人脐带组织富含间充质干细胞(MSCs),与其他来源的MSCs相比,具有来源丰富、容易提取、倍增时间短、免疫原性低、移植后长期存活、不涉及伦理问题等多种优点,近年来对其研究越来越多。在适宜的环境下,人脐带间充质干细胞(hUC-MSCs)可以分化为神经样细胞,移植于多种神经系统疾病动物模型后均可促进其神经功能恢复,现就此方面的最新研究及应用进展予以综述。 The mesenchymal stem cell is rich in human umbilical cord, compared with MSCs of other sources, hUC-MSCs have major advantages such as richer source, easier collection freedom, shorter doubling time, lower immunogenicity, longer-term survival after transplantation, no ethical implications and so on. In recent years, the investigation of hUC-MSCs has been growing. In appropriate circumstances, hUC-MSCs can differentiate into neuron-like cells, when transplanted into different animal models of neurological diseases can promote the recovery of neural function. Now, we will review the latest application progress of hUC-MSCs in Neurological Diseases.
间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一类具有高度自我更新和多向分化潜能的多能干细胞,主要来源于骨髓、脂肪、脐带、脐血等,其中人脐带间充质干细胞(human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells, hUC-MSCs)分离成功率高、体外能够大量扩增,越来越受到关注。很多中枢神经系统疾病表现为认知与运动功能渐进性恶化最终导致长期劳动力丧失,为长期困扰医学界的难题。自2003年Mitchell等[
脐带为孕期胎儿与母亲之间的索状连接组织,外被羊膜,内由两条脐动脉与一条脐静脉构成,血管周围被粘蛋白样组织即Wharton’s胶所包裹。脐带胶、脐静脉血管内皮下及脐血管周围均富含MSCs。
目前,hUC-MSCs的分离培养尚未有标准方法。常用方法有组织块贴壁法[
根据国际细胞治疗协会制定的最低标准,MSCs需具备以下条件:1) MSCs在标准培养条件下呈贴壁生长;2) MSCs表达CD105、CD73和CD90,不表达CD45、CD34、CD14或CD11b、CD19或CD79a及HLA-DR表面分子;3) MSCs在体外至少能向成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞分化。hUC-MCSs是介于胚胎干细胞与成体干细胞之间的一类多潜能干细胞,高表达整合素及粘附分子CD29、CD44、CD90、CD95以及常用的MSCs标志物CD73、CD105;hUMSCs还表达具有抑制免疫作用的HLA-ABC和HLA-G,以及胚胎干细胞标志物Tra-1-60、Tra-1-81、SSEA-1 (stage-specific embryonic antigen-1)、SSEA-4、Oct-4、碱性磷酸酶ALP和MSCs骨架标志物平滑肌肌动蛋白及波型蛋白。hUC-MCSs不表达造血细胞标志物CD34、CD45、CD14、HLA-DR和CD133及内皮细胞标志物CD31、vWF,也不表达或低表达移植免疫排斥相关标志物CD80、CD86、CD40。hUC-MCSs在混合淋巴细胞检测中呈免疫抑制状态,并抑制T细胞的增殖,异体移植该细胞可产生免疫耐受性,因此异基因移植不会发生免疫排斥反应。
hUC-MSCs在特定培养条件下可被诱导分化为神经样细胞。多种诱导方案均可成功地将hUC-MSCs诱导分化为神经元及胶质细胞。Mitchell等[
hUC-MSCs除能分化为神经元及胶质细胞以外,还可向特定的神经元细胞分化。Fu等[
1) 脐带采集:
签署知情同意书,取健康足月新生儿脐带约10 cm;
2) hUC-MSCs的分离培养、纯化;
3) hUC-MSCs扩增及鉴定:
根据hUC-MSCs的免疫表型,运用流式细胞术对分离、扩增细胞进行鉴定;
4) hUC-MSCs移植治疗神经系统疾病:
hUC-MSCs可于体外诱导分化为神经干细胞或直接移植治疗神经系统疾病动物模型或患者,通过减少凋亡、抑制炎症、血管重建、细胞替代等作用发挥形态与功能修复。
人们对hUC-MSCs的认识较其他来源的MSCs相对较晚,hUC-MSCs移植在神经系统疾病中的应用目前主要处于不同疾病动物模型的实验研究阶段。
帕金森氏病是以纹状体多巴胺功能渐进性丧失为特征的一种神经退行性疾病,目前尚无根治性治疗措施。然而,hUC-MSCs移植疗法为其带来了新希望。Fu等[
邱云等[
脊髓损伤是基于轴索变性、神经元与胶质细胞丢失与周围病变部位脱髓鞘的一种疾病,最终将导致白质纤维束永久性中断造成瘫痪。作为治疗脊髓损伤的理想供体细胞应具有易于获取、倍增时间短、能够在脊髓环境中长期存活、易于转染并长期表达外源性基因等优点,hUC-MSCs因具有上述优点,可作为治疗脊髓损伤理想的细胞来源。Yang等[
缺血性脑卒中是由突然发生的脑组织局部供血血流减少或完全中断所致,若得不到及时诊断与治疗,容易导致永久性的神经损伤、神经系统并发症甚至死亡。研究表明[
脑出血是由颅内血管自发性破裂所引起,属于脑卒中的一种,具有较高的发病率及死亡率,存活者常遗留永久性神经功能障碍。Liao等[
创伤性脑外伤是年轻人群致残、致死的首要原因。Zhang等[
光感受器退行性变是发达国家致盲的主要原因之一,研究表明,细胞移植疗法可能会为该病的治疗带来新希望。Lund等[19]分别将脐带组织细胞、胎盘细胞、骨髓MSCs、皮肤成纤维细胞移植入视网膜退行性变大鼠的视网膜下间隙,结果发现胎盘组织细胞及骨髓MSCs均能显著改善视网膜退行性变的程度,其中前者较后者具有更显著的修复作用。由于植入细胞未分化为神经元,推测其作用的原因可能与其分泌神经营养因子如脑源性神经营养因子BDNF、白介素-6等有关。这进一步为视网膜退行性变的治疗带来了新思路。
近10年来,干细胞移植疗法有了重大突破,并为神经系统疾病的治疗带来了新的契机。尽管神经干细胞、胚胎干细胞、骨髓MSCs等仍为目前细胞移植领域研究的热点,但与其相比,hUC-MSCs具有更多的优点:1) 作为妊娠分娩废弃物,其获取不受伦理、道德等方面的约束;2) 与骨髓MSCs相比,其增殖、分化能力不会随着年龄的增长而下降,短时间内即可获取大量细胞,为其短期内的实验与临床移植应用提供了可能;3) 与脐血MSCs相比,其分离成功率高,几乎可达100%,而脐血MSCs的分离成功率仅为0%~60%[
难治性神经系统疾病,系指用传统药物疗法或手术治疗后症状控制每况愈下,毒副作用严重,很难阻止病情进展的神经系统疾病。此类患者生活质量极低,给家庭和社会带来了极大负担。而hUC-MSCs可以在一定条件下分化为神经类细胞,并定位于损伤部位进行形态与功能修复,为难治性神经系统疾病患者带来了曙光。目前,动物实验及临床试验表明,与神经系统疾病传统疗法相比,hUC-MSCs治疗的优势在于,治疗时间短,可以增强机体免疫力、提高生活质量,尚未有急性或长期不良反应报道。尽管hUC-MSCs具有诸多优点,但在其正规、广泛应用于临床治疗神经系统疾病之前,尚有较多问题以待解决,比如移植的最佳时间窗及途径、临界细胞剂量、长期传代培养后有无恶变倾向及标识、移植后有无长期不良效应等。其中,hUC-MSCs治疗是否具有长期安全性,为其临床限制使用的主要原因。因此,hUC-MSCs在神经系统中的应用尚需多中心、大规模、前瞻性的实验进行研究探讨,以最简单、最经济、最安全的方法实现其最佳疗效,从而为hUC-MSCs的临床应用提供坚实的实验依据。
衷心感谢我的导师陈娟教授一直以来在学习、工作和生活中对我的悉心教导和无微不至的关怀,使我顺利完成了本文的撰写。她严谨的治学态度、渊博的学识、精益求精的工作作风、诲人不倦的高尚师德、平易近人的人格魅力将使我终身受易,并将激励着我在今后的学习和工作之中不断努力与进取。
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