骨髓间充质干细胞归巢进展

骨髓间充质干细胞归巢进展 临床医学 2013 年 3 月第 33 卷第 3 期 Clinical Medicine，Mar( 2013，Vol( 33， No( 3 111〔21〕 Rai R，Cohen H， et Dave M， al( Randomized controlled trial of aspi- 〔24〕 刘玉昆，张建平( IVIG 在复发性自然流产中的应用〔J〕 中国处 方 ( rin and aspirin plus heparin in pregnant women with recurrent miscar- 2006， 54) : 41 , 43( 药， 9( riage associated with phospholipid antibodies( or antiphospholipid anti- 〔 25- 25〕 Bubanovic I( 1α， dihydroxy- D3 vitamin- as new immunotherapy in bodies) 〔J〕 Br Med J， ( 314( 7076) : 253 , 257( 1997， ( treatment of recurrent spontaneous abortion〔J〕 Medical Hypotheses， 〔22〕 Kutteh WH( Antiphospholipid antibody-associated recurrent pregnancy 2004， 2) : 250 , 253( 63( loss: treatment with heparin and low-dose aspirin is superior to low-dose ( 收稿日期: 2012 , 10 , 21) J〕 aspirin alone〔 ( Am J Obstet Gynecol，1996，174( 5) : 1584 , 1587( ( 本文编辑: 牛苗琳)〔 王君 洁， 23〕 胡汉苹， 等( 黄伏连， 低分子肝素治疗抗心磷脂抗体阳性引起 〔 ( 2005， ) : 411 , 412( 流产的疗效观察 J〕 现代妇产科进展， 14( 骨髓间充质干5 细胞归巢进展 曹星宇 肖践明 ( 昆明医科大学第一附属医院心内科 ，云南昆明 650031) 【摘要】 间充质干细胞( MSCs) 为具有多分化能力且能自我更新复 制的骨髓间质细胞，已被多个临床试验证实具有很大 的临床应用潜能，可被应用于 组织损伤修复，如心肌梗死、脊柱及脑损伤、软骨及骨损伤等。而间充质干细胞“归 其产生生物学效应的前提，因此进一步了解“归巢”机制可以为临床更有效的巢”是 应用 MSCs 提供理论依据及有效的移植 方法。 【关键词】 间充质干细胞; 归 巢; 干细胞移植 Development of mesenchymal stem cells homing CAO Xing-yu， XIAO Jian-ming( Department of Cardiology，the First Af- filiated Hospital of Kunming Medical University，Kunming 650031，China 【Abstract】 Mesenchymal stem cells( MSCs) is bone marrow stromal cell which has various differentiation capacity and can self-renewal duplicate( And it hase great potential clinical application which has been confirmed by many more clinical trials( So can be applied in tissue damage repair， such as myocardial infarction，spinal and brain injury，cartilage and bone damage， etc( And MSCs„home?is its premise of developing biology effect( Thus further understanding of„home?mechanism can provide the- oretical basis and effective transplantation method more effectively in clinic for application of MSCs( 【Key words】 Mesenchymal stem cells; Homing; Stem cell transplantation 间充质干细胞 ( MSCs) 又称为相关组织祖细胞或 1 间充质干细胞的定义及特征 〔1〕多能骨 髓间质细胞 ，由于其易于分离及体外培养扩 在探索间充质干细胞归巢机制之前首 先要给其一增，没有显著的免疫原性允许同种异体移植而不需要 个定义及特征描 述。MECs 可以被定义为具有多分化 〔2〕服用抗排斥药，不受伦理约束，并且具 有多组织分化潜 能力并且能自我更新复制的骨髓间质细胞 ，此定义能，故在临床 干细胞移植治疗中显示出极大的应用前 仅对 MECs 的特征进行大致的描述，不同 的实验室由景。目前 MSCs 已成为组织再生工程中关注度较高的 于培养条件的不 同所培养出的骨髓间质细胞可能具有一类干细胞，可应用于心肌梗死、脑和脊柱的 损伤、软 不同的细胞表型及分化能力，不利于标准的统一，故国骨和骨损伤等。然 而在 MSCs 移植治疗中一个重大的 际间充质干细胞及组织干细胞治疗委员会对 人间充质问题是如何能够更多的、高效的使 MSCs 到达所需要 干细胞所下定义为: 人类间充质干细胞必须能够在塑治疗的病变组织。目前对于 MSCs 归巢的机制还不十 料的组 织 培 养 器 中 贴 壁 生 长， 达 CD105、 表 CD73 和分清楚，现有的研究结果由于缺乏一个统一的 MSCs CD90，不表达 CD45、CD34、CD14 或 CD11b、CD79a 和定义标准，不同培养方法培养出的 MSCs 存在一定差 HLA-DR，并且在一定的标准的分化条件下可分化成 〔1〕异使得其对归巢机制的研究带来了一定的困难 。本综 成骨细胞、脂肪细胞及成软骨细胞 。述将从间充质干细胞定义及特征、间充质干细胞归巢 2 间充质干细胞归巢及定植可能的机制及定植可能的机制、促进 MSCs 归巢的策略等方面对 2( 1 间充质干细胞归巢定义: 1983 年 Gallatin 等发骨髓间充质干细胞的归巢进行描述及归纳 。 现血源性淋巴细胞能选择性地进入机体二级淋巴器 官，这种能趋向性迁移并定植到特定靶向组织的过程 112 临床医学 2013 年 3 月第 33 卷第 3 期 Clinical Medicine，Mar( 2013，Vol( 33，No( 3用 归巢” “ ， 进行定义。 而类似的所谓“MSCs 归 ( CCXCR1 , CCXCR6 ) ， 个 CC 受 体 ( CCR1 , 11自体的或巢 ” 指 外源性 MSCs 在多种因素的作用下定向趋向 CCR11) ，CX3CR1 和 CR1〔8〕。 基 质 细 胞 衍 生 因 子性迁移至靶向组织并定植的过程 。 ( SDF- 属于 CXC 亚家族， 1) 心 现已知 SDF- 在大脑、 、 12( 2 间充质干细胞归巢的方式: 外源性的 MSCs 经过 肝 骨骼肌、 肺、 、 胸腺、脾和肾等多种组织中都有表达。 SDF- 其受体为 CXCR4， 1 静脉注射后在生物体中具有多组织归巢的能力 ，其归 在白细胞、CD34 造血干细巢的方式类似于白细胞的主动趋化 、黏附及定植，该方 胞及 CD34 祖细胞表面都有广泛表达。SDF- 与其 1式为主动归巢，主要向移植体中有炎症及损失的部位 受体结合是 SDF- 发挥其生物学效应的基础。SDF- 1 1趋化、定植。一个经典实验将大鼠全身接受放射线照 与 CXCR4 结合后引起一系列细胞内信号传递 ，使细胞射( TBI) ，之后经静脉移植 MSCs， d 后检测 MSCs 定 15 活化，产生趋化运动，细胞定向迁移至趋化因子浓度较 〔3〕 〔9〕植的情况 ，发现接受 TBI 组的大鼠干细胞定植水平 高的组织器官部位。Wynn 等 检测了 CXCR4 在人高于未接受 TBI 组的大鼠， 使得干细胞在大脑中 TBI MESc 上的表达，显示只有 1 细胞细胞膜上表达 CX-定植增加 2. 8 倍， 脏 中 增 加 3 倍， 脏 中 增 加 2. 5 心 肝 CR4，而细 胞 内 CXCR4 的 表 达 却 很 高， 达 83 , 高倍，肌肉中增加 1. 7 倍。 这表明损伤及炎症可诱导干 98 。经过 Triton X-100 处理后，MESc 的 CXCR4 表 〔4〕细胞的定植 ，但该实验同时发现在肺的干细胞定植 达大量增加，增加 MESc 表面的 CXCR4 的表达，大大数量并未有增加，说明干细胞除了通过主动归巢、定植 增加了 SDF- 对 MESc 的趋化作用， 1 进而证实了 SDF-1于损伤及炎症组织外，还有可能被动的通过微循环中 通过受体 CXCR4 对 MESc 产生趋化作用。SDF- 浓度 1 〔5〕的毛细血管、微动脉及后微静脉定植于组织 ，这主 梯度在 MESc 的迁移中发挥着重要作用，而当 SDF-1要与干细胞的大小相关，较大的 MSCs 及相对较小的 或 CXCR4 被阻断后，这种定向迁移也就被阻断。实验 〔10〕血管管径，使得细胞流动速度减慢，细胞与血管的相互 证实 若加入 CXCR4 的阻断剂 AMD3100，则骨髓源作用而导致细胞的被动定植。 性干细胞的迁移能力与对照组相比明显降低 。有研究2( 3 间充质干细胞归巢定植的分子机制 : 显示在大鼠心梗区给注射 SDF- SDF- 抗体及设置盐 1、 12( 3( 1 间充质干细胞的动员: 在处于稳态的生物体中 水对照 组， 尾 静 脉 注 射 MESc， 现 注 射 SDF- 组 经 发 1 〔6〕外周血液循环中的 MESc 量很少且难以获取 。 而研 MESc 较其他组明显增多， SDF- 组最少〔11〕。 抗 1究发现在损伤小鼠的外周血液中可以分离出大量的 2( 3( 3 间充质干细胞的黏附: 干细胞定向迁移到损伤 这MESc， 种 趋 势 是 与 炎 症 部 位 释 放 出 的 细 胞 活 素 组织后需要与血管壁黏附才能完成定植 。干细胞与血 〔7〕VEGF、 CSF 等有关 G- 。 而且 发 现 源 于 损 伤 小 鼠 的 管内皮细胞的黏附通过黏附因子完成，黏附因子是一MESc 在体外培养传 10 代仍保留有多能分化能力，而 类介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质间黏附作用的源于稳态小鼠的 MESc 在体外培养只能传代 2 次。 这 膜表面糖蛋白。 干细胞黏附于血管内皮是通过 P 选些实验结论表明只有在机体存在有损伤及炎性反应的 择素依赖的方式，并且通过 VLA- / VCAM- 相互作用 4 1 〔12〕时候才会有大量的内源性 MESc 释放入外周循环的血 使其能牢固的黏附于血管内皮细胞 。 研究表明通液中。 过活体显微镜观察， 2( 3( 2 间充质干细胞的趋化迁移: MESc 具由静脉注入的 MESc 能沿鼠耳静 有向损伤 脉血管壁滚动，而在 P 选择素基因缺陷的鼠中这种现及炎症组织定向迁移的能力，这主要为趋化因子及受 象大大减低，在体外实验中也观察到 P 选择素抗体能 〔12〕体所介导，因其涉及细胞因子及其受体、作用机制、信 明显减少 MESc 沿 脐 静 脉 血 管 内 皮 细 胞 的 滚 动 。号传导通路等机制较为复杂，故目前确切的趋化定向 VLA- 是黏附因子中的一种整合素， 4 被认为在 MESc迁移的机制还未完全阐明。 现有研究表明趋化因子 上表达，VCAM- 是其配体， 1 主要表达与内皮细胞上，SDF- 及其受体 CXCR4 对 MESc 的定向迁移中发挥了 1 轴 两者构成 VLA- / VCAM- 。 研究表明经 VLA- 抗体 4 4重要的作用。趋化因子是一类对免疫细胞有趋化作用 处理过的 MESc 在具有剪切力的血流中，向内皮细胞 〔12〕的小分子蛋白质，现已发现的趋化因子有 50 多种，它 的黏附行为对 VLA- 具有明显的依赖相关性 。 研 4们均含有 4 个半胱氨酸，并在内部形成 2 个二硫键，根 究显示在培养的 MESc 中加入 VCAM- 抗体后， 1 MESc据其分子 N 端半胱氨酸残基( Cys 或 C) 的数目和排列 对心脏毛细血管内皮细胞的黏附力消失。 表明 MESc位置可分为 4 个亚家族， CXC、 C 和 CX3C 亚家 即 CC、 与血管内皮的黏附作用是用过 VLA- / VCAM 所介导 4 〔8〕 〔13〕族 。趋化因子受体属于 G 蛋白耦联受体超家族成 的 。除此以外 MESc 还表达大量的黏附分子，包括员， 趋化因子受体根据其对应的趋化因子分类 。 目前 CD29、CD49、CD54、CD56、CD1O6、CD51，参与 MESc 的 〔14〕共发现 19 种 趋 化 因 子 受 体， 中 有 6 个 CXC 受 体 其 .