1976年,,F(xiàn)reidenstein首次發(fā)現(xiàn)在骨髓里存在一群貼壁生長(zhǎng)細(xì)胞,,形態(tài)和成纖維細(xì)胞相似,,呈克隆性增殖,,命名為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。后研究發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層,屬于多能干細(xì)胞,,廣泛存在于人體的許多種組織中,具有多向分化潛能,、造血支持和促進(jìn)干細(xì)胞植入、免疫調(diào)控和自我復(fù)制等潛能,。 第一部分 重新認(rèn)識(shí)間充質(zhì)干細(xì)胞
間充質(zhì)干細(xì)胞,又稱(chēng)多潛能基質(zhì)細(xì)胞,,簡(jiǎn)稱(chēng)MSCs,是屬于中胚層的一類(lèi)多能干細(xì)胞,主要存在于結(jié)締組織和器官間質(zhì)中,,包括:骨髓,、胎盤(pán)、臍帶,、脂肪,、粘膜、骨骼,、肌肉,、肺、肝,、胰腺等組織以及羊水,、羊膜、臍帶血等,。在適宜條件下可分化為脂肪、骨、軟骨等多種組織細(xì)胞,。
間充質(zhì)干細(xì)胞的基本特性包括: (1)強(qiáng)大的增殖能力和多向分化潛能:在適宜的體內(nèi)或體外環(huán)境下分化為成骨細(xì)胞,、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞,、肌細(xì)胞,、神經(jīng)細(xì)胞、肝細(xì)胞,、內(nèi)皮細(xì)胞,、基質(zhì)細(xì)胞等多種細(xì)胞的能力。 (2)免疫調(diào)節(jié)功能:通過(guò)細(xì)胞間的相互作用及產(chǎn)生細(xì)胞因子干擾樹(shù)突狀細(xì)胞功能并抑制T細(xì)胞的增殖及其免疫反應(yīng),,從而發(fā)揮免疫重建的功能,。 (3)來(lái)源多樣、取材方便,,易于分離,、培養(yǎng)、擴(kuò)增和純化,,多次傳代擴(kuò)增后仍具有干細(xì)胞特性,。
以上是對(duì)于間充質(zhì)干細(xì)胞的通常看法,,隨著研究深入發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞在醫(yī)療中的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過(guò)胚胎干細(xì)胞,、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞等“干細(xì)胞明星”,有必要其進(jìn)行重新認(rèn)識(shí): 組織支持的"土壤細(xì)胞" 間充質(zhì)干細(xì)胞是一種滋養(yǎng)層細(xì)胞,,可能存在于所有組織中,,支持多種細(xì)胞的生存和生長(zhǎng),包括:造血細(xì)胞,、胚胎干細(xì)胞,、腫瘤細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞,、肝細(xì)胞,、內(nèi)皮細(xì)胞等;
組織修復(fù)的”微藥廠“ 間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)發(fā)生炎癥損傷,,釋放出炎癥信號(hào)時(shí),,持續(xù)地分泌相關(guān)抗炎性分子、抗凋亡分子等,,在體內(nèi)形成一個(gè)促進(jìn)組織修復(fù)及再生的微環(huán)境,;
信號(hào)開(kāi)關(guān)功能 間充質(zhì)干細(xì)胞可能具有自身開(kāi)/關(guān)調(diào)控機(jī)制,而這個(gè)調(diào)控機(jī)制的關(guān)鍵可能在于體內(nèi)是否存在有炎癥信號(hào),;
抗菌作用 間充質(zhì)干細(xì)胞可以分泌一種被稱(chēng)為hCAP-18/LL37具有抗菌作用的抗菌肽,;
抗纖維化作用 可以修復(fù)血管纖維化,、肝纖維化、肺纖維化等,;
抗排斥作用
間充質(zhì)干細(xì)胞可以抑制GVHD(移植物抗宿主反應(yīng)),,能夠促進(jìn)造血干細(xì)胞植入,還可以降低細(xì)胞或器官移植后的免疫排斥反應(yīng),;
激活內(nèi)源性干細(xì)胞 同種異基因移植間充質(zhì)干細(xì)胞,,主要通過(guò)分泌細(xì)胞因子調(diào)節(jié)微環(huán)境,激活內(nèi)源性干細(xì)胞發(fā)揮組織修復(fù)作用,;
”一過(guò)性“使命 同種異基因移植間充質(zhì)干細(xì)胞,,必要時(shí)可以直接參與組織分化與修復(fù),在完成使命后逐步被內(nèi)源性組織細(xì)胞替換,,并不長(zhǎng)期滯留體內(nèi),;
超級(jí)起始材料 間充質(zhì)干細(xì)胞體外擴(kuò)增方便,具有多潛能性,,可望成為組織工程,、細(xì)胞重編程,以及細(xì)胞轉(zhuǎn)分化理想的起始材料,;
第二部分 間充質(zhì)干細(xì)胞是組織的腳手架
伴隨生命全過(guò)程
有了間充質(zhì)干細(xì)胞,才有組織發(fā)生:單細(xì)胞生物只有集落,,原腸胚階段的生物有內(nèi)胚層和外胚層,,仍沒(méi)有組織分化,每個(gè)細(xì)胞都可以獨(dú)立生存,;當(dāng)生命進(jìn)化或發(fā)育到三胚層階段真正意義上的組織才誕生,,而間充質(zhì)干細(xì)胞就起源于中胚層;
遍布所有組織
間充質(zhì)干細(xì)胞與血管相伴,,存在于機(jī)體所有的組織,、組織液和分泌物中:除了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外,,脂肪干細(xì)胞,、胎盤(pán)干細(xì)胞、宮內(nèi)膜干細(xì)胞,、外周血干細(xì)胞,、毛囊干細(xì)胞、牙髓干細(xì)胞,、粘膜干細(xì)胞,、羊水干細(xì)胞、羊膜干細(xì)胞,、乳汁干細(xì)胞,、尿液干細(xì)胞等等均含有或本身就是間充質(zhì)干細(xì)胞;
身體的腳手架
間充質(zhì)干細(xì)胞是組織的建造者和功能維持者:間充質(zhì)干細(xì)胞在組織形態(tài)發(fā)生中負(fù)責(zé)搭建腳手架,分化出骨骼,、軟骨,、脂肪、纖維等結(jié)締組織,,構(gòu)成器官發(fā)育框架結(jié)構(gòu),;而且,間充質(zhì)干細(xì)胞可以分泌數(shù)十種因子,,為各種分化細(xì)胞提供所需營(yíng)養(yǎng),;
建造細(xì)胞微環(huán)境
間充質(zhì)干細(xì)胞是各種細(xì)胞niche的建造者和維護(hù)者:機(jī)體各種細(xì)胞處在特有的niche之中才能夠正常發(fā)揮功能,間充質(zhì)干細(xì)胞負(fù)責(zé)建造各種niche,、并分泌所需的各種因子維護(hù)其功能,,如:肌細(xì)胞niche、神經(jīng)細(xì)胞niche,、造血干細(xì)胞niche,、上皮細(xì)胞包niche、腫瘤細(xì)胞niche等等,;另一方面,,間充質(zhì)干細(xì)胞還通過(guò)免疫調(diào)節(jié)作用隔離不同niche,避免不同性質(zhì)niche的相互沖突,;
組織功能維護(hù)者
間充質(zhì)干細(xì)胞是維護(hù)組織功能的基礎(chǔ),,任何疾病都與間充質(zhì)干細(xì)胞有直接關(guān)系:各種物理、化學(xué),、生物因素均直接和間接作用在組織的腳手架和細(xì)胞niche上,,從而引起損傷、感染,、過(guò)敏,、壞死、免疫力下降,、內(nèi)分泌紊亂,、神經(jīng)失調(diào)、衰老,、癌變等等,。 第一部分 萌動(dòng)的間充質(zhì)干細(xì)胞
MSC萌圖
綠色為細(xì)胞骨架,紫色為細(xì)胞核,,紅色為細(xì)胞質(zhì)蛋白,。
細(xì)胞增殖
體外培養(yǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞迅速增殖并爭(zhēng)先恐后地去搶占底盤(pán),這種“定向遷移”能力對(duì)損傷修復(fù)等至關(guān)重要,。 細(xì)胞鋪展
間充質(zhì)干細(xì)胞遷移的方向感來(lái)源于特定蛋白質(zhì)在特定方向上的激活,,人為地使這種蛋白質(zhì)在各個(gè)方向都激活,,細(xì)胞就喪失了方向性,以至于雖然把自己扯成了薄餅,,卻還是停留在原地,。 遷移與分裂
細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程72h延時(shí)視頻中間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞四處爬行,分裂前會(huì)突然聚集成亮亮的圓球,,然后一分為二,。
爬高上低
間充質(zhì)干細(xì)胞可以沿著膠原纖維等胞外基質(zhì)四處爬行。 與血管同行
圖中灰色管狀為毛細(xì)血管,,哪里有血管哪里就有間充質(zhì)干細(xì)胞(紅),。
拯救死亡細(xì)胞
活細(xì)胞染為紅色,死亡的心肌細(xì)胞染為青色,,間充質(zhì)干細(xì)胞不斷遷移,,箭頭所指部位間充質(zhì)干細(xì)胞逐漸與死亡細(xì)胞融合成為雙核,400分鐘時(shí)死亡的心肌細(xì)胞開(kāi)始奇跡般地復(fù)活,。 【參考文獻(xiàn)】 Chamberlain G, Fox J, Ashton B, et al. Concise review: mesenchymal stem cells: their phenotype, differentiation capacity, immunological features, and potential for homing.[J]. Stem Cells, 2007, 25(11):2739–2749. Crisan M, Yap S, Casteilla L, et al. A perivascular origin for mesenchymal stem cells in multiple human organs[J]. Cell stem cell, 2008, 3(3): 301-313. Cselenyák A, Pankotai E, Horváth E M, et al. Mesenchymal stem cells rescue cardiomyoblasts from cell death in an in vitro ischemia model via direct cell-to-cell connections[J]. BMC Cell Biology, 2010, 11(1): 29. Bobis S, Jarocha D, Majka M. Mesenchymal stem cells: characteristics and clinical applications[J]. Folia Histochemica et Cytobiologica, 2007, 44(4): 215-214. Caplan A I, Correa D. The MSC: an injury drugstore[J]. Cell stem cell, 2011, 9(1): 11-15.
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(本文于2011年11月3日首發(fā)于“干細(xì)胞之家”論壇)
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