骨髓基質干細胞發展論文

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【摘要】骨髓間充質干細胞(mesenchymalstemcells，MSCs)，又稱骨髓基質干細胞，是骨髓中非造血實質細胞的干細胞，具有高度的自我復制能力和多向分化潛能，可分化成多種細胞。

【關鍵詞】骨髓干細胞

骨髓間充質干細胞(mesenchymalstemcells，MSCs)，又稱骨髓基質干細胞，是骨髓中非造血實質細胞的干細胞，具有高度的自我復制能力和多向分化潛能，可分化成多種細胞。近來研究表明它可以向三個胚層的多種組織分化，如來源于外胚層的神經元、神經膠質細胞等，MSCs移植為腦缺血患者開辟了一種新的治療方法。本文對MSCs移植治療腦缺血的研究綜述。

1骨髓基質細胞的生物學特性

1.1目前發現至少存在3種形態的MSCs。Colter等從培養的人骨髓細胞中分離出MSCs后，發現來自單細胞的克隆中除了含有小的梭形和大的扁平MSCs外，還有一種非常小的圓形細胞，這種小圓形細胞有更強的折光性，它們比大的MSCs能更快分裂、增殖，并且有更強的多向分化潛能，當將MSCs放在不同的微環境內時，它們可相應地分化為成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞或成肌細胞等[1-3]。MSCs具有多向分化的潛能，MSCs經靜脈途徑或局部注射移植到不同的組織時，MSCs即可在相應的組織內分化形成該類組織細胞[3，4]。

1.2MSCs的易粘附、易貼壁生長，易增殖特性使得它們經過數次換液和傳代后得到分離、純化[3]。

2骨髓基質細胞在體外誘導分化為神經元和膠質細胞

最近研究發現，在特定的實驗條件下可將人、大鼠及小鼠等的MSCs在體外誘導分化為神經元樣和膠質細胞樣細胞，SanchozRamos等發現，表皮生長因子(epidermalgrowthfactor，EGF)或腦源性營養因子(brain-derivedneuotroficfactor，BDNF)可誘導人及小鼠的少數MSCs分化為神經元樣及膠質細胞樣細胞，它們表達神經前體細胞的標志物巢素蛋白(nestin)及其RNA、神經元標記物神經元特異性核蛋白(neuronspecificnuclearprotein，NeuN)、星形膠質細胞標記物膠質原纖維酸性蛋白(glialfibrillaryacidicprotein，GFAP)。將人或小鼠的MSCs與胚胎大鼠中腦或紋狀體神經元共培養時，部分MSCs分化為NeuN陽性的神經元樣細胞及GFAP陽性的星形膠質細胞樣細胞，因此，除了可能通過營養因子和細胞因子傳遞信號外，細胞與細胞的直接接觸還可能在MSCs的分化中發揮重要作用[5]。

3MSCS移植治療局灶性腦缺血的可行性及原理

3.1供體與受體

MSCs移植治療腦缺血多為同種異體移植，如Brazelton等[6]采用的供體鼠為成熟轉基因大鼠，鼠齡8～10w，受體鼠為致死量放療后的相同鼠齡的大鼠，移植的為新鮮未經培養的MSCs。有些學者將供體鼠化療(5-氟尿嘧啶，150mg/kg，腹部注射)2d后取其骨髓進行體外培養3代，移植前72h加BrdU進行標記，受體鼠亦為相同鼠齡相同體重的同種鼠[7]。Zhao等[8]的研究中，hMSCs來自于10～35歲的健康志愿者，hMSCs轉染了增強的綠色熒光蛋白基因，經26代培養后移植入成熟雄鼠體重(230～250g)，結果未出現免疫排斥反應，說明MSCs具有相當大的免疫反應調節能力。上述研究中，或是供體經化療或是受體經放療或是MSCs經多次傳代培養以降低免疫活性，從而減少移植物抗宿主反應的發生。

3.2MSCs在腦內有遷移能力

Kopen等將小鼠MSCs注入新生小鼠側腦室后12d，發現MSCs已遷移至前腦、小腦，而且不破壞腦組織結構，其遷移方式與出生后早期的神經發育過程相同，提示MSCs的行為類似神經前體細胞[9]。

3.3目前MSCs移植治療局灶性腦缺血的途徑有3種：腦立體定向移植，經頸內動脈注射移植及經靜脈注射移植

腦立體定向移植：根據缺血損傷的部位采用腦立體定向術，將一定體積適當數量的MSCs直接注射到缺血損傷部位。該方法的缺點是：(1)對腦組織產生一定程度的損傷；(2)移植物的數量受一定程度的限制；(3)不便多次多靶點注射[10]。頸內動脈注射移植：可將MSCs直接經缺血側頸內動脈注入，該方法與立體定向法相比有以下優點：(1)移植的MSCs可廣泛分布于缺血半暗帶區；(2)創傷較小；(3)可允許較多數量、較大體積的移植物輸入；(4)有更多的BrdU陽性細胞在缺血區存活，缺點是：需要一定的技術條件，經靜脈注射移植簡便、安全、快捷、有效，一次可輸入較多數量的MSCs，而且進入腦內的MSCs分布在缺血壞死灶及其周邊區較大的范圍內。經靜脈或動脈注射較腦局部注射優越，因MSCs隨血液循環分布更廣，除大部分集聚于靶點梗死區周邊的半暗帶區外，對側鏡區也有少量分布。移植后MSCs存活和分化需要各種細胞因子的營養、微環境的平衡及一定的血液供應，因此，最適合注射部位應在梗死區周邊的半暗帶區。

3.4移植的時間

動物研究從腦梗死模型建立后1天到1月移植均有，有關不同移植時間對神經的增生、細胞分化、整合及神經功能恢復的影響的研究還較少。急性期時興奮毒性神經基質、自由基等的釋放對新生組織造成損害。考慮到腦梗死的自然恢復過程，有些學者在腦梗死后數月進行移植，疤痕組織的形成可能會影響移植物的生長。

3.5MSCs可參與正常的基質代謝，修復細胞外基質，促進神經元細胞的增殖、分化和遷移，參與中樞神經系統損傷的修復。

由于嚴重缺血或細胞因子的刺激，基質祖細胞可以沿內皮祖細胞伸展并聚集，因而有助于血管新生和(或)損傷愈合，Chen等發現，MSCs移植后14d，BrdU標記的MSCs可能與內皮祖細胞一樣發揮作用，促進缺血組織的血管再生和損傷神經組織的修復。

3.6移植的細胞數

既往研究腦局部注射移植的細胞總數為2.25×105(分為3個點注射)，靜脈或動脈注射移植的細胞數為2～6×106時，神經功能缺失癥狀均有恢復[8]，而靜脈移植的細胞數為1×106時，神經功能恢復不明顯。MSCs濃度太低，達不到治療效果，濃度太高易致靜脈栓塞。

3.7移植后的表達率

對供體來源的MSCs用BrdU標記，雙染后免疫熒光顯微鏡或共聚焦顯微鏡下計算BrdU和NeuN或GFAP均為陽性的細胞以判斷移植后的表達情況。表達率與移植的方式有關[5]，有報道一些神經營養因子可以提高誘導分化后的表達率，在腦源性神經營養因子(BDNF)、神經生長因子(NGF)及堿性纖維母細胞生長因子(bFGF)存在的情況下，NeuN的表達率達到2%，GFAP達8%。

3.8MSCs治療腦梗塞

研究表明部分MSCs可通過正常的血腦屏障遷移到腦內廣泛的區域，局灶性腦缺血時，由于血腦屏障的破壞，可能有助于MSCs選擇性遷入缺血腦區，此外，缺血腦組織的炎癥等缺血相關信號也可能誘導和促進MSCs的遷移，由于腦缺血后局部微血管表達的粘附因子的引導，經靜脈或頸內動脈輸入體內的MSCs可以分化為類似神經元、星形膠質細胞和小膠質細胞的細胞，這些細胞主要分布在缺血區，顯然腦內的特有微環境，尤其是缺血損傷信號誘導了MSCs的遷移、分化，缺血微環境似乎有利于MSCs的存活、增殖，腦缺血可以誘導腦內尤其是缺血周邊區內膠質細胞系源性神經營養因子(glialcelllinederivedneurotrophicfactor，GDNF)、神經生長因子(nervegrowthfactor，NGF)、堿性成纖維細胞生長因子(basicfibroblastgrowthfactor，bFGF)、轉化生長因子1(transforminggrowthfactor1，TGF1)等神經營養因子的表達，MCAO后，BrdU陽性的MSCs高度集中在缺血周邊區，該區表達的神經營養因子可能對隨后移植的MSCs的存活、分化或遷移有重要作用[10]。

4展望

MSCs的移植，尤其是自體MSCs移植克服了諸如倫理免疫排斥等問題，因此有更好的應用前景，MSCs極易在腦內存活、分化及整合，移植后并不產生炎癥和免疫排斥反應，所以MSCs移植治療局灶性腦缺血是切實可行的，但是下列問題需要進一步解決：(1)經靜脈或頸動脈注射的MSCs遷移入腦內的機制，以提高MSCs進入腦內的數量；(2)MSCs在腦內遷移、分化和存活的機制及影響因素；(3)MSCs在腦內分化的神經元、膠質細胞能否取代已死亡的神經元和膠質細胞，分化的神經元能否與宿主神經元形成功能性突觸聯系和神經環路，它們在腦缺血損傷恢復中的地位；(4)MSCs在腦內可否產生有關神經營養因子、細胞因子及細胞外基質并參與神經功能重建；(5)將攜帶有關神經營養因子或細胞因子基因的載體轉染MSCs，使其在缺血腦內表達神經營養因子等，從而達到治療局灶性腦缺血的目的；(6)高效誘導MSCs體外分化的最佳方法及分化的神經元的移植對局灶性腦缺血的作用；(7)MSCs和基因治療骨髓基質細胞移植入腦幾天內發生凋亡，那么如何提高其存活率將成為一個主要問題。Bcl-2基因是細胞凋亡的重要抑制基因，近年發現它在腦缺血中表達并在其中起重要作用，Shimizu等研究發現，缺血誘發的bcl-2蛋白可增強腦對后繼缺血的耐受性，具有神經保護作用，減少缺血神經細胞凋亡。因此可嘗試利用Bcl-2基因抗骨髓基質細胞凋亡觀察是否增強MSCs治療腦梗死的效果。

參考文獻

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