骨髓基质干细胞及其应用的研究进展(一)

1、骨髓基质干细胞及其应用的研究进展(一)    【摘 要】 骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)，又称骨髓基质干细胞，是骨髓中非造血实质细胞的干细胞，具有高度的自我复制能力和多向分化潜能，可分化成多种细胞。 【关键词】 骨髓 干细胞 骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)，又称骨髓基质干细胞，是骨髓中非造血实质细胞的干细胞，具有高度的自我复制能力和多向分化潜能，可分化成多种细胞。近来研究表明它可以向三个胚层的多种组织分化，如来源于外胚层的神经元、神经胶质细胞等，MSCs移植为脑缺血患

2、者开辟了一种新的治疗方法。本文对MSCs移植治疗脑缺血的研究综述。 1 骨髓基质细胞的生物学特性 1.1 目前发现至少存在3种形态的MSCs。Colter等从培养的人骨髓细胞中分离出MSCs后，发现来自单细胞的克隆中除了含有小的梭形和大的扁平MSCs外，还有一种非常小的圆形细胞，这种小圆形细胞有更强的折光性，它们比大的MSCs能更快分裂、增殖，并且有更强的多向分化潜能，当将MSCs放在不同的微环境内时，它们可相应地分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞或成肌细胞等1-3。MSCs具有多向分化的潜能，MSCs经静脉途径或局部注射移植到不同的组织时，MSCs即可在相应的组织内分化形成该类组织细胞3，4

3、。 1.2 MSCs的易粘附、易贴壁生长，易增殖特性使得它们经过数次换液和传代后得到分离、纯化3。 2 骨髓基质细胞在体外诱导分化为神经元和胶质细胞 最近研究发现，在特定的实验条件下可将人、大鼠及小鼠等的MSCs在体外诱导分化为神经元样和胶质细胞样细胞，Sanchoz Ramos等发现，表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)或脑源性营养因子(brain-derived neuotrofic factor，BDNF)可诱导人及小鼠的少数MSCs分化为神经元样及胶质细胞样细胞，它们表达神经前体细胞的标志物巢素蛋白(nestin)及其RNA、神经元标记物神经元特异性核

4、蛋白(neuron specific nuclear protein，NeuN)、星形胶质细胞标记物胶质原纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)。将人或小鼠的MSCs与胚胎大鼠中脑或纹状体神经元共培养时，部分MSCs分化为NeuN阳性的神经元样细胞及GFAP阳性的星形胶质细胞样细胞，因此，除了可能通过营养因子和细胞因子传递信号外，细胞与细胞的直接接触还可能在MSCs的分化中发挥重要作用5。 3 MSCS移植治疗局灶性脑缺血的可行性及原理 3.1 供体与受体 MSCs移植治疗脑缺血多为同种异体移植，如Brazelton等6采用的供体鼠为成熟转基因

5、大鼠，鼠龄810w，受体鼠为致死量放疗后的相同鼠龄的大鼠，移植的为新鲜未经培养的MSCs。有些学者将供体鼠化疗(5-氟尿嘧啶，150mg/kg，腹部注射) 2d后取其骨髓进行体外培养3代，移植前72h加BrdU进行标记，受体鼠亦为相同鼠龄相同体重的同种鼠7。Zhao等8的研究中，hMSCs来自于1035岁的健康志愿者，hMSCs转染了增强的绿色荧光蛋白基因，经26代培养后移植入成熟雄鼠体重(230250g)，结果未出现免疫排斥反应，说明MSCs具有相当大的免疫反应调节能力。上述研究中，或是供体经化疗或是受体经放疗或是MSCs经多次传代培养以降低免疫活性，从而减少移植物抗宿主反应的发生。 3.2

6、 MSCs在脑内有迁移能力 Kopen等将小鼠MSCs注入新生小鼠侧脑室后12d，发现MSCs已迁移至前脑、小脑，而且不破坏脑组织结构，其迁移方式与出生后早期的神经发育过程相同，提示MSCs的行为类似神经前体细胞9。 3.3 目前MSCs移植治疗局灶性脑缺血的途径有3种：脑立体定向移植，经颈内动脉注射移植及经静脉注射移植 脑立体定向移植：根据缺血损伤的部位采用脑立体定向术，将一定体积适当数量的MSCs直接注射到缺血损伤部位。该方法的缺点是：(1)对脑组织产生一定程度的损伤；(2)移植物的数量受一定程度的限制；(3)不便多次多靶点注射10。颈内动脉注射移植：可将MSCs直接经缺血侧颈内动脉注入，

7、该方法与立体定向法相比有以下优点：(1)移植的MSCs可广泛分布于缺血半暗带区；(2)创伤较小；(3)可允许较多数量、较大体积的移植物输入；(4)有更多的BrdU阳性细胞在缺血区存活，缺点是：需要一定的技术条件，经静脉注射移植简便、安全、快捷、有效，一次可输入较多数量的MSCs，而且进入脑内的MSCs分布在缺血坏死灶及其周边区较大的范围内。经静脉或动脉注射较脑局部注射优越，因MSCs随血液循环分布更广，除大部分集聚于靶点梗死区周边的半暗带区外，对侧镜区也有少量分布。移植后MSCs存活和分化需要各种细胞因子的营养、微环境的平衡及一定的血液供应，因此，最适合注射部位应在梗死区周边的半暗带区。 3.

8、4 移植的时间 动物研究从脑梗死模型建立后1天到1月移植均有，有关不同移植时间对神经的增生、细胞分化、整合及神经功能恢复的影响的研究还较少。急性期时兴奋毒性神经基质、自由基等的释放对新生组织造成损害。考虑到脑梗死的自然恢复过程，有些学者在脑梗死后数月进行移植，疤痕组织的形成可能会影响移植物的生长。 3.5 MSCs可参与正常的基质代谢，修复细胞外基质，促进神经元细胞的增殖、分化和迁移，参与中枢神经系统损伤的修复。 由于严重缺血或细胞因子的刺激，基质祖细胞可以沿内皮祖细胞伸展并聚集，因而有助于血管新生和(或)损伤愈合，Chen等发现，MSCs移植后14d，BrdU标记的MSCs可能与内皮祖细胞一

9、样发挥作用，促进缺血组织的血管再生和损伤神经组织的修复。 3.6 移植的细胞数 既往研究脑局部注射移植的细胞总数为2.25×105(分为3个点注射)，静脉或动脉注射移植的细胞数为26×106时，神经功能缺失症状均有恢复8，而静脉移植的细胞数为1×106时，神经功能恢复不明显。MSCs浓度太低，达不到治疗效果，浓度太高易致静脉栓塞。 3.7 移植后的表达率 对供体来源的MSCs用BrdU标记，双染后免疫荧光显微镜或共聚焦显微镜下计算BrdU和NeuN或GFAP均为阳性的细胞以判断移植后的表达情况。表达率与移植的方式有关5，有报道一些神经营养因子可以提高诱导分化后的表

10、达率，在脑源性神经营养因子(BDNF)、神经生长因子(NGF)及碱性纤维母细胞生长因子(bFGF)存在的情况下，NeuN的表达率达到2%，GFAP达8%。 3.8 MSCs治疗脑梗塞 研究表明部分MSCs可通过正常的血脑屏障迁移到脑内广泛的区域，局灶性脑缺血时，由于血脑屏障的破坏，可能有助于MSCs选择性迁入缺血脑区，此外，缺血脑组织的炎症等缺血相关信号也可能诱导和促进MSCs的迁移，由于脑缺血后局部微血管表达的粘附因子的引导，经静脉或颈内动脉输入体内的MSCs可以分化为类似神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的细胞，这些细胞主要分布在缺血区，显然脑内的特有微环境，尤其是缺血损伤信号诱导了MSCs

11、的迁移、分化，缺血微环境似乎有利于MSCs的存活、增殖，脑缺血可以诱导脑内尤其是缺血周边区内胶质细胞系源性神经营养因子(glialcellline derived neurotrophic factor，GDNF)、神经生长因子(nerve growth factor，NGF)、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)、转化生长因子1(transforming growth factor 1，TGF1)等神经营养因子的表达，MCAO后，BrdU阳性的MSCs高度集中在缺血周边区，该区表达的神经营养因子可能对随后移植的MSCs的存活、分化或

12、迁移有重要作用10。 4 展望 MSCs的移植，尤其是自体MSCs移植克服了诸如伦理免疫排斥等问题，因此有更好的应用前景，MSCs极易在脑内存活、分化及整合，移植后并不产生炎症和免疫排斥反应，所以MSCs移植治疗局灶性脑缺血是切实可行的，但是下列问题需要进一步解决：(1)经静脉或颈动脉注射的MSCs迁移入脑内的机制，以提高MSCs进入脑内的数量；(2)MSCs在脑内迁移、分化和存活的机制及影响因素；(3)MSCs在脑内分化的神经元、胶质细胞能否取代已死亡的神经元和胶质细胞，分化的神经元能否与宿主神经元形成功能性突触联系和神经环路，它们在脑缺血损伤恢复中的地位；(4)MSCs在脑内可否产生有关神

13、经营养因子、细胞因子及细胞外基质并参与神经功能重建；(5)将携带有关神经营养因子或细胞因子基因的载体转染MSCs，使其在缺血脑内表达神经营养因子等，从而达到治疗局灶性脑缺血的目的；(6)高效诱导MSCs体外分化的最佳方法及分化的神经元的移植对局灶性脑缺血的作用；(7)MSCs和基因治疗 骨髓基质细胞移植入脑几天内发生凋亡，那么如何提高其存活率将成为一个主要问题。Bcl-2基因是细胞凋亡的重要抑制基因，近年发现它在脑缺血中表达并在其中起重要作用，Shimizu等研究发现，缺血诱发的bcl-2蛋白可增强脑对后继缺血的耐受性，具有神经保护作用，减少缺血神经细胞凋亡。因此可尝试利用Bcl-2基因抗骨髓

14、基质细胞凋亡观察是否增强MSCs治疗脑梗死的效果。 参考文献 1 Woodbury Dl. Adult rat and human bone Marrow stromal cells differentiate into Neurons. Neuro sci Res，2000，61：364-370 2 Colter DC. Identification of asub population of rapidly self renewing adult potential adult stem cells in colonies of human marrow stromal cells. Pr

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