成体干细胞的研究进展及设想 - 国内文献区干细胞之家



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发表于 2009-3-3 12:17 |只看该作者 |倒序浏览 |打印

作者：曹泓作者单位：518028 广东深圳市人民医院妇产科
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      【关键词】成体干细胞胚胎干细胞多潜能成体干细胞子宫胎盘  z: N( I! r0 Z' L. F! H
   干细胞可体外分离，扩增和冷冻保存，在适当条件下可被诱导分化为不同的细胞和组织。这为探讨胚胎发生、组织细胞分化、基因表达调控等发育生物学问题提供了理想的模型系统，同时也为临床组织缺陷性疾病、肿瘤和遗传性疾病的细胞治疗和基因治疗开拓了新的治疗手段[1]。在人的发生发育过程中，胚胎和成年组织中可能存在着具有多向分化潜能的干细胞。本文提出子宫和/或胎盘可能存在原始成体干细胞MAPC。如果实验证实，将为成体干细胞找到新的来源。2 I8 L! z( F6 E5 r- T2 G
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1成体干细胞与胚胎干细胞的比较  |2 w4 A2 q6 N' H) R
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目前，干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类[2]。胚胎干细胞（embryonic stem cells）是来源于人或动物胚胎内细胞团或原始生殖嵴的一种多能细胞系。胚胎干细胞几乎可以向所有的成年组织分化，但人的胚胎细胞受到伦理学问题和取材困难等因素的限制。对胚胎干细胞的研究主要是通过动物实验进行的，而成体干细胞（adult stem cells）存在于胎儿和成人各种组织及器官中，来源广泛，而且不涉及伦理问题。虽然胚胎干细胞更具有全能性，理论上可生成任何组织, 容易分化为一些组织如心脏等, 但胚胎干细胞诱导分化的细胞和组织若用于病人的细胞和组织替代性治疗，相当于异体移植，存在免疫排斥的问题，而且胚胎干细胞能否分化为肿瘤样的组织，尚是个未知数。成体干细胞可取自于病人的自身组织如骨髓和外周血等，定向诱导分化后移植回给病人，不存在免疫排斥的问题[2]。因此，成体干细胞在临床应用方面可能有更广阔的前景。
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2成体干细胞的分类
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成体干细胞可能存在于各种组织和器官中，平时处于静止状态，或分裂很慢，在损伤或血小板活化，释出组织生长因子的作用下被激活，取代失去生理活性的细胞或通过修复损伤来维持组织内环境的稳定。目前发现的成体干细胞主要有造血干细胞、间充质干细胞和神经干细胞。另外还有肝脏干细胞、皮肤干细胞和肠上皮干细胞等[2]。在胚胎发育过程造血干细胞（Hematopoietic stem cells ，HSC）在胚胎的早期就已出现，源于主动脉旁胚脏壁（Paraaorticsplanchnopleure）和主动脉性腺中肾（aortagonadmesonephros，AGM）区，逐步迁移到卵黄囊、肝脏、脾脏及骨髓。随着造血生长因子的不断出现，造血干细胞在不同的细胞因子作用下能够在体外扩增和向红系、粒系、巨核系等不同血细胞定向分化[37]。我们在造血干细胞向巨核细胞诱导分化及细胞和分子调控方面也做了不少工作[37]。然而造血干细胞在体外自身扩增的实验研究结果尚未令人满意，可能与还未找到理想的干细胞生长因子有关。我们应用PDGF体外扩增CD34＋造血干细胞和CD41＋的巨核细胞取得较为满意的结果[47]。因此，PDGF在造血干细胞的体外扩增有重要的作用。8 |( r+ T; v: z1 X' d3 P; o
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间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSC）: 成人的间充质干细胞主要来源于骨髓，是具有多向分化潜能的成体干细胞。骨髓间充质干细胞是体外培养的骨髓基质细胞（Stromal cells）群体中的一类细胞，不表达造血干细胞表面抗原CD34、CD14及白细胞表面抗原CD45。骨髓间充质干细胞表达SH2、SH3、CD29、CD106和CD166等表面抗原。PDGF作为结缔组织生长因子，对体外间充质干细胞生长有理想的促进作用[7]。在合适的条件下，间充质干细胞容易诱导分化为间充质组织细胞如成骨细胞和其他结缔组织细胞。间充质干细胞也可分化为神经细胞、肝细胞及肌肉细胞[2]。
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神经干细胞（Neural Stem Cells，NSC）: 神经干细胞也是一类重要的成体干细胞，分布于成人及胚胎的中枢及周围神经系统[2]。在生长因子、神经递质、激素及损伤、环境因素改变的刺激下，可分化为不同类型的神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。神经干细胞也是具有多向分化潜能的成体干细胞，有报道认为神经外胚层来源的神经干细胞能分化为中胚层来源的细胞如肌细胞等[2]。亦有研究发现神经干细胞可分化为造血细胞[2]。但是上述研究结果还存在争议，需要更多的证据去阐明。  \' Y9 k( ^2 w$ M1 m

3成体干细胞的“横向分化”

已发表的一系列研究报告表明：以前的有关成体干细胞的组织特异性的教条观点可能并不正确。假定组织特异性干细胞具有可变成与其来源组织不同类型细胞的能力，该能力即为成体干细胞的可塑性。这些研究报道已经引起了科学界的极大兴趣。当然，这些研究也遭遇到明显的质疑，其原因是: 大部分的研究仍有待进一步求证；明显的种系转换现象以低频率出现；大部分的研究尚不能证实可塑性是单一种系干细胞分化为一种以上的有功能特征的种系细胞的结果；也许首先是因为这样的种系转换违背了已建立的生物进化和干细胞的原则。一般认为，成体干细胞是一类具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，有横向分化（Transdifferentiation）能力，在适当的诱导条件下，可诱导分化为神经细胞、心肌细胞、胰岛细胞、成骨细胞及造血细胞。支持横向分化依据有骨髓干细胞可分化为骨骼肌细胞[8, 9] , 部分造血干细胞可分化为肝细胞[10], 骨髓可生成神经元[11,12] 。但是近来横向分化理论有证据支持，也有一些实验反对: 无证据支持造血干细胞可变成神经元[13]和造血干细胞不能分化为多种非造血细胞[14]。另外有人提出细胞融合（Cell fusion）是干细胞横向分化的另一个机理[15]。1 y' D2 |& w: Y* K& ]5 A" ~& H8 e
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4多向分化潜能的成体干细胞MAPC/ H2 x+ y  f: h- M% k9 l
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究竟胎儿和成体有无存在具有多向分化潜能的原始干细胞。我们认为在人体发育过程中确实残留着具有多向分化能力的原始干细胞群体，并储存在某些组织器官中，应需要参与组织细胞的再生与修复，以维持人体发育和新陈代谢的平衡。最近，美国明尼苏达大学干细胞研究所Jiang等提供强有力的证据阐明成体骨髓中确实存在具有多向分化潜能的成体干细胞，称之为MAPC（Multipotent Adult Progenitor Cells）[16]。MAPC能在体外生长多达120代，并可分化为神经细胞[17]，肝细胞[18]及肌肉细胞[19]。MAPC已经在成体骨髓、肌肉及脑组织中分离纯化并建株。不同来源的细胞有相同的生物学特性，而且有分化为神经、肝脏和内皮细胞的潜能[20]。全能性的胚胎干细胞在分子水平上具有的特征是有Oct4和Rex1 转录因子，这些转录因子对那些未分化的细胞具有高度的特异性。Oct4对维持胚胎干细胞未分化的表型是必要的，它在决定早期胚胎发育和分化中发挥主要作用。成年动物体内只能在生殖细胞中发现Oct4。 Rex1与Oct4一起为维持胚胎干细胞的未分化状态发挥作用。MAPC能表达Oct4与Rex1，尽管与胚胎干细胞相比处于明显的较低水平状态，除MAPC外，已证实没有成体细胞具有这些特征。Jiang等报道将MAPC注射到胚泡中，生成的动物其嵌合体水平达到45%[16]。由于这些动物表现正常，可推测的原因之一是MAPC能产生有功能的后代。此外，在体外进行的几个实验已经证明那些明显转换了种系的细胞不但获得了新细胞的表型，也具有新细胞的功能特征。例如，源自骨髓的MAPC分化成的细胞不仅具有肝细胞的形态学和表型特征，还具有肝细胞的功能特点，如可分泌白蛋白、尿素以及苯巴比妥诱导的细胞色素p450[18]。但是，女性生殖器官如子宫，以及胎儿附属物胎盘是否存在MAPC尚未被研究。另外，纯化的MAPC能否分化为胰岛细胞和造血细胞也未见报道。8 {9 {* ]$ X8 u& C; k/ F" f1 F! r

5成体干细胞MAPC研究的设想

成体干细胞MAPC是目前干细胞研究的热点和前沿课题，由于没有胚胎干细胞的限制，有非常重要的临床价值[2]。基于子宫、胎盘的生理学特性，我们设想：（1）子宫和胎盘是否象成人骨髓一样存在原始成体干细胞MAPC；（2）纯化后的源于子宫和胎盘的MAPC能否分化为神经、肝脏、和内皮细胞。如果实验证实我们的假设，将是国际上首次证明子宫和/或胎盘存在原始成体干细胞MAPC。可重新认识成体干细胞的分布以及子宫、胎盘的生理学意义。成体干细胞可能较胚胎干细胞具有更大的临床用途。胎盘及手术切除的子宫如能证明可作为成体干细胞的新来源，可收集起来，提取和纯化原始成体干细胞，冷冻贮存，建立成体干细胞库，可解决成体干细胞的来源问题，社会及经济价值不可估量。同时，纯化的成体干细胞也可诱导分化为治疗所需的不同细胞如神经、肝脏、肌肉等，以满足临床需求。7 Q: n+ O, [! C* X
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