武警医学2 0 1 0年 4月第 2 1 卷第 4期Me d J C h i n P A P F V o 1 2 1 ， N o 4 ， A p r i l 2 0 1 0 人脐带问充质干细胞的生物学特 性 、 分化及应用研究 王成俊 ， 张涵 ， 李鲁生 ， 程洪斌 综述安沂华 审校 【 关键词】 脐带； 间充质干细胞； 细胞分化； 细胞移植 【 中国图书分类号】 R 6 5 1 1 9 问充质干细胞是一类存 在于多种组 织 、 具 有高度 自我更 新能力和 多 向分 化 潜 能 的 细胞 。 巾于作 为 问充 质 干 细 胞 ( m e s e n c h y m a l s t e m c e l l ， MS C) 经典 来源 的骨髓 组 织 ， 可随 老 化而致干细胞含量及其增殖能力 著降低 ，而且其标本 需要 通过骨髓 穿刺来获取 ， 是一个侵袭 性 、有创 伤 、易 污染 的过程。凶此 ， 寻找新的 MS C来源有 着重要 意义 。C o v a s和 R o m a n o v 等 3 成 功将 问充 质 干细 胞从 脐 带静 脉 中分 离 出 来 ， 并发现脐带问充质干细胞 ( u m b i l i c a l c o r d d e r i v e d me s e n c h y m a l s t e m c e l l ， U CM S C) 存特性 类似 于骨 髓 间充 质 干 细胞 ( b o n e ma l T O W d e r i v e d m e s e n c h y m a l s t e in c e l l ， B M M S C ) ， 在增殖及分化潜 能方面 相 比于 B M MS C更 高 ， 其 获取 过程 为非侵袭性 ， 而被 当作是 临床和科研 _ f ： 作 中间充 质干细胞 的一个更佳来 源L s ,6 j 。 1 U CMS C培养方法及基本特性 1 1 培养方法 目前 ， 用于 U CM S C的培养的组织主要是 脐带 Wh a o n 胶 和脐 静 脉 ， 获取 方法 主要 有酶 消化 法和 组织块法 。酶 消化 法昂贵 、 操 作复杂 、 耗 时较长 、 技术要求较 高 ， 还存在对细胞 的化学 污染 和机械 损伤 。与此相 比， 组织 块法 则简单 、 快捷 、 经济 ，能够更 好地 保 持细胞 活 力减 少污 染机会 ， 培养体系中几 乎见不 到造 血细胞 、 内皮 细胞 或平滑 肌细胞 的混杂 J 。 1 2增殖特征第 1 、 2 、 6 、 1 2代 U CM S C的生长曲线基本 类似 ， 不同代数 细胞 具有 以下共性 特征 ： 培养潜 伏期 1 22 4 h ， 2 d后进入对数生长期 ， 对数增殖期持续 6 7 d ， 7 8 d后 进入生长平 台期 ， 生 长停 止。1 2代 以内的细胞各代间增殖能 力无 明显差别 ， 细胞有丝 分裂 旺盛 ， 增殖能 力强 。细胞周 期分析显示 ， 大部分 细胞 ( 9 0 ) 处 于 G 。 G。 期 ， 提 示大部 分细胞处于静息期 ； 只有 少部分(1 0 ) 处 于分 裂期 。 。 基金 项 目：国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 (8 6 3 计 划 )课 题 ( 2 0 0 6 A A 0 2 AI 1 5 ) 作者简介 ： 王成俊 ， 男 ， 1 9 8 6出生。任读硕 士研究 生。主要从 事 中枢 神经系统损伤修复与再生 的研究 。 作者单位 ： 1 1 0 0 0 5 0 北 京， 首都 医科大 学 ， 北京 市神 经外科 研究所 神经干细胞室 ； 2 1 0 0 0 3 9 北京 ， 武警总 医院神经 干细胞移植科 通讯作者 ： 安沂华 ， 电话 ： 0 1 08 8 2 7 6 8 4 9 ； Ema i l ： r i v e r a n 1 6 3 t o n i 3 49 1 3 免疫表 型 分离 、 扩 增 的问 充质 干 细如何 进 行鉴 定 ， 是 目前的争议问题 。问充质干 细胞能表 达多种表 面抗 原 但不特 异 。 文 献 表 明， 公 认 的 MS C标 志 物 ， 如 C D 1 0 、 C D1 3 、 C D 2 9、 C D 4 4 、 C D 9 0 、 和 C D1 6 6在 U CMS C巾呈高水平 表达。不表达造 血 和内皮 细胞 的标 志物 C D 3 1 、 C D 3 4 、 C I M5 以及 MH C I I ， 此 外 ， M HC I在 U CMS C 中低 表 达。 U C MS C 与 B M MS C的分 子 标志 表 达是 相 一致 的 ， 包 括 C D 3 8 、 C D 1 4 4等 ， 且经 反复 多次 传代后 ， 抗 原 表达无 明显 改 变 ， 始终保持 未分 化状 态 J 。B a k s h等 在 将 U CMS C与 B MMS C进行对照研究发现 ， U CMS C分子 标志 C D1 4 6和 C D 1 1 7的表达显著高 于 B MMS C 。将 C D 1 4 6用 C D 3 1 ， C D 3 或 C D 4 5双 重 标 记 后 ， 检 测 发 现 U CMS C表 达 C IM5一 C D 3 4 一 C D 3 1 一 C D 1 4 6 等表型。 1 4诱导分化U CMS C经诱导后 ， 可表 达多种细胞 的特 异性 标志物并 显示 细胞特 征性结 构。如经 向神经 细胞诱 导 后 可显示 神经元特 异性 标 志 N S E 【 1 4 J ， 胞 质 内可见尼 氏小 体 样结 构 大量排 列的粗 面 内质 网和广 泛分 布的游 离核 糖 体和发达的线粒体 ； 加入脂肪诱导培养液后表达成脂特 异性 基因 P P A R 一 2和 L P L ， 并在油红 0染 色后 ， 可见 红 色小脂滴 ； 经成骨诱导后表达成骨细胞特 异性 的缝隙连接 蛋 白 4 3 ( c x 4 3 ) 、 骨 桥蛋 白( o s t e o p o n t i n ) 和 R U N X 2基 因。此 外 在一 定条件下还可 以诱导分化 为胰 岛样细胞 、 肝细胞样细 胞 及精原细胞 。以上研究均证 实 U CMS C具有多 向分化 的潜 能 ， 为其在研究及临床的应用提供 了可能 。 2 U CMS C在移植治疗 中的研究进展 近几年来 ， 细胞替代 治疗 及再 生医学 、 组织 工程 学等成 为研究热点 ， 体外诱导 U CMS C分化及 动物 体 内移植方 面 取得 了令人瞩 目的成就 ， 为临床应 用 的可行性 、 安 全性提供 了可靠 的理论 和实践基础 。 2 1 U CMS C移植 治疗神 经 系统疾病 中枢神 经系统损 伤后将导致严重的功能障碍 ， 但目前尚无促进神经再生的有 效措施 。外源性细 胞替代 治疗 是神经 修复重 建 的最有前 途 的治疗策 略之一 。 研究发现 U CMS C在受损大 鼠脑组织内移植后可长期 存活 ， 向室管膜 下 区迁移 并有 部分 细胞转 化 为神经 元 。U C MS C脑内移植有助于促进大鼠创伤性脑损伤后的早期功 3 5 0 医学2 0 1 0年4月第 2 1卷第 4期Me d J C h i nP A P V o ： P ： 能恢复。将 U CM S C移 植至脑 缺氧缺血 动物模 型， 在移 植 第 1 4周证实 U CMS C经小 腑延髓池 移植至 大鼠颅 内是 能够存 活、 增殖 、 顺利迁移 至海马组织 ， 并 能分化 为 M S C、 神 经元和星形胶质细胞 。 移植 U C MS C可有效改善_卒巾模型老鼠的神经功能， U CM S C有 向大脑缺血 区迁 移的 能力 ， 在损伤 区域 向胶质 细胞 、 神经细胞 、 血管 内皮细胞分 化 ， 促进损伤部 位神经及血 管 的形成 ， 进 而 改善缺 血 区的血 流。但是 ， 对 于移 植 U C MS C后大脑 缺 血 症 状得 到改 善 的 机 制 目前还 存 在 争 议 ， S e o n g H K等 “ 认为是源于 u cM S C的神经保 护作用 ， 此 外 ， U C MS C分泌的各种 营养 子存机 体损 伤修 复中也起 到重要 的作用 。 U C MS C移植在治疗其他神经 系统疾病 叶 l 也 示了 巨 大的潜能。将 自体激活雪旺细胞和脐带问充质干细胞联合 移植人大鼠脊髓损伤动物模型内也收到了良好的效果。U C MS C移植入 帕金森 病模 型大 鼠纹状 体 ， 移植 4个 月后 的 T h阳性细胞仍能存 活 ， 移植 细胞 在大 鼠脑 内向头尾侧 各迁 移 1 4 m m， 动物有显著行为学改善 。 2 2 U CM S C移植 治疗糖尿病用 阶梯式培养方 法在体 外将人 U CM S C诱导成胰 岛小岛样 细胞 团， 将这些 分化 的 细胞移植人糖 尿病 老 鼠模 型 ， 可大大降 低血糖水 平 ， 有 效改 善体重减 轻症状 ， 并 且不 会发生 移植排 斥反应 ， 表明 U C MS C可分化成成熟的胰岛 B样细胞， 任 l型糖尿病中可作为 胰岛 B细胞替代治疗的理想来源 2 3 U CM S C在血液 系统疾病 中的应用 脐带 和骨髓来 源的 M S C具有相似的造血支持作用 ， 采用 U CM S C和 造血 干细胞共移植 ， 有望改善异 基I 太 】 造 血十细胞 移植特别是 干细胞总数相对较低 的脐带血造血 f细胞移植 的疗效 ， 扩大 造血干细胞 的供者来源 。此外 ， B M M S C的免疫抑 制作 用已经为人们所广泛认可， 最近研究发现， U CMS C同样对 异基 因免疫细胞 有抑制作用 ， 输注 M S C已经成为预 防 和治疗移植物抗宿主病( g r a f t v e r s u s h o s t d i s e a s e ， G V H D) 的一种有效细胞治疗 途径 。 I 期临床试验结果 已经证 实 ， 在 接受异基因造血干细胞移植的患者中， 同时接受异基因 M S C 者的G V H D发生率明显降低 。另据文献报道， 携带人凝 血 因子I X( h u ma n f a c t o r IX， h F ) 的逆转 录病毒转导的人 U C MS C能在体外产生 功能性的 h F ， 且能在小鼠体内分 泌出可检测水平的 h F 人外周循 环 中， 持续时间超过 8周。 这些结果提供使用人 U CMS C作为生产 h F 的理想靶细 胞和使用它作为治疗血友病 B的细胞载体的理论基础。 2 ， 4 U CMS C移植治疗 心脏 疾病 心肌 细胞 缺乏再生 能 力 ， 在局部缺血损伤 的情 况下 ， 心肌 细胞 的死亡 会导致心 力 衰竭 ， 采用健康人不 同干细胞类型替代治疗并增强心脏功 能 成为细胞工程治疗研究的一个热点 。 文献报道将人 U CMS C移植人心肌梗死大鼠体内后， 相比于对照组 ， 实验 组大 鼠的心脏功 能得到 了明 显的改 善。 移植后 4周 ， 检测证 实移 植 的 U CMS C通过 分化成心 肌细 胞 、 内皮细胞及平滑肌细胞再生修复梗塞受损 的心肌 。 将 U CMS C与脐血来源 的内皮细胞体外移植入人工 心 瓣膜支架上 ， 利用生物效 应器模拟体 内心瓣膜 工作环境 ， 通 过