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(píng)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?cè)谌梭w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(zhǎng)、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?cè)诟鞣N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(zhǎng)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(guó)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(duì)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(duì)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(gòu)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(zhǎng)而降低。與其他來源的 MSCs 相比，BM-MSCs 的復(fù)制期更長(zhǎng)，衰老更早，僅占有核骨髓細(xì)胞的 0.01-0.001%。然而，BM-MSCs 相對(duì)于其他細(xì)胞類型的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它們相對(duì)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(duì) 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(duì)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(jiǎn)單的輸送方法，一小時(shí)后在心臟中檢測(cè)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(duì)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(duì) 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(duì)于對(duì)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(shì)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(píng)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(cè)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(cè)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)因子。例子包括血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子和胰島素樣生長(zhǎng)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(zhǎng)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(gòu)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(shì)。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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yíng)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?cè)谠鲋澈涂伤苄苑矫嬉簿哂忻黠@的優(yōu)勢(shì)。