骨髓间充质干细胞多向分化的研究 - 国内文献区干细胞之家



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发表于 2009-3-3 12:02 |只看该作者 |倒序浏览 |打印

作者：洪波作者单位：浙江中医药大学，浙江杭州 310000


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      【摘要】  干细胞是体内存在的一类特殊细胞，既能自我更新又能多向分化。骨髓间充质干细胞作为干细胞中的一种，可分化成多种具有特定功能的细胞，并且证实其可分化为多种组织细胞参与组织损伤的再生和修复。 / s$ D9 g( ?1 }! \8 Z* f
      【关键词】骨髓细胞间质干细胞细胞分化
   　骨髓干细胞作为干细胞的一种，具有很强的多向分化潜能。骨髓干细胞分造血干细胞和间充质干细胞。造血干细胞主要分化为红细胞,白细胞,血小板；骨髓间充质干细胞（Bone mesenchymal stem cells, BMSCs）是一种存在于骨髓中的非造血干细胞，被认为参与构成造血的微环境［1］,BMSCs可以分化出动物体内各种各样具有特定功能的细胞。! h1 U0 `! a$ C6 W

　　1BMSCs的生物学特性3 y- J6 e! Q5 d/ A1 _( M" s4 t! c
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　　1.1分化潜能多向分化潜能被认为是BMSCs的最重要的生物学特性。在特定的环境下可以分化成软骨细胞、成骨细胞、成纤维细胞、脂肪细胞、心肌细胞、肝细胞、神经元及星形胶质细胞等［1］。6 y# {! A* E& Y) \- M1 z$ v' s
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　　1.2增殖能力BMSCs大多数处于G0/G1 期,具有很强的增殖能力。经过多次传代其增殖能力有所下降,传至20代后BMSCs中一部分细胞开始出现凋亡特征,40几代后细胞开始变大变扁平,直至降解。

　　1.3表面标记BMSCs具有独特的表征, 即CD29、CD44、CD166阳性、CD34、CD45阴性。表面抗原有SH2、SH3、SH4、CD29 、CD48、CD54、HLAABC；细胞因子或生长因子受体有IL1R、IL3R、TGFⅡβ、bFGFR、EGFR。

　　2BMSCs的诱导分化潜能
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　　2.1BMSCs向神经细胞的分化在体外培养基中加入抗氧化剂或者生长因子可以诱导分化。加入含黄芪的无血清DMEM进行体外诱导分化，经黄芪诱导后BMSCs形态发生改变, 并且表现出神经元或胶质样细胞的阳性物质如：nestin、NSE和GFAP等［2］。Imaizumi［3］对股动脉隐神经切断和血管结扎的大鼠模型进行分组实验：（1）将绿色荧光蛋白标记的BMSCs包被在股骨损伤处；（2）包被碱性成纤维细胞2；（3）两者联合应用。1周后联合组的血流量和神经传导速度呈正相关，并且创面显著改善，再生神经元的标志物GAP43、S100显著表达。2周后神经传导速度恢复到70%。6 m8 ^, N# Y7 Y3 e$ \7 s) a

　　2.2BMSCs向心肌细胞的分化对于BMSCs向心肌细胞的分化近年来有新的发现。Ryota［4］把冠状动脉结扎的小鼠随机分组,左心室分别注入：DMEM、BMSCs、处理后的BMSCs，第4 dBMSCs和处理后的BMSCs组发现在梗死的区域内BMSCs阳性，并且经处理的BMSCs组凋亡的心肌细胞明显减少。4周后经处理的BMSCs组左室体积减小，射血分数增加，梗死面积减少。同样Matthias［5］在梗死模型的小鼠尾静脉分别注入含GFP标记的BMSCs和PBS缓冲液，24 h/72 h后取出心脏分析心肌细胞，在梗死部位广泛存在GFP标记的BMSCs，并且梗死范围缩小。

　　2.3BMSCs向胰岛细胞的分化对于糖尿病患者来说，如果有更好的方法使得胰腺功能得到恢复，这将给患者带来极大的益处。Ⅰ型糖尿病动物模型用新鲜错配的BMSCs和同系异体的BMSCs注射到亚致死量照射的糖尿病小鼠，观察到小鼠的血清血糖、胰岛素浓度迅速恢复到正常水平［6］。Hess等［7］和Mathew等［8］均用实验证实骨髓源性干细胞能促进胰腺再生,在胰腺B细胞受损时, 其相应部位出现荧光标记的骨髓源性内皮细胞的聚集。研究表明,BMSCs体外培养条件下可以转分化为胰岛素阳性细胞, 从而使BMSCs移植治疗糖尿病成为可能［911］。

　　2.4BMSCs向成骨细胞的分化BMSCs为条件成骨细胞,10 nM地塞米松、10 nM β甘油磷酸钠和284 nM维生素C的培养基是BMSCs向成骨细胞分化和体外成骨的必要条件；4～6周后可以向成骨细胞方向分化。BMSCs不仅可以在体外一定的条件下分化为成骨细胞,且其黏附于一定的载体在体内也可以分化为成骨细胞,可应用于骨缺损。Yang等［12］发现BMSCs可在一种新型的含生物活性玻璃的聚合物上较好地生长并有新骨生成。Saleh［13］研究在股骨损伤的小鼠模型中，右侧股骨注入克隆的BMSCs，左侧股骨作为对照，2周后细胞迁徙到骨损伤部位，组织学分析显示，新形成的骨组织中可表达BMSCs相关基因，4周后骨缺损部位被BMSCs填充，在6周后骨缺损部位表现出愈合。
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　　2.5BMSCs向脂肪细胞的分化BMSCs在含10%胎牛血清的DMEM、1 μL地塞米松和5 μL/mL胰岛素的分化基中培养2～4周，每3 d换液1次，在倒置显微镜下很容易辨认到脂肪细胞［14］。有报告［15］应用N2培养基的成脂率在不同实验组之间波动较大,从5%～50%不等。细胞在地塞米松、胰岛素诱导培养18 d 后,在倒置显微镜下可见细胞内有脂肪滴出现,而且随着培养时间延长,脂肪滴逐渐增大可充满整个细胞,当加入苏丹黑染液在显微镜下观察,细胞内橘红色脂肪颗粒形成。近年来,IS、IBMX和ID等被发现均可作为刺激BMSCs向脂肪细胞分化的诱导剂，而Dex、IBMX、胰岛素、吲哚美辛联合诱导方法成脂率较高,原因可能是几种诱导剂共同激活了脂肪细胞分化的多种特异性基因的表达。
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　　2.6BMSCs向肾脏细胞的分化BMSCs在一定条件下可以转分化为肾小管上皮细胞，从而促进肾小管损伤的修复。Marina Morigi等［16］研究了BMSCs对急性肾衰竭时肾实质细胞的修复及肾功能恢复上的意义。利用抗癌药物顺铂建立肾损伤模型,将顺铂治疗基因雄性小鼠BMSCs注射到顺铂引起肾功能缺陷和严重肾小管损伤的雌性小鼠，结果发现含有Y染色体的细胞定位在肾小管上皮层并表达Lensculinaris凝血素结合位点,证明移植BMSCs可以修复受损肾脏并可分化为肾小管上皮细胞,从而恢复肾脏的组织结构和功能。

　　3问题与展望

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　　BMSCs具有广阔的应用前景,但还有许多问题有待解决，如BMSCs的定向分化机制；BMSCs定向分化微环境的操控，以及如何在生物体应用等。故需要进一步深入开展BMSCs的基础研究,建立体外扩增和向不同细胞定向诱导分化体系,而最重要的是研究克隆形成具有完整功能的定向细胞，同时尽可能的把实验研究同临床相结合，为疾病的治疗提供新途径。3 u: @& K9 G9 c  Z4 F
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      【参考文献】
　［1］Yukari Mugurma,Takashi Yahata.Reconstitution of the functional human hematopoietic microenvironment derivel from human mesenchymal stem cells in the murine bone marrow compartment.Blood,2006,107:18781887.% h  |/ e" G: b# S" }' p
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　　［2］王    勇,陆长青,王    凡.黄芪诱导大鼠骨髓间充质干细胞分化为神经样细胞的研究［J］.四川解剖学杂志,2006,14(1):20.) p$ b) M% U$ M# g& H
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　　［4］Ryota Uemura,Meifeng XU.Bone marrow stem cells prevent left ventricular remodeing of ischenic heart trough paracrine signaling［J］.Criculation Research,2006,98:1414.
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　　［5］Matthias Lutz,Mark Posenberg.Local injection of stem cell factor(SCF)improves myocardial homing of systemically delivered CKIT bone marrowderived stem cells［J］.Cardiovascular Research,2008,77(1):143150.+ [5 }. c4 R) @" z
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　　［13］Khaled J.Saleh,Quan Jun Ming.Use of genetically engineered bonemarrow stem cells to treat femoral defects:an experimental study［J］.Bone Joint Surg.Am.,2006,88:167172.

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　　［15］杨立业,惠国桢,刘相名,等.骨髓间充质细胞外源基因的表达和向脂肪细胞的分化［J］.实用临床医药杂志,2003,7(3):205207./ z+ _1 v. B! a3 A
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　　［16］Marina Morigi,Barbara Imberti.Mesenchymal stem cells are renotropic,helping to repair the kidney and improve function in acute renal failure［J］.J Am Soc Nephrol,2004,(15):17941804.

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