Friedenstein 于 1976 年發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 是遍布全身的成體干細(xì)胞，具有一組固定的特征。這種細(xì)胞來源最初是在骨髓中發(fā)現(xiàn)的，被認(rèn)為是臨床研究的黃金標(biāo)準(zhǔn)，盡管此后已經(jīng)確定了各種其他來源——包括脂肪組織、牙髓、動(dòng)員的外周血和出生組織。來自不同來源的 MSCs 具有不同的特征和優(yōu)缺點(diǎn)，包括它們的分化潛能和增殖能力。這些特性決定了MSCs的不同用途。因此，它們可適用于再生醫(yī)學(xué)和組織工程領(lǐng)域中特定臨床應(yīng)用。這篇評今天說說不同來源的間充質(zhì)干細(xì)胞的用途。
 

　　01根據(jù)分化潛能和來源進(jìn)行區(qū)分
 

　　1.干細(xì)胞根據(jù)分化潛能和來源進(jìn)行區(qū)分
 

　　干細(xì)胞可以根據(jù)它們在人體內(nèi)的分化潛能和來源進(jìn)行區(qū)分。胚胎干細(xì)胞是全能的，因?yàn)樗鼈兛梢孕纬膳咛ズ团咛ネ饨Y(jié)構(gòu)。此外，胚胎干細(xì)胞可以在特定培養(yǎng)條件下無限增殖，并保留分化為三種胚胎胚層細(xì)胞類型的能力。相反，成體干細(xì)胞是從成人個(gè)體獲得的未分化的多能干細(xì)胞，并分化成構(gòu)成其各自來源組織的細(xì)胞類型。例如，源自神經(jīng)元組織的細(xì)胞可以分化為神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞或星形膠質(zhì)細(xì)胞。這種有限的分化潛能是間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs) 的一個(gè)屬性，它是具有自我更新能力的非特化細(xì)胞。
 

　　MSCs 是具有一定分化潛能的貼壁細(xì)胞，可分化成源自外胚層和內(nèi)胚層的細(xì)胞。此外，它們可以放棄其未特化或未分化狀態(tài)并轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌g充質(zhì)譜系。因此，它們可以再生骨骼、軟骨和脂肪，甚至在生理和實(shí)驗(yàn)條件下成為內(nèi)皮細(xì)胞、肌肉細(xì)胞或神經(jīng)元。雖然有證據(jù)表明 MSC 存在于幾乎所有人體組織中，但它們最開始是從骨髓 (BM) 衍生的單核細(xì)胞中分離出來的。
 

　　由于 MSC 負(fù)責(zé)由生理或病理原因引起的組織修復(fù)、生長、傷口愈合和細(xì)胞替代，因此它們具有各種治療應(yīng)用，例如治療脊髓損傷等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。此外，由于其分化能力，MSCs 已成為再生醫(yī)學(xué)研究的最重要的模型。
 

　　為了全面概述 MSCs 可能的臨床應(yīng)用，首先有必要了解它們的特性，包括它們在各種人體系統(tǒng)和組織中的分化潛力、活性和治療效果。
 

　　2.分化潛能
 

　　MSCs 可以分化成不同的細(xì)胞類型，盡管它們需要一系列分化因子。在體外環(huán)境中，特定的生長培養(yǎng)基使它們能夠達(dá)到其成骨、成軟骨或成脂的潛力。然而，由于不同的分離和培養(yǎng)技術(shù)，關(guān)于用于定義 MSCs 的具體特征的數(shù)據(jù)存在沖突。由于這些細(xì)胞幾乎可以從任何組織中分離出來，因此有人提出，來自不同來源的 MSC 可能不夠相似，無法歸類為單一分類。然而，在建立普遍接受的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)允許識(shí)別常見的 MSC 特征之后，這個(gè)問題已經(jīng)得到解決。
 

　　根據(jù)國際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)的規(guī)定，多能 MSC 必須滿足以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：塑料對培養(yǎng)瓶的粘附性；CD105、CD73 和 CD90 的表達(dá)以及 CD45、CD34、CD14/CD11b、CD79α/CD19 和人類白細(xì)胞抗原 (HLA) II 類的表達(dá)缺失≥95% 和≤2% 的細(xì)胞群; 以及分化成成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞或脂肪細(xì)胞的能力。此外，在特定的培養(yǎng)條件下，MSCs 可以分化為非中胚層譜系，如肝細(xì)胞、神經(jīng)元、胰腺細(xì)胞、心肌細(xì)胞或星形膠質(zhì)細(xì)胞。
 

　　

 

　　02
 

　　
 

　　來源和臨床應(yīng)用
 

　　01  骨髓
 

　　干細(xì)胞可以從人體內(nèi)的各種來源中分離出來，理想情況下應(yīng)該根據(jù)其組織來源、應(yīng)用范圍和體外培養(yǎng)特性進(jìn)行選擇。目前，MSCs的主要來源是BM和脂肪組織(AT)。6雖然 MSCs 可以假設(shè)從人體內(nèi)幾乎任何組織中獲得，但在獲取過程的難度，各種供體特征方面存在實(shí)際限制。為了選擇合適的細(xì)胞來源，從業(yè)者必須考慮獲取樣品的難度以及收獲細(xì)胞對供體的潛在不利影響。例如，獲得BM-MSC可能會(huì)導(dǎo)致疼痛、出血或感染，因此從該來源收獲MSC比從外周血或手術(shù)殘余物(如 脂肪組織或胎盤/臍帶組織)中收獲細(xì)胞更成問題。
 

　　BM-MSCs 最初由 Friedenstein 于 1976 年發(fā)現(xiàn)，1987 年被描述為未分化的 MSCs。隨后，BM成為多能干細(xì)胞的主要來源。然而，他們的采購需要一個(gè)高度侵入性和痛苦的過程，涉及大量使用麻醉劑；此外，細(xì)胞產(chǎn)量、壽命和分化潛力隨著供體年齡的增長而降低。與其他來源的 MSCs 相比，BM-MSCs 的復(fù)制期更長，衰老更早，僅占有核骨髓細(xì)胞的 0.01-0.001%。然而，BM-MSCs 相對于其他細(xì)胞類型的一個(gè)優(yōu)勢是它們相對較短的培養(yǎng)時(shí)間。
 

　　在臨床背景下，已嘗試使用 BM-MSCs 來緩解心力衰竭、解決心肌細(xì)胞損失以改善心臟功能和預(yù)防終末期心力衰竭。盡管人類和動(dòng)物模型的臨床試驗(yàn)很有希望，但對 10 項(xiàng)使用 BM 衍生細(xì)胞的大規(guī)模隨機(jī)二期試驗(yàn)的薈萃分析顯示，急性心肌梗死后的益處可以忽略不計(jì)。在臨床前和臨床研究中，靜脈內(nèi)、冠狀動(dòng)脈內(nèi)或心肌內(nèi)途徑是心肌梗死后數(shù)分鐘至數(shù)月內(nèi)細(xì)胞遞送的主要選擇。然而，不同的操作方案阻礙了對臨床前和臨床試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確解釋。Forest等人。在使用不同給藥途徑的豬模型中，將細(xì)胞保留和植入與體內(nèi)成像進(jìn)行了比較。在冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射，安全和簡單的輸送方法，一小時(shí)后在心臟中檢測到 34.8 ± 9.9% 的細(xì)胞；這一比例在 24 小時(shí)后急劇下降至 6.0 ± 1.7%。關(guān)于 BM 細(xì)胞療法對心臟功能的益處的不一致結(jié)果可能是由于細(xì)胞存活、植入和分化的差異導(dǎo)致的。
 

　　目前，正在進(jìn)行幾項(xiàng)臨床試驗(yàn)以確定 BM-MSCs 的有用性，特別是在缺血性心力衰竭的情況下。舒張性左心室 (LV) 功能障礙是急性心肌梗塞后的常見并發(fā)癥，是心力衰竭發(fā)展的主要危險(xiǎn)因素，與保留的左室射血分?jǐn)?shù)無關(guān)。舍費(fèi)爾等人。對 60 例 ST 段抬高型急性心肌梗死患者進(jìn)行 BM-MSC 移植治療的隨訪研究。相對于對照組，實(shí)驗(yàn)BM-MSC組的舒張功能和E/A比值的時(shí)間趨勢保持不變，其中E/A比值在60個(gè)月的過程中下降。然而，實(shí)驗(yàn)組注意到的改善持續(xù)時(shí)間不超過五年。重要的是，在用 BM-MSC 治療心肌梗塞時(shí)，沒有觀察到致心律失常或致瘤作用。
 

　　在同種異體(即造血)干細(xì)胞移植中，移植物抗宿主病(GVHD)——其中免疫活性供體細(xì)胞識(shí)別并攻擊免疫受損宿主的組織——是發(fā)病率和死亡率的重要原因。傳統(tǒng)管理需要使用皮質(zhì)類固醇進(jìn)行免疫抑制作為一線治療，這種治療可以在<40-50% 的 GVHD 患者中產(chǎn)生持續(xù)反應(yīng)。然而，皮質(zhì)類固醇難治性患者需要有效的二線和三線治療方案。當(dāng)從主要組織相容性復(fù)合體匹配的供體(即母親或雙胞胎)獲得時(shí)，BM-MSC的同種異體移植可以在受體中誘導(dǎo)免疫抑制，從而用于治療GVHD。這種效應(yīng)最初是在小鼠模型中評估的，其中 MSCs 抑制幼稚和記憶抗原特異性 T 細(xì)胞。BM-MSCs 也被用于治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)、多發(fā)性硬化癥 (MS)、自身免疫性腦脊髓炎、哮喘、過敏性鼻炎和肺纖維化。除了 SLE 和 MS，這些應(yīng)用都已經(jīng)在動(dòng)物模型中進(jìn)行了測試。越來越多的證據(jù)表明 BM-MSCs 在調(diào)節(jié)炎癥中的關(guān)鍵作用，目前進(jìn)行的臨床試驗(yàn)正在測試 GVDH 患者中使用 BM-MSCs 的有效性和安全性。
 

　　在消化系統(tǒng)中，BM-MSCs可以改善乙型肝炎感染引起的肝硬化和肝功能衰竭，根據(jù)慢性肝病分期和預(yù)后量表有積極的變化。BM-MSC 的其他重要應(yīng)用是骨科。例如，來自髂嵴的 BM 抽吸物已被用于治療性骨干不愈合，從而導(dǎo)致骨痂形成。將 BM-MSCs 放置在支架上已被證明可再生兔的半月板組織，而放置在導(dǎo)管或移植物上的 BM-MSCs 已被用于治療神經(jīng)缺損，其效果優(yōu)于去細(xì)胞移植物。此外，BM-MSCs 已被移植到各種受傷的肌腱部位，從而增強(qiáng)了組織修復(fù)，特別是對于髕腱的損傷。
 

　　BM-MSCs 的另一個(gè)重要應(yīng)用是治療脊髓損傷。當(dāng)與米諾環(huán)素混合時(shí)，BM-MSCs 可改善大鼠模型中的脊髓損傷。因此，這些細(xì)胞可能代表了一種很有前途的脊髓損傷后神經(jīng)保護(hù)方法。BM-MSCs 也被用于治療小鼠模型中的成骨不全癥，其中將來自無病小鼠的 BM-MSCs 注入受影響的小鼠體內(nèi)。這種治療促進(jìn)了遷移的細(xì)胞分化為骨細(xì)胞并合成了標(biāo)準(zhǔn)量的 I 型膠原蛋白，部分恢復(fù)了疾病表型。其他 BM-MSC 應(yīng)用身體缺陷和肩袖損傷。
 

　　02
 

　　脂肪組織
 

　　使用 AT 作為 MSC 來源的主要優(yōu)點(diǎn)是方便，因?yàn)槿梭w皮下 AT 通常遍布全身，是美容和治療性吸脂手術(shù)的副產(chǎn)品。據(jù)估計(jì)，從 AT 獲得的大約 98-100% 的細(xì)胞是可行的。AT-MSCs 的形態(tài)、表型和功能特征與 BM-MSCs 相似。除了在長期細(xì)胞培養(yǎng)中的穩(wěn)定性外，AT-MSC 還可以在體外有效擴(kuò)增并具有較高的多向分化潛能。基質(zhì)血管 AT 部分比單核 BM 部分產(chǎn)生更多的基質(zhì)成分，即使這些基質(zhì)成分可能代表其他譜系，例如內(nèi)皮細(xì)胞、造血細(xì)胞和周環(huán)起源。因此，AT 代表了比 BM 更實(shí)用的組織工程 MSCs 自體來源。然而，AT-MSCs 的一個(gè)限制是某些供體特征，例如年齡，可以影響 AT-MSCs 的擴(kuò)增和分化，特別是成骨和軟骨形成譜系，盡管脂肪形成譜系不受影響。
 

　　除了分化和自我更新的能力外，AT-MSCs 還分泌多種具有抗炎、抗凋亡和免疫調(diào)節(jié)特性的細(xì)胞因子和生長因子。例子包括血管內(nèi)皮生長因子、肝細(xì)胞生長因子和胰島素樣生長因子，所有這些都參與血管生成和組織修復(fù)。這些特征使 AT-MSCs 成為治療缺血性疾病的主要候選者。此外，由于人類 AT-MSCs 的免疫調(diào)節(jié)作用，AT 是用于異基因移植的 MSCs 的來源，并且由于 AT-MSCs 不表達(dá)主要的組織相容性復(fù)合物 II 型抗原，因此將排斥風(fēng)險(xiǎn)降低。AT-MSCs通過促進(jìn)抑制性T細(xì)胞的誘導(dǎo)和抑制細(xì)胞毒性T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和促炎細(xì)胞因子(包括腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ和白細(xì)胞介素IL-12的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)T細(xì)胞的功能)。此外，這些細(xì)胞分泌可溶性因子，如 IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β 和前列腺素 E2，使這些細(xì)胞具有免疫抑制作用。
 

　　03
 

　　牙髓
 

　　牙髓 (DP) 衍生的 MSC 專門用于產(chǎn)生牙本質(zhì)的成牙本質(zhì)細(xì)胞。這些細(xì)胞取自第三磨牙的牙髓組織，并通過酶促消化過程提取。總體而言，DP-MSCs 易于冷凍保存，并且與 AT-MSCs 類似，具有免疫調(diào)節(jié)特性。由于 DP-MSCs 來源于神經(jīng)嵴，它們具有外胚層起源以及外胚層和間充質(zhì)譜系。因此，除了分化成骨/成軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞外，DP-MSCs 還可以分化成神經(jīng)元譜系。當(dāng)在三維 (3D) 牙本質(zhì)支架中培養(yǎng)時(shí)，DP-MSC 可以分化為角膜上皮細(xì)胞、黑素細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，使其在再生醫(yī)學(xué)研究中非常有用。
 

　　這種干細(xì)胞來源最有希望的臨床應(yīng)用包括代謝疾病的糾正和高死亡率的肝臟疾病的治療，如肝硬化和肝細(xì)胞癌。隨著時(shí)間的推移，DP-MSC 已成為肝移植期間收獲干細(xì)胞的替代方法。DP-MSCs 也已用于骨再生領(lǐng)域。當(dāng) DP-MSCs 在水凝膠上培養(yǎng)時(shí)，它們可以自發(fā)分化成牙源性和成骨表型。
 

　　一種特定類型的 DP-MSCs，稱為根尖周囊腫 (PCy)-MSCs，因其廣泛的增殖潛力、細(xì)胞表面標(biāo)志物譜和分化成各種細(xì)胞類型(如成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和神經(jīng)元)的能力而受到特別關(guān)注。重要的是，這些細(xì)胞很容易從手術(shù)切除的 PCys 中收集，從而允許生物廢物的再利用。它們還被用于骨再生領(lǐng)域。由于它們的神經(jīng)可塑性，這些細(xì)胞代表了治療神經(jīng)退行性疾病的有趣選擇。
 

　　04
 

　　出生組織
 

　　目前，臍帶血 (UCB) 并未被普遍接受為 MSCs 的來源。然而，大量 UCB、供體的可用性、易于采購和樣本收集的可靠性以及皰疹病毒科病毒不傳播是這種特殊細(xì)胞來源的優(yōu)勢。此外，由于 UCB-MSC 不如其他類型的成體干細(xì)胞成熟，它們不會(huì)在同種異體受體中引發(fā)強(qiáng)烈的免疫排斥反應(yīng)，從而耐受 HLA 的錯(cuò)配。UCB-MSC 可以大量冷凍保存以供以后培養(yǎng)和研究。這些細(xì)胞的倍增時(shí)間與BM-MSCs 相似(即每30 小時(shí)一次)。總體而言，UCB-MSCs 具有成骨、成軟骨、成脂和成肌分化潛能。在人類中，UCB-MSCs 的靜脈內(nèi)給藥已成功用于治療 GVHD 和 SLE。此外，UCB-MSC 已被植入用于治療坐骨神經(jīng)缺損，并在擠壓后和橫斷動(dòng)物模型中取得了良好的效果。
 

　　最近，沃頓膠 (WJ) 作為 MSCs 的潛在來源引起了人們的關(guān)注。WJ-MSCs 的特性不同于其他來源的特性，WJ-MSCs 表現(xiàn)出更高的增殖潛力，不受培養(yǎng)條件的影響。然而，當(dāng)在血清存在下培養(yǎng)時(shí)，這些細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞外基質(zhì)成分少于 BM-MSC 和 AT-MSC。在臨床應(yīng)用方面，WJ-MSCs 已被證明在治療心肌梗死方面是有益和安全的，對梗死面積和左室功能有積極影響。7在一項(xiàng)研究中，將人類 WJ-MSC 置于 3D 支架上，該支架位于從人類關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞培養(yǎng)物中獲得的條件培養(yǎng)基中。WJ-MSCs 在不需要生長因子的情況下經(jīng)歷了軟骨形成分化，具有高度的糖胺聚糖積累和軟骨相關(guān)基因的表達(dá)。這些觀察結(jié)果表明，WJ-MSCs 可能是再生關(guān)節(jié)軟骨的良好選擇。
 

　　05
 

　　羊水和胎盤
 

　　根據(jù)免疫表型分析，從羊水 (AF) 中獲得的培養(yǎng)細(xì)胞的表型與 BM-MSCs 相似。從該來源獲得的培養(yǎng)細(xì)胞可以分化為間充質(zhì)譜系。AF 和羊膜來源的MSCs 的擴(kuò)增相似，細(xì)胞計(jì)數(shù)沒有顯著差異，盡管后者的生長速度較慢，產(chǎn)量低于 BM-MSCs。58個(gè)AF-MSCs表現(xiàn)出高自我更新能力(>300個(gè)細(xì)胞分裂)和36小時(shí)的倍增時(shí)間。此外，它們已被證明即使在后期傳代時(shí)也能保持正常的核型。有趣的是，AF-MSCs 表達(dá)八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子 4 (Oct-4) 和階段特異性胚胎抗原 4 (SSEA-4) 人類胚胎干細(xì)胞標(biāo)志物，這是未分化胚胎干細(xì)胞的典型特征；這意味著 AF-MSC 不是原始胚胎干細(xì)胞，但比大多數(shù)成體干細(xì)胞保持更大的分化潛能。
 

　　除了常見的中胚層譜系外，AF-MSCs 還可以在特定培養(yǎng)條件下分化成肝細(xì)胞和神經(jīng)元。雖然尚未報(bào)道使用 AF-MSC 進(jìn)行人體研究，但一些動(dòng)物模型已經(jīng)研究了各種臨床應(yīng)用，包括使用分化為肌肉細(xì)胞的 AF-MSC 形成膀胱、治療神經(jīng)損傷、血管和心臟瓣膜的形成以及再生隔膜、腎臟、骨骼、肺、心臟和軟骨。與 UCB-MSCs 一樣，AF-MSCs 也已成功植入坐骨神經(jīng)缺損和擠壓后和橫斷動(dòng)物模型中。
 

　　羊膜的基底膜含有源自囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的MSC。除了不表達(dá) HLA II 類外，人羊膜來源的 MSCs 還具有免疫抑制因子。胎盤的其他部分，如基底蛻膜和頂葉蛻膜，也含有 MSC；在培養(yǎng)時(shí)，這些細(xì)胞表現(xiàn)出與羊膜來源的MSC相似的特征。胎盤衍生的 MSCs (P-MSCs) 還表達(dá)胚胎干細(xì)胞標(biāo)志物，如 c-Kit、性別決定區(qū) Y-box 2、Oct-4 和 SSEA-4，并能夠分化為間充質(zhì)細(xì)胞以及肝細(xì)胞、胰腺細(xì)胞和胰腺細(xì)胞。神經(jīng)元譜系。在動(dòng)物模型中，P-MSCs 已被證明可改善肺功能并減少肺纖維化，并已用于治療皮膚和眼部疾病。有趣的是，這些細(xì)胞還被用于在膠原支架內(nèi)制造人造羊膜。P-MSCs 在動(dòng)物模型中的其他臨床應(yīng)用包括心臟組織的形成和博萊霉素引起的肺損傷、軟骨缺損、炎癥性腸病、杜氏肌營養(yǎng)不良、缺血性中風(fēng)、炎癥和 DM 的治療。P-MSCs 的主要好處之一是它們可以在分娩后輕松獲得，而無需特定程序；它們在增殖和可塑性方面也具有明顯的優(yōu)勢。