脐带组织来源的干细胞研究概览及临床应用前景 - 干细胞临床资料库干细胞之家



免疫细胞治疗专区	欢迎关注干细胞微信公众号

12 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 24 下一页

返回列表

查看: 344488\|回复: 239	go 脐带组织来源的干细胞研究概览及临床应用前景 [复制链接]

07292462

高级会员

Rank: 4

积分: 1215
威望: 1215
包包: 7446

积极份子优秀会员帅哥研究员小小研究员博览群书

楼主

发表于 2010-7-1 22:46 |只看该作者 |倒序浏览 |打印

脐带组织来源的干细胞研究概览及临床应用前景* D6 L3 u' I& l: L; H! ^
自1988年世界上首次成功应用脐血干细胞移植治疗一个患有范尼科贫血症的5岁男孩后，脐带组织来源的干细胞作为一个新的成体干细胞的替代组织来源受到了广泛关注。

一直以来，骨髓都是用作造血祖细胞组织来源的金标准，用于帮助接受了清髓处理的恶性或非恶性血液系统疾病的患者以重建造血系统，但随着研究与应用越来越多，骨髓来源的干细胞在临床使用的不足之处亦越发突显，如从采集到临床使用的过程耗时过长，并采集骨髓对供体本身的伤害，培养成本较高，较低的HLA配型成功率等。虽然说配型可以通过自体移植解决，但由于存在肿瘤再发的风险，这些患有恶性肿瘤的患者并不适合进行自体移植。另一方面，由于及时给予细胞对于疾病治疗非常关键，如缺血性脑损伤的治疗，自体骨髓干细胞的分离制备过程，无法同时达到供临床使用的干细胞cGMP的质量标准和临床应用及时性的双重要求，在临床治疗中则有可能会错过最佳治疗时机。这就要求我们寻找新的可替代骨髓的其他组织来源，通过分离制备为临床提供足够数量和质量的细胞，不仅能够克服上述缺点，并且能达到同等的治疗作用。
" D" p4 b3 b. E1 \; P* p5 K
新生儿脐带组织即是一个有效的骨髓组织的替代来源。研究发现，脐带组织中不仅含有丰富的脐血造血干细胞，还具有更多的干细胞类别，如内皮祖细胞、单个核细胞、间充质干细胞等多能干细胞系，并且这些脐带组织来源的干细胞相对于成体骨髓或外周血来源的干细胞更原始，端粒更长，活细胞数量更丰富，并且更容易获得。重要的是，这些来源于脐带组织的干细胞在具有多能性的同时，却不会产生如胎儿组织或者胚胎干细胞等类似的伦理争议[1,2]。而相对于成体骨髓组织来源的干细胞，脐带血来源的干细胞可利用不同的生长因子在体外进行培养和扩增。也正因此，近年来人们在认识到脐带组织来源的干细胞广阔的研究与临床应用价值后，世界上越来越多的国家开始着手建立相关的干细胞库，包括公共库及私人库，用以存储这些更幼稚、更多能的干细胞以备将来的临床与研究用途。7 y: u/ \$ N. v1 y  l( R
$ M3 N4 U- d: r* ]6 f; Q
Dong-Hyuk Park等就脐带血干细胞的特点及其在脑缺血中的应用，对近年来相关的研究进行了概述与摘要[3]，并为脐带血干细胞治疗缺血性脑病的临床研究与应用提出可借鉴的思路与方法。作者系统全面地为我们介绍了脐带血中不同类型干细胞的组织成份及其生物学特性。
+ R$ e  d# }+ [% o# l8 A8 w: I4 S
脐带血单个核细胞主要是由淋巴细胞与单核细胞构成。经电镜比较脐带血、外周血及骨髓来源的单个核细胞时发现，脐带血中的淋巴细胞更幼稚，免疫原性更低，并且可以分泌大量的抗炎性细胞因子IL-10，以刺激Tregs的表达，从而抑制免疫反应的启动。相对于外周血与骨髓，脐带血中的单核细胞更幼稚，较少表达HLA-DR，但含有较多的自然杀伤细胞，而自然杀伤细胞可抑制T细胞增殖并降低TNF-α的产生。其中的淋巴DC细胞也更为原始。脐带血干细胞的这些免疫学特性说明，脐带血干细胞移植后，会有较长的免疫豁免期，不容易引发GvHD和病毒感染。同时也降低了配型的要求，将有利于最佳治疗时机的把握。脐带血中亦含有少量的间充质干细胞（hUCB-MSC），当用神经生长培养液培养hUCB-MSC时，这些MSC会表达A2B5，神经纤维肽NF200等神经细胞表面抗原，及星形胶质细胞标记GFAP和神经祖细胞标记TuJ-1。研究还证明hUCB-MSC具有免疫调节作用。这提示我们，这些hUCB-MSC对于脐带血干细胞治疗神经系统疾病发挥着重要的治疗作用。
  v5 G; a! z- U, t8 k
虽然脐带血中含有较多的干细胞，但从临床应用的角度来看，从脐带血中分离出的干细胞数量仍是较少的，这就引发科学家们对“通过体外扩增以获得更多脐带血祖细胞数量”方法的研究兴趣。谈到干细胞体外扩增，其中亦存在许多的问题与挑战，如在扩增、传代的过程中如何保持干细胞端粒的长度及端粒酶的活性不受影响？如何选择脐带血中单个核细胞不同的亚群进行扩增，以更高效地解决临床问题？确定了需要扩增的干细胞亚群，如何选择与之匹配的培养液亦是关键，以及当细胞扩增后，我们如何鉴定这些扩增获得的细胞是我们所需要的活细胞？这篇文章的作者均给予了我们较多的提示与启发。8 d% D/ t) Y/ i! ^) M/ a; d
8 J6 h: F) @  Y8 b( p! i, S
虽然相对于胚胎干细胞来说，脐带血干细胞在通常的环境中处于相对静息的状态，但其固有的增殖与分化潜能可被特定的因子所激发，如用维甲酸加神经生长因子的培养液可诱导脐带血单个核细胞向神经干细胞分化，并表达相对应的表面标记。这提示我们脐带血单个核细胞中含有丰富的干细胞亚群，只要给予合适的培养环境，这些细胞具有向多个不同胚层细胞系进行分化的潜能。这也是脐带血干细胞具有广阔的临床应用前景的原因之所在。0 _. P+ X; T/ o; @# R" j$ @

当这些细胞进入到人体后，会发生什么呢？许多研究表明，脐带血细胞输到体内后，在体内生存的时间不会超过一个月，但这些移植细胞的消失似乎并不是由T细胞介导的免疫反应所致，而可能是输入的活细胞与受体微环境相互作用的结果。这提示我们，获得良好的临床疗效并不需要输入的脐带血细胞长期存在于体内，而是在于这些细胞可以短时间内修复免疫系统或者释放细胞因子修复受损细胞。2 ^4 x- P9 X9 a% e8 ~% D
; E, e1 z7 b0 }" T1 W- B
根据美国AHA统计委员会及中风统计分会的统计数据，中风为仅次于心脏病及肿瘤排在第3位的死亡原因，并且每年有近60万的新发病例，造成严重的社会负担及医疗成本的上升，目前针对缺血性中风较为有效的治疗方法为溶栓治疗，但溶栓治疗的有效治疗时间窗被严格限制在事件发生3小时内，加之其严格的适应症筛选及可能的严重副反应，仅有约29%的患者符合其治疗要求，这就使得临床医生不得不寻找更有效的替代治疗方法，而脐带血干细胞由于前述的特性与优势，使其成为一种创新性疗法而倍受关注。作者通过一系列的研究尝试着为我们回答了脐带血干细胞治疗脑缺血的相关临床问题：1、脐带血单个核细胞会受到损伤信号的趋化，优先向缺血局部迁移；2、关于最佳给细胞途径：在治疗脑缺血时，静脉输注较局部给细胞更为有效，并能带来比较长期的功能改善；3、最佳细胞数量：在脑缺血的动物模型中，静脉输注脐带血单个核细胞时，对于行为改善及神经元的保护存在剂量依赖关系，起始细胞剂量为106；4、最佳的治疗时间窗为缺血事件发生后48小时，这是由于脐带血单个核细胞的迁移能力在缺血后24h-72h最为活跃，并且其分泌相关细胞因子的能力在事件发生48h时最为旺盛。该文作者还探讨了脐带血单个核细胞治疗缺血性脑病的可能机制，主要是通过旁分泌作用发挥“旁观者效应”以减少受损神经细胞凋亡，刺激受损局部的血管新生及抗炎症反应。也有研究证明脐血干细胞具有刺激神经纤维重建的作用[4]。
5 t5 ?1 y7 t1 f! \" J( U: Z
如上所述，心脏病为危害人类健康的第1杀手，并且每年新增病例还在不断增加，这也激发了临床工作者不断探寻新的治疗方法，干细胞疗法亦是其中一种。Nathan Copeland等为我们就近几年的干细胞疗法在心脏病方面的研究进行回顾[5]，作者认为，虽然目前应用较多的细胞疗法为自体骨髓细胞治疗心脏病，但由于目前发生心脑血病事件的人多是老年人，而老年患者的自体骨髓细胞数量与质量均很难达到临床的治疗要求。故而要解决这些问题，临床迫切需要一种可供临床即时使用的足够数量与质量、但又具有免疫豁免特点的新的组织来源的干细胞，新生儿脐带血干细胞是符合上述要求的最优选择。文章回顾系列的相关研究，比较了来源于脐带组织的不同干细胞亚群，包括umbilical cord derived stem（UCDS），unrestricted somatic stem cells（USSC），mononuclear progenitor cells（MNCs），CD133+和CD34+细胞，在心肌梗塞后通过冠状动脉给细胞，单个核及CD34+这2个脐带血干细胞亚群通可以过血管新生及延缓左室重构有效地改善梗塞后的心脏功能。关于脐带血干细胞应用于心肌梗塞的可能作用机制，作者认为主要与几个方面有关：增加心肌灌注，减缓心肌重构，及通过减少炎症因子的表达以抑制炎症反应。作者还提到，由于单个核细胞的迁移能力在梗塞发生后的2-24小时最具活力，这对我们在制定心肌梗塞的临床治疗方案选择治疗时机极具参考价值。该文还就脐带血干细胞在脑血管疾病的研究进展进行了摘要性回顾与总结，认为脐带血干细胞在脑血管疾病的临床应用上亦具有良好的前景。9 A% K7 `, ^' [: ^3 B7 P

进行性光感受器退化是发达国家中导致失明的主要原因，通常由遗传所致，也可有其他不明致病因素导致发病，包括老年性的黄斑退化、色素性视网膜炎等。目前尚无可行的治疗方法。美国的Raymond等为我们提出了一个新的，安全有效的疗法[6]——干细胞疗法来治疗这种现代医学的难治之症。作者采用Royal College of Surgeon(RCS)老鼠模拟了人的进行性光感受器退化，采用视网膜下间隙注射的细胞输注途径，比较了4种人不同组织来源的细胞，对患者视网膜电反应、空间视敏度、亮度阈值的影响。研究组采用的细胞来源分别为：人脐带组织细胞（hUTC），人胎盘来源的细胞（hPTC），人骨髓间充质干细胞（hMSC）；人皮肤纤维细胞（hADF）和空白培养液分别作为对照组。研究表明，hUTC和hMSC两类细胞均可显著性地减缓视觉功能性的退化，但hPTC及对照组则没有这种疗效。从解剖学来看，hUTC对光感受器的保护作用较hMSC效果更好。作者还通过进一步的研究为我们揭示了hUTC的作用途径，主要是通过分泌2种与改善视觉功能的细胞因子有关，这2种细胞因子为IL-6和BDNF，并且这种作用是通过分散的细胞因子远距离（at a distance）完成的，而不需要细胞与细胞的直接接触（cell-to-cell contact）。该研究再次验证了hUTC较hMSC的优越性：同一供体来源的脐带组织细胞可在体外扩增40代，细胞数量可达1×1017，且保持核型稳定；但骨髓来源的MSC仅只能扩增8代，且获得的细胞数量较少。因此该研究小组积极乐观地认为，脐带组织来源的细胞是一种安全、有效的视网膜退行性病变的治疗方法。5 e/ D$ Y$ K. V) |! T, A

急性肾损伤是临床中较为常见的并发症，并且死亡率较高，常由缺血/再灌注损伤导致，并会进行性发展为肾小管坏死。为了寻求一种新的疗法以有效处理这种复杂病症，中国江苏大学的许文荣小组为我们证实了人脐带来源的间充质干细胞（UC-MSC）在缺血/再灌注损伤致急性肾损伤老鼠的治疗作用[7]。研究发现，UC-MSC可以在受损肾脏局部定植，促进肾细胞增殖，并且抑制受损细胞的调亡及减轻炎症反应。该小组还通过对相关生化指标的检测进一步证实了UC-MSC在缺血/再灌注所致急性肾衰的临床疗效，UC-MSC显著性地改善了血清肌酐和尿素氮水平，并低表达一些与炎症相关的细胞因子，如IL-1β，TNF-α和IL-6等。作者认为UC-MSC主要是通过旁分泌作用促进损伤局部组织的修复，减少细胞调亡及炎症浸润来实现临床治疗作用的。' E2 \' c$ e! g5 m1 e

干细胞疗法的临床应用方面，中国的科学家开展了许多开拓性的工作，尤其是脐带间充质干细胞在自身免疫系统疾病和神经退行性疾病等“难治之症”方面的应用性研究，获得了令人欣慰的临床疗效。中国江苏南京鼓楼医院的孙凌云教授近日在国际学术期刊Arthritis & Rheumatism上发布了该研究小组应用人脐带来源的间充质干细胞治疗严重、难治性系统性红斑狼疮（SLE）的临床研究结果[8]，我们全文翻译了该研究报告。孙教授的小组自2007年4月至2009年7月，总计收治16例严重、难治性SLE患者，经静脉输注人脐带间充质干细胞治疗，平均随访15个月。研究结果显示，患者SLEDAI评分及临床症状均获得显著性改善，并且这些临床疗效通过检查相关生化指标获得进一步确认，如血清ANA水平，anti-ds DNA抗体，血清白蛋白，补体C3，及肾功能等。该小组从分子水平进行了可能的机制探讨，患者外周血中Tregs细胞水平上升，并且Th1及Th2处于平衡态势。所有入组患者的临床疗效得到持续，至文章发表时未有患者复发，或发生与治疗相关的死亡。提示脐带间充质干细胞在自身免疫性疾病方面的良好应用前景。该研究在刊发后，Reuters Health即以《Umbilical cord mesenchymal stem cell transplant shows promise for SLE》（脐带间充质干细胞治疗给SLE患者带来希望）的标题新闻对研究结果进行了肯定性的报导。+ e* ^7 o7 F& {
* E/ h/ j3 Z# m! N! S% C+ S
中国沈阳463医院的杨晓凤教授亦应用间充质干细胞在另一种现代医学难治性疾病——进行性肌营养不良方面进行了开拓性的研究工作[9]。应用干细胞双移植治疗进行性肌营养不良，自体骨髓间充质干细胞+人脐带血间充质干细胞，采用四肢肌肉内注射和静脉输注方式进行治疗，获得良好的临床疗效，患者的运动功能及肌力获得较好的改善。9 I* h) Z0 u. E) ?6 L+ y

前述的系列研究与综述均提示我们，干细胞疗法有效性的关键为临床治疗最佳时间窗的把控，足够临床治疗细胞数量的获得，以及最佳的干细胞类型选择。那就要求我们有足够数量的、丰富的干细胞类别以备临床治疗的不时之需。针对于此，巴西圣保罗大学的Mariane小组[10]通过专项研究向我们证明了脐带中含有更丰富、更原始的多能间充质干细胞，同时也为我们进一步阐述了储存脐带组织来源的干细胞（包括脐血造血干细胞和脐带间充质干细胞）对干细胞疗法临床转换及再生医学发展的重要意义。' ^- G) ^" M* G

通常一种有效的干细胞疗法要从实验室走向临床，高效的临床转换，有几个关键的问题需要克服：1、有效性，也就是所应用的干细胞具有改善受损组织的功能；2、干细胞来源明确，容易获得（微创或无创的方法）及组织来源没有伦理争议，其数量可以满足临床治疗要求；3、可控性，这些干细胞具有标志性的表面抗原或标记以便鉴定，即便是经过传代后其核型保持稳定；4、安全性，具有免疫豁免特性的干细胞，异体移植后机体不发生严重的排斥反应和恶性改变。综上所述，目前，脐带组织来源的干细胞无疑就是这样一个相对“万事俱备”的干细胞类型。9 e+ H" Z0 V+ j! L% f* Z' j% T+ R7 b

相关学术论文：+ D  f- b$ T# B
+ I2 O8 F+ }- ?3 U
1  Daar, A. S.; Bhatt, A.; Court, E.; Singer, P. A. Stem cell research and transplantation: Science leading ethics. Transplant. Proc. 36(8):2504–2506; 2004.
2  Henon, P. R. Human embryonic or adult stem cells: an overview on ethics and perspectives for tissue engineering. Adv. Exp. Med. Biol. 534:27–45; 2003.
3  Dong-Hyuk Park,Cesar V. Borlongan, Alison E. Willing, et al. Human Umbilical Cord Blood Cell Grafts for Brain Ischemia. Cell Transplantation, Vol. 18, pp. 985–998, 2009.0 x2 n! R# c0 Q: X# g8 g  b
4  Cord Blood Stem Cells: A Review of Potential Neurological Applications，Stem Cell Rev.  4:269–274; 2008.
5  Nathan Copeland, David Harris and Mohamed A Gaballa.Human umbilical cord blood stem cells, myocardial infarction and stroke. Clinical Medicine, Vol 9, No 4: 342–5; 2009.
6  Raymond D. Lund, Shaomei Wang, Bin Lu, et al. Cells Isolated from Umbilical Cord Tissue Rescue Photoreceptors and Visual Functions in a Rodent Model of Retinal Disease. STEM CELLS. 25:602–611; 2007.
7  Huiling Cao, Hui Qian ,Wenrong Xu, et al. Mesenchymal stem cells derived from human umbilical cord ameliorate ischemia/reperfusion-induced acute renal failure in rats.Biotechnol Lett. 32:725–732; 2010.
8  Sun L, Wang D, Liang J, et al. Umbilical cord mesenchymal stem cell transplantation in severe and refractory systemic lupus erythematosus. Arthritis Rheum. 2010 May 6. [Epub ahead of print].9 z2 X) R8 U& J  t' N: H# N( ?

/ H: f7 H+ i, [6 `1 N( v- h" z' R
9  杨晓凤，许忆峰，张轶斌，等.骨髓和脐血间充质干细胞改善肌营养不良患者肌力的临床观察. 中华医学杂志. 89(36):2552-6; 2009.  L/ f% G9 J0 E# Z' @# H7 `7 v0 D

10 Mariane Secco, Eer Zucconi, Natassia M. Viefra, et al. Multipotent Stem Cells from Umbilical Cord: Cord Is Richer than Blood. STEM CELLS. 26: 146–150; 2008.