胞分泌一些具有促使下丘脑神经元细胞存活、生长和分化作用的因子如IL6、MCSF等,这些因子促进神经元前体细胞生长分化迁移，使脑组织可塑性上调，促进功能恢复。

Kurozumi等[15]用腺病毒载体将BDNF（脑源性神经营养因子）基因转染人MSC，并用于治疗大脑中动脉栓塞大鼠，结果MSCBDNF治疗组大鼠无论是脑梗死的体积还是脑功能的恢复都优于单用MSC治疗的对照组,说明神经营养因子对MSC移植治疗效果有积极的影响。

3骨髓干细胞髓移植在下肢缺血性疾病治疗中的应用下肢缺血性疾病包括动脉硬化性闭塞症、糖尿病足、血栓闭塞性脉管炎等，它们有一个共同的病理过程：

血管管腔进行性狭窄，远端肢体供血不足。

Esato等[16]用自体骨髓细胞移植治疗8例患有慢性动脉疾病的患者，其中2例完全治愈，另外6例不同程度缓解。

此后又有人先后发表了运用自体骨髓单个核细胞治疗动脉硬化性闭塞症和糖尿病足的病例报告[17，18]。

但是无论是骨髓细胞还是骨髓单个核细胞都是混合细胞群，从以上病例报告中无法知道在这些混合细胞群中究竟是何类细胞亚群在对疾病起治疗作用。

TateishiYuyama等[19]给25位下肢缺血性疾病的患者局部注射自体骨髓单个核细胞，给另外22位患者局部注射外周血单个核细胞，前者治疗效果优于后者，故此他们认为可能是骨髓单个核细胞群中的内皮祖细胞及其分泌的多种血管生成因子在治疗过程中发挥作用。

Saigawa等[20]发现CD34+细胞移植数量与下肢缺血性疾病治疗效果呈正相关,由于CD34+细胞主要在造血干细胞和内皮祖细胞上表达,故他们也认为是造血干细胞、内皮祖细胞及其分泌的细胞因子在治疗下肢缺血性疾病时起作用。

4存在的问题及展望利用骨髓干细胞的可塑性治疗栓塞性疾患的研究目前还处于起步阶段，鉴于各个国家和实验室的条件不同以及实验研究人员知识结构的差异，即使是进行干细胞可塑性研究的学者对这一问题的认识也不尽相同。

况且在干细胞可塑性研究的道路上本身也存在一系列问题有待解决，比如：

干细胞的识别、分离、体外培养、是否存在癌变的可能、可塑性机制等。

另外在临床实验中还应该注意：

干细胞归巢的高效性和靶向性，分化的细胞是否具有组织细胞的功能，非靶点组织的异常血管增生，促进肿瘤及糖尿病视网膜病变的恶化等副作用等等。

但是骨髓干细胞移植也有细胞来源不受限制、新生组织细胞和毛细血管可以实现功能上的融合等特点，为临床治疗栓塞性疾病提供了一条除介入、血管旁路移植以外的另一条新的非创伤性治疗途径。

总之，骨髓干细胞用于栓塞性疾病的治疗无论在理论上还是在实践中均有其他传统治疗方法不可比拟的优势,值得进一步的研究和探讨。

胚胎干细胞

干细胞（stemcell）是指一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,在特定的条件下可以分化为不同的功能细胞,形成多种组织和器官.骨髓起源的干细胞即骨髓干细胞主要有三种:

造血干细胞、骨髓基质干细胞和多能前体细胞.骨髓干细胞具有可塑性（plasticity）,即在一定的条件下能转化为不同于其组织来源的细胞.目前有四种机制来解释骨髓干细胞可塑性:

（1）多能组织干细胞在出生后可以存在于体内多种组织和器官中,它们的增殖与分化与各自的局部环境有关;

（2）成体许多组织内余存一种稀有数量的原始干细胞,其类似于胚胎干细胞,始终保持着胚胎干细胞的特性,在不同的条件刺激下能分化为内胚层、中胚层、外胚层多种组织细胞;

（3）组织干细胞可以经历去分化或转分化的过程,经过基因重组,转化为不同组织来源的细胞;

（4）细胞融合改变细胞特性.目前体内外试验均证实了骨髓干细胞向肝细胞的转化.骨髓干细胞在体内或体外转化为肝细胞,为临床应用开辟了新的道路.关键词:

 干细胞;

造血干细胞;

骨髓基质干细胞;

多能前体细胞;

肝细胞;

可塑性施晓雷,丁义涛.骨髓干细胞的可塑性及其转化为肝细胞的研究进展.世界华人消化杂志2005;

13（24）:

2813-28170引言1998年,当科学家第一次从胚胎中分离出人多能干细胞,并随后发现它能分化为体内几乎所有的细胞以后,人们对于干细胞注入了极大的热情.通常认为:

干细胞是指一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,在特定的条件下可以分化为不同的功能细胞,形成多种组织和器官.最新对于干细胞的定义,科学家们列出了四个标准[1,2]:

（1）干细胞能够进行多次细胞分裂,完成自我更新,维持细胞数目的稳定;

（2）同一个干细胞能够分化为多种细胞种类.如造血干细胞能够分化为所有的血细胞;

神经干细胞能分化为神经元细胞,星形细胞和少突神经胶质细胞[3];

基质干细胞可以分化为成纤维细胞、脂肪细胞、骨骼肌细胞等[4];

但是有些成人干细胞只能分化为一种成熟的细胞,如角膜干细胞.（3）组织受损后,移植的干细胞能够修复受损组织[5-7],如造血干细胞对骨髓完全抑制患者造血功能的重建.（4）即便在组织未有损伤的状况下,干细胞在体内也能转化为其来源的组织细胞.干细胞根据其来源的种类,组织及其分化成熟细胞的种类的不同,分成不同的亚群.如按细胞发育阶段的不同,可以分为:

胚胎干细胞和成人干细胞;

按潜能大小可以分为:

全能干细胞和多能干细胞.胚胎干细胞是全能干细胞;

成人干细胞属于多能干细胞.胚胎干细胞虽然具有全能性,但由于涉及伦理等问题,所以人们把兴趣更多转向成体干细胞.在成体干细胞中,研究最多的是骨髓干细胞.1骨髓干细胞种类目前已经被承认的干细胞主要有三种:

1.1造血干细胞1963年Beckeretal[8]分离了造血干细胞,对造血干细胞的存在最可靠的试验是它能重建重度骨髓抑制患者的造血功能,这是因为造血系统的重建需要移植的造血干细胞的自我更新,和能分化为所有成熟的血细胞.在小鼠和人中,已经有多种方法用来分离和标记造血干细胞.在小鼠中,最初的标记物为Lin-,进一步对Lin-细胞中的造血干细胞进行纯化的方法有在Lin-细胞中排除Hoechst和rhodamine染料阳性的细胞[9],在Lin-细胞中进一步筛选CD34+的细胞[10]或sca-kit-thylow的细胞[11];

Lin-CD34-中部分细胞也能重建造血系统[12].在人类,CD34+CD38+的细胞和能排除染料Hoechst的SP细胞富集造血干细胞[13].SP细胞也在其他组织如骨骼肌中存在.故有人认为SP细胞是骨髓和骨骼肌等共有的组织特异性干细胞[14],而另一部分人认为SP细胞是骨髓源性的干细胞,定居于其它组织中[15-17].1.2骨髓基质干细胞骨髓基质干细胞是骨髓中另一种干细胞,缺乏特异的表面标记物,目前报告的基质干细胞的表面抗原有Stro1[18-20],CD13,CD49,CD29,CD44,CD71,CD90,CD106和CD124[21].由于缺乏特异的表面标记物,在不同的实验室有不同的技术对其进行分离,如免疫磁珠分离法、贴壁培养法.在不同的实验室,骨髓基质干细胞体外培养扩增的方法也不一样,如不同的实验室使用不同的细胞因子,如PDGF-BB、LIF、FGF4、FGF2等进行扩增.由于不同的实验室对骨髓基质干细胞有不同的分离和培养方法,获得的细胞功能一致性有待研究,因此对其全能性或多能性有不同的发现,如一些报告认为基质干细胞在体外能分化为神经原细胞,而有的试验则认为不能分化为神经原细胞[22].1.3多能前体细胞一种具有高度可塑性的骨髓源性的干细胞―多能前体细胞能够在小鼠,大鼠及人的骨髓或其他组织细胞培养中获得[23,24].和骨髓基质干细胞一样,它在体外贴壁生长,但是和基质干细胞不同的是,多能前体细胞在体外在相对差的营养条件下无限期地生长.在体外,特异性的生长因子能够诱导多能前体细胞分化为外中内各胚层细胞,在体内,多能前体细胞也显示了其广泛的分化潜能.2骨髓干细胞的可塑性在过去的几年中,一系列的研究表明"

成人干细胞的组织特异性"

的理论可能不正确.因此提出了成人干细胞可塑性的定义:

成人干细胞在一定的条件下能转化为不同于其组织来源的细胞.研究成人干细胞可塑性最多的是骨髓干细胞.通过细胞表面标志或细胞功能活性分离出造血干细胞,造血干细胞不仅能重建造血细胞,而且能分化心肌细胞[25-27]、骨骼肌细胞[28,29]、内皮细胞[30-32]、肝细胞[33-38]、胆管上皮细胞[38]、消化道上皮细胞、肺上皮细胞等[39]多种细胞.大多数文献认为骨髓基质干细胞在恰当的刺激下能转化为脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞[40-42];

骨骼肌细胞[43];

星形细胞、神经元细胞[44-46];

心肌细胞[47,48]等细胞.但有些文献否认其能转化为神经元细胞[22]、心肌细胞[49].还有文献认为:

其不仅可以转化为基质细胞,还可以转化为肝细胞[50]等内胚层细胞.骨髓多能前体细胞,其表达胚胎干细胞的遗传标志,体外培养条件类似于胚胎干细胞,且能高度扩增;

在体外它不仅能分化成基质细胞,而且能分化为内脏中胚层、神经外胚层细胞和肝细胞等内胚层细胞[23].3骨髓干细胞可塑性机制目前有四种机制来解释骨髓干细胞可塑性:

（1）多能组织干细胞在出生后可以存在于体内多种组织和器官中,它们的增殖与分化与各自的局部环境有关.如造血干细胞不仅存在于骨髓,而且可以循环于外周血,寄居于体内多种器官如肌肉组织内.对造血系统被破坏的小鼠进行肌细胞移植后,小鼠造血功能恢复,是由于肌肉组织内的造血干细胞的作用引起的[51].骨髓中包含有卵圆细胞[52],对肝损害的小鼠进行骨髓移植后,肝脏再生的原因是骨髓中的卵圆细胞在肝内转化为肝实质细胞.

（2）成体许多组织内余存一种稀有数量的原始干细胞,其类似于胚胎干细胞,始终保持着胚胎干细胞的特性,在不同的条件刺激下能分化为内胚层、中胚层、外胚层多种组织细胞[23].Suzukietal[53]在小鼠胎肝中分离出一种细胞,在体外能够扩增,不仅能形成肝脏和胆道上皮细胞,而且能形成胰腺和胃肠道上皮细胞.（3）组织干细胞可以经历去分化或转分化的过程,经过基因重组,转化为不同组织来源的细胞[54-57].细胞的基因信息可以重组,经过基因重组,体细胞能够转化为多种不同的细胞.从视网膜神经中提取少突胶质细胞,在体外无血清,低密度的培养条件下,获得神经干细胞的功能和特征[55].Shenetal[56]发现胰腺上皮细胞能够转化为肝细胞的表型,尽管对这种肝细胞的功能未做评价.（4）细胞融合是最近对干细胞可塑性的又一种解释[58,59].有人将小鼠骨髓细胞和胚胎干细胞共培养后,导致了细胞的融合.将小鼠骨髓细胞和胚胎干细胞[59],或小鼠神经干细胞和胚胎干细胞共培养后[60],可以获得转分化的骨髓细胞或神经干细胞,它们表现胚胎干细胞的功能和特征.尽管在体外的研究中,细胞之间的转化并不需要成人干细胞和胚胎干细胞或其它细胞共培养,而且新的细胞也不是四倍体[23,61].但是到目前没有研究能够否认体内的细胞可塑性现象可能是由于细胞的融合.骨髓细胞和其他细胞融合后,形成异核体,改变了基因表达方式,转变为其他细胞的表型.4骨髓干细胞向肝细胞转化的研究对于骨髓干细胞向肝细胞转化的研究,是目前研究领域的热点问题,主要包括了体内研究和体外研究.4.1体内试验Petersonetal[33]最早对骨髓干细胞向肝细胞转化做了研究,他们用CCl4做大鼠肝衰模型,并以2-AAF阻断受体鼠自身肝细胞的增殖,通过三种途径追踪移植的骨髓细胞:

（1）将雄性大鼠的骨髓移植到受致死量照射的同系雌鼠体内后,用DNA探针检测Y染色体的sry区来分辨受体肝脏中供体来源的细胞;

（2）将二肽基肽酶Ⅳ阳性（DPPIV+）的雄性大鼠的骨髓移植到DPPIV-的同系雌鼠体内,检测受体肝内表达DPPIV的细胞;

（3）将表达L21-6抗原的Lewis大鼠作为受体,不表达该抗原的同种异体Brown-Norway大鼠作为供体进行全肝移植,检测移植肝中L21-6+细胞.通过以上三种途径证实肝卵圆细胞的骨髓源性.Theiseetal[34]对没有急性肝衰的情况下,同种异性小鼠间进行骨髓移植,移植后2-6mo,用白蛋白mRNA和Y染色体的双FISH证实,在移植存活的小鼠肝脏中有来源于骨髓的成熟肝细胞,比例大约为2%.进一步的试验分选出骨髓中CD34+Lin-的细胞具有相同潜能.Theiseetal[36]对临床移植男性骨髓的女性患者和移植女性肝脏的男性患者的肝脏标本进行研究发现:

约4-43%的肝细胞和4-38%的胆管细胞来源于骨髓干细胞的横向分化,而这种细胞的转化量有随肝脏损伤的程度和时间的增加而增加的倾向.Alisonetal[35]用同样的方法证实骨髓源性的干细胞可以转化为肝细胞,尽管转化的细胞只有0.5-2%.Lagasseetal[37]的研究发现,Ⅰ型酪氨酸血症的模型大鼠经过纯化的造血干细胞（hematopoieticstemcell,HSC）移植,其肝脏生化功能有不同程度的恢复,病情也基本得到缓解.Krauseetal[39]通过静脉输注单个造血干细胞后,发现它除了可以分化为皮肤、肺、肾、小肠等上皮细胞外,也能分化为肝脏实质细胞.4.2体外试验日本学者Ohetal[52]最早在体外对骨髓干细胞转化为肝细胞进研究.他们建立已HGF为主的诱导体系研究,对骨髓细胞进行体外诱导3wk,研究中发现了表达AFPmRNA,ALBmRNA的细胞,CK8mRNA及CK18mRNA的肝细胞样细胞,同时他们通过RT-PCR检测发现大鼠骨髓细胞中存在表达AFP和c-met的细胞,故认为骨髓中可能包含一些表达AFP的肝脏组细胞,这些细胞在HGF的诱导下可转化为肝细胞.但是这群细胞仅表达的是部分肝细胞的标记物,因此只能说为肝细胞样细胞.后来,他们进一步对诱导体系进行改进,以HGM为培养体系,加入HGF和EGF作为诱导因子,在试验过程中发现了肝细胞形态样细胞的出现,而且在RNA水平检测到成熟肝细胞标记物TO和TAT的表达[62],从结果看,表达成熟肝细胞标记物的那类细胞可以认为是肝细胞.Avitaletal[63]用磁分选仪从人和大鼠的骨髓中分离出一种Thy-1+/β2m-的干细胞,命名为骨髓来源的肝脏干细胞,将其在体外培养,7d后可以转化NH3为尿素,并有肝细胞的特异性标志-白蛋白及CAM5.2的表达,以及白蛋白C/EBPα及HNF-1mRNA的表达,培养后的骨髓来源的肝脏干细胞通过透射电镜可观测到肝细胞所特有的超微结构,最重要的,研究发现这类细胞不仅具有肝细胞的形态特征,而且还具有肝细胞的部分合成和代谢功能.Verfailie研究小组在骨髓中筛选和培养出多能前体细胞,建立以FGF-4和HGF为主的诱导培养体系,发现获得的细胞不仅具有肝细胞的形态和超微结构,表达AFP,ALB,CK18等肝细胞标志,而且还具有合成糖原,尿素,蛋白多种肝细胞的功能[64].Fiegeletal[38]通过筛选的造血干细胞,建立HGF为主的诱导体系,研究中发现了表达CK19mRNA和ALBmRNA的细胞;

而Wangetal[50]同样以HGF为主建立诱导体系,对骨髓基质干细胞进行诱导,诱导后发现表达AFPmRNA和ALBmRNA的细