發(fā)布時(shí)間：2021-04-27所屬分類：醫(yī)學(xué)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)同時(shí)具有造血支持、免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)再生和歸巢等特性，但由于各種因素常常不能充分發(fā)揮其效能。近期研究顯示，MSC的生物學(xué)特性具有可塑性。研究人員通過對(duì)MSC進(jìn)行低氧預(yù)處理、生物活性分子預(yù)處理、基因修飾預(yù)處理和力學(xué)刺激預(yù)處理
摘要：間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)同時(shí)具有造血支持、免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)再生和歸巢等特性，但由于各種因素常常不能充分發(fā)揮其效能。近期研究顯示，MSC的生物學(xué)特性具有可塑性。研究人員通過對(duì)MSC進(jìn)行低氧預(yù)處理、生物活性分子預(yù)處理、基因修飾預(yù)處理和力學(xué)刺激預(yù)處理以及調(diào)整MSC的移植策略，使其生物效能增強(qiáng)，該方向?qū)τ谕苿?dòng)MSC的轉(zhuǎn)化應(yīng)用具有重要意義�；诖耍疚木蚆SC生物學(xué)特性的可塑性研究最新進(jìn)展作一綜述。
關(guān)鍵詞：間充質(zhì)干細(xì)胞;生物學(xué)特性;可塑性;預(yù)處理
間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymalstemcell,MSC)是一類在特定條件下能夠向軟骨組織、骨組織、肌肉、肌腱、韌帶、脂肪等多種類型組織細(xì)胞分化的多潛能干細(xì)胞[1]。MSC最早發(fā)現(xiàn)于骨髓[2]，隨后在臍帶、臍血、胎盤、脂肪、肌肉、牙周質(zhì)、骨和軟骨等組織中均有發(fā)現(xiàn)[3-5]。MSC可通過歸巢、分泌一系列細(xì)胞因子和生長因子以及分泌外泌體等多種形式來發(fā)揮造血支持，免疫調(diào)節(jié)和組織修復(fù)再生等生物學(xué)功能[6]，目前，已經(jīng)被各科學(xué)研究領(lǐng)域廣泛關(guān)注并展示出良好的轉(zhuǎn)化應(yīng)用潛力。但是MSC類細(xì)胞制品仍然存在一些問題，例如體外培養(yǎng)的MSC在受者體內(nèi)存活率低，移植的MSC歸巢數(shù)量較少，不能充分發(fā)揮MSC的再生修復(fù)和免疫調(diào)節(jié)功能等。為了克服這些不足，優(yōu)化MSC的研究和應(yīng)用，相關(guān)領(lǐng)域研究人員深入探索多種調(diào)控MSC生物學(xué)特性的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MSC的生物學(xué)特性在一定范圍內(nèi)具有可塑性。更有意義的是，不同的調(diào)控策略產(chǎn)生效果亦有差別。目前，該領(lǐng)域的研究進(jìn)展較快。本文著重對(duì)MSC生物學(xué)特性的調(diào)控，使其效能增強(qiáng)的常用策略進(jìn)行了綜述，希望可以有助于全面辯證認(rèn)識(shí)MSC的生物學(xué)特性，更好地開展MSC相關(guān)的基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
低氧預(yù)處理
MSC的功能不是一成不變的，MSC所處微環(huán)境中氧分壓的改變會(huì)引起其生物學(xué)特性改變，這通常體現(xiàn)在MSC組織修復(fù)再生能力。Ho等[7]研究表明，對(duì)MSC進(jìn)行低氧預(yù)處理，可以提高M(jìn)SC的成骨分化，并且可通過穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-induciblefactor-1α，HIF-1α)信號(hào)的表達(dá)，促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子的分泌，來啟動(dòng)血管生成，從而對(duì)骨缺損進(jìn)行修復(fù)。Han等[8]利用裸鼠皮下脂肪移植模型，將低氧預(yù)處理的脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose-derivedmesenchymalstemcells,ADMSC)外泌體分離并注射入移植部位，結(jié)果顯示，與未處理組相比，預(yù)處理組的脂肪組織毛細(xì)血管網(wǎng)形成明顯增強(qiáng)，存活率更高。
除了促血管形成，低氧預(yù)處理還能同時(shí)增加MSC免疫抑制能力。Liu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，低氧預(yù)處理可抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bonemarrowmesenchymalstemcells，BMSC)分泌腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)，并促進(jìn)BMSC分泌抗炎細(xì)胞因子和血管內(nèi)皮生長因子，同時(shí)發(fā)揮免疫抑制和修復(fù)再生能力。
近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)低氧預(yù)處理也會(huì)影響MSC的靶向遷移能力。氯化鈷(CoCl2)是經(jīng)典的化學(xué)低氧模擬劑，可模擬常規(guī)氧氣狀態(tài)下細(xì)胞缺氧狀態(tài)。在大鼠急性脊髓損傷模型中，經(jīng)模擬低氧預(yù)處理的BMSC能通過HIF-1α的介導(dǎo)促進(jìn)趨化因子受體4(CXCR4)在細(xì)胞表面表達(dá),從而促進(jìn)BMSC向損傷區(qū)域遷移、歸巢和定植;同時(shí)，BMSC的代謝發(fā)生適應(yīng)性改變，對(duì)有害性刺激產(chǎn)生較強(qiáng)適應(yīng)抵抗能力，存活率提高[10]。這有可能為臨床上進(jìn)行間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療時(shí)提高其存活率和歸巢能力提供了一個(gè)新的方法。另外，Meng等[11]的體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明，低氧預(yù)處理的MSC可通過HIF-1α/CXCR4途徑促進(jìn)MSC歸巢，該作用受LincRNA-p21調(diào)控，該發(fā)現(xiàn)也為增強(qiáng)MSC的歸巢能力提供了一種新策略。
生物活性分子預(yù)處理
紅細(xì)胞生成素(erythropoietin,EPO)是一種主要由成人腎臟成纖維樣細(xì)胞分泌的糖蛋白激素，以往的研究表明，其具有促進(jìn)紅細(xì)胞生成的功能。有意義的是，王迪生等[12]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EPO可以促進(jìn)ADMSC向腎損傷部位定向趨化,并且經(jīng)EPO預(yù)處理的ADMSC較單純的ADMSC能夠更好地抑制腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，減輕細(xì)胞外的基質(zhì)沉積，延緩腎纖維化作用，該發(fā)現(xiàn)為MSC更高效的應(yīng)用于臨床提供了新思路。此外，邊素艷等[13]探究了EPO對(duì)MSC外泌體的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EPO可促進(jìn)MSC釋放更多數(shù)量的外泌體，且這些外泌體具有更強(qiáng)的促血管新生能力。有趣的是，H2O2預(yù)處理與EPO預(yù)處理有著相似的作用，H2O2預(yù)處理ADMSC也能釋放更多的外泌體并且同樣具有更強(qiáng)的促血管再生能力[14]。
除此之外，細(xì)胞因子預(yù)處理還能夠影響MSC的免疫調(diào)節(jié)能力。馬聰?shù)萚15]發(fā)現(xiàn)，TGF-β1預(yù)處理MSC可增加MSC來源細(xì)胞外囊泡(MSC-EV)的數(shù)量，且升高囊泡內(nèi)白介素-6(IL-6)濃度，下調(diào)TGFβ1濃度，同時(shí)會(huì)促進(jìn)外周血單個(gè)核細(xì)胞凋亡，這說明，TGF-β1預(yù)處理MSC能夠在一定程度上提高M(jìn)SC-EV的免疫抑制能力。Kim等[16]在研究MSC治療移植物抗宿主病時(shí)，發(fā)現(xiàn)同時(shí)注射干擾素γ(IFN-γ)可增強(qiáng)MSC的免疫抑制能力，明顯改善小鼠移植物抗宿主病癥狀，并進(jìn)一步證明，IFN-γ預(yù)處理的MSC可通過JAK/STAT1信號(hào)通路誘導(dǎo)IDO表達(dá)，進(jìn)而抑制T細(xì)胞免疫活性。
基因修飾預(yù)處理
外源基因修飾是一種增強(qiáng)MSC活性，提高M(jìn)SC治療效果的常見策略。Hu等[17]研究表明，用攜帶PGC1α慢病毒載體感染MSC，并將修飾過的MSC用于大鼠模型治療，發(fā)現(xiàn)可以減輕大鼠脊髓損傷模型中神經(jīng)元的凋亡，并增強(qiáng)軸突再生的潛力。Xiang等[18]的研究結(jié)果顯示，GREM1基因過表達(dá)可增加毛細(xì)血管密度，提高缺血環(huán)境中移植MSC的存活率，并且增強(qiáng)血管生成，促進(jìn)損傷部位修復(fù)再生。另外，方玲等[19]在MSC外泌體的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-486基因修飾臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(UC-MSC)后，其分泌的外泌體中miR-486表達(dá)顯著增高，該外泌體對(duì)心肌細(xì)胞有促增殖、促遷移及抑制心肌細(xì)胞凋亡的作用。
MSC表面的CXCR4是介導(dǎo)MSC歸巢的重要受體。陳偉等[20]利用慢病毒載體修飾使小鼠BMSC過表達(dá)CXCR4基因，并在小鼠清髓性照射后注射過表達(dá)CXCR4的BMSC，結(jié)果顯示，在脾臟和骨髓中歸巢的MSC數(shù)量明顯增加，這證明CXCR4基因過表達(dá)可增強(qiáng)MSC歸巢能力。
另外，在造血支持方面，顧潔等[21]將BMSC的Tet2基因敲除(Tet2-/-BMSC)后發(fā)現(xiàn)，其增殖和造血支持能力明顯增強(qiáng)，Tet2-/-BMSC能夠分泌更多的趨化因子配體5(CCL5)、GM-CSF、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(SDF1)和CCL3來調(diào)控造血。
力學(xué)刺激預(yù)處理
體外應(yīng)用機(jī)械應(yīng)力干預(yù)細(xì)胞的研究早有報(bào)道，近年來，一些學(xué)者采用各種力學(xué)裝置，模擬體內(nèi)環(huán)境，對(duì)MSC進(jìn)行力學(xué)干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)其增殖及分化能力有一定的影響。Zhang等[22]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在沖擊波處理的MSC中，S期細(xì)胞數(shù)量增加，G0/G1期阻滯細(xì)胞數(shù)減少，這表明，發(fā)散式?jīng)_擊波可增強(qiáng)MSC的自我更新能力;此外，發(fā)散式?jīng)_擊波促進(jìn)MSC成骨分化，但抑制成脂活性;最重要的是，經(jīng)發(fā)散式?jīng)_擊波預(yù)處理的MSC在體內(nèi)對(duì)軟骨缺損表現(xiàn)出更強(qiáng)再生效果。Ouyang等[23]也證明了將MSC與軟骨細(xì)胞共培養(yǎng)，并給予適當(dāng)?shù)臋C(jī)械干預(yù)，可促進(jìn)軟骨細(xì)胞擴(kuò)增，改善軟骨細(xì)胞表型，這有利于修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損。
除了對(duì)增殖和分化能力的影響，體外沖擊波預(yù)處理MSC也會(huì)對(duì)其免疫調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生作用。Chen等[24]在研究改善大鼠腦死亡所致的機(jī)體損傷中發(fā)現(xiàn)，體外沖擊波治療和ADMSC移植治療均可以減輕大鼠腦死亡所致的機(jī)體炎癥反應(yīng)，氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，更重要的是，體外沖擊波預(yù)處理ADMSC聯(lián)合治療效果比兩者單獨(dú)治療效果更佳。
調(diào)整移植策略
某些情況下，直接注射的MSC在低氧、炎癥、高氧化應(yīng)激的條件下會(huì)很快凋亡和死亡，而生物材料可以支持細(xì)胞保持其活力并增強(qiáng)治療效果，因此，MSC和生物材料的聯(lián)合移植能夠提高M(jìn)SC的植入率，以提升MSC的療效。Falanga等[25]報(bào)道，纖維蛋白噴霧劑作為MSC植入的載體可加速小鼠和人體皮膚傷口的愈合。該藥物經(jīng)美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，已在基礎(chǔ)和臨床試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。隨著組織工程學(xué)的快速發(fā)展，石永新等[26]發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)制備的聚磷酸鈣/淫羊藿苷復(fù)合骨支架可促進(jìn)BMSC向受損部位遷移，促進(jìn)其成骨分化，同時(shí)可募集神經(jīng)生長因子，增強(qiáng)其成骨細(xì)胞活性和成骨能力，進(jìn)而促進(jìn)骨缺損的修復(fù)。除此之外，利用磁性納米顆粒標(biāo)記MSC可以在體內(nèi)監(jiān)視其遷移、增殖、活性、凋亡等情況，同時(shí)能夠促進(jìn)MSC的成骨分化和體內(nèi)骨再生[27]。
結(jié)語
MSC可通過歸巢、分泌一系列細(xì)胞因子、生長因子以及外泌體等發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)、造血支持和組織再生修復(fù)等能力。目前，已有大量研究表明，各種預(yù)處理方式和移植時(shí)支架材料合理應(yīng)用可以增強(qiáng)MSC的生物學(xué)特性，但大多數(shù)實(shí)驗(yàn)僅有現(xiàn)象，需要研究人員對(duì)其內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行深入研究，為優(yōu)化MSC的臨床應(yīng)用策略提供明確的依據(jù)。另外，目前多數(shù)實(shí)驗(yàn)為體外實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，尚不能明確這些效應(yīng)在人體中是否同樣有效，具體影響和作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)研究。——論文作者：李佩霖，朱恒*
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