何蓓,楊曉清,張玉泉
?
人臍帶華通膠間充質(zhì)干細(xì)胞的生物學(xué)特性及研究新進(jìn)展
何蓓,楊曉清,張玉泉△
【摘要】人臍帶華通膠間充質(zhì)干細(xì)胞(human umbilical cord Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cell,hWJMSC)是一類具有自我更新、多向分化潛能的成體干細(xì)胞。由于其取自分娩過程中的廢棄物——臍帶,因此來源廣泛、取材方便、不受任何倫理學(xué)限制,同時(shí)相對(duì)其他來源的成體干細(xì)胞例如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,hWJ-MSC免疫原性更弱、增殖能力更強(qiáng)、干細(xì)胞性能更加原始,使其成為一種新型的細(xì)胞來源,廣泛應(yīng)用于各種疾病模型的細(xì)胞移植以及基因治療。綜述新近研究的hWJ-MSC的生物學(xué)性狀、增殖分化潛能、免疫性能以及其在各類疾病中的應(yīng)用進(jìn)展。
【關(guān)鍵詞】干細(xì)胞;間質(zhì)干細(xì)胞;臍帶;治療;人臍帶華通膠間充質(zhì)干細(xì)胞
作者單位:226001江蘇省南通大學(xué)附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科
△審校者
(J Int Obstet Gynecol,2016,43:94-98)
人臍帶內(nèi)、臍血管周圍含有豐富的基質(zhì)即華通膠,膠內(nèi)含有大量間充質(zhì)干細(xì)胞——人臍帶華通膠間充質(zhì)干細(xì)胞(human umbilical cord Wharton′s jellyderived mesenchymal stem cells,hWJ-MSC),該干細(xì)胞能夠穩(wěn)定表達(dá)間充質(zhì)干細(xì)胞特有的分子標(biāo)記物。近幾年,hWJ-MSC已成為干細(xì)胞治療領(lǐng)域理想的種子細(xì)胞。其高表達(dá)CD54、CD146等生長(zhǎng)因子,提示其具有高度增殖分化潛能,同時(shí)hWJ-MSC通過分泌相關(guān)因子或者通過細(xì)胞與細(xì)胞間直接接觸調(diào)節(jié)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的免疫功能?;趆WJMSC取材方便、來源廣泛、增殖分化潛能高、免疫原性低等特點(diǎn),hWJ-MSC的相關(guān)研究已經(jīng)從最初的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)展到體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn),更有學(xué)者已經(jīng)將hWJ-MSC應(yīng)用到了臨床實(shí)驗(yàn)中。綜述hWJ-MSC優(yōu)越的生物學(xué)特性以及其在各類疾病中的研究新進(jìn)展。
干細(xì)胞是一類具有自我更新及向各系分化潛能的原始細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段可將其分為胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cells,ESC)和成體干細(xì)胞(adult stem cells,ASC);根據(jù)干細(xì)胞發(fā)育潛能則分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。ESC的發(fā)育等級(jí)較高,是全能干細(xì)胞,但由于社會(huì)倫理學(xué)問題,其進(jìn)一步的研究受到了限制。ASC廣泛存在于生物體的組織、器官中,在特定的條件下,ASC按一定的程序分化,形成新的功能細(xì)胞,從而使組織器官保持生長(zhǎng)和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。ASC包含造血干細(xì)胞(haematopoietic stem cell,HSC)和間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSC)。HSC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類疾病,特別是血液系統(tǒng)疾病取得了一定的進(jìn)展,但是HSC的成功移植需要人類白細(xì)胞抗原(HLA)的匹配以及長(zhǎng)期大量的造血干細(xì)胞供應(yīng),這些都限制了HSC的移植治療[1]。MSC是干細(xì)胞家族的重要成員,來源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層,屬于多能干細(xì)胞,因其具有多向分化潛能、造血支持、免疫調(diào)控和歸巢到受損組織進(jìn)行自我修復(fù)等特點(diǎn)而備受關(guān)注,如MSC在一定的誘導(dǎo)條件下可以分化為脂肪、軟骨、骨等多種組織細(xì)胞[2]。其中骨髓MSC是MSC中研究最早的一類干細(xì)胞,但其來源少、取材不便、細(xì)胞增殖能力受年齡的增長(zhǎng)而下降等缺點(diǎn)使其在臨床上的應(yīng)用受到限制。人臍帶MSC是來源于發(fā)育早期中胚層和外胚層的一類多能干細(xì)胞,近年研究發(fā)現(xiàn)人臍帶MSC因優(yōu)于其他MSC特性而成為MSC主要研究熱點(diǎn)。人臍帶MSC又分為5類:羊膜源性(amnion)、羊膜下源性(subamnion)、外周血管源性(perivascular)、華通膠源性(Wharton’s jelly)、混合臍帶性(mixed cord)。hWJ-MSC來源廣泛、取材方便、免疫原性、增殖分化潛能等都優(yōu)于其他4類臍帶MSC,是一種理想的種子細(xì)胞,可用于衰老和病變引起的組織器官損傷修復(fù)[3]。
2.1hWJ-MSC的來源hWJ-MSC來自于分娩過程中的廢棄物——臍帶。臍帶為富含膠原和葡萄糖胺聚糖(glycosamjnoglycans,GAGs)的組織,其中膠原占干重的50%,透明質(zhì)酸占GAGs的70%[4]。臍帶中有2條臍動(dòng)脈和1條臍靜脈,在臍血管周圍有膠凍樣組織包繞,該組織稱為華通膠,其主要成份是黏多糖,同時(shí)含有肌成纖維細(xì)胞、成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。胎兒分娩后,溫度的改變使華通膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)塌陷,從而鉗住臍帶內(nèi)的血管,保護(hù)血管。成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞即hWJ-MSC,比骨髓MSC更具血管再生能力、神經(jīng)保護(hù)作用[5],成為組織再生中的新種子細(xì)胞。
2.2hWJ-MSC的分離、培養(yǎng)目前hWJ-MSC的分離、培養(yǎng)方法有兩種:酶消化法、組織塊貼壁法。組織塊貼壁法即將臍帶中的臍靜脈、臍動(dòng)脈去除,取得華通膠,把膠剪成1~2 mm2組織塊,置于含有10%胎牛血清的培養(yǎng)瓶中,于37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每隔2 d換培養(yǎng)液,待細(xì)胞長(zhǎng)至80%~90%融合時(shí),以0.25%胰蛋白酶消化獲得細(xì)胞。組織塊法獲得的細(xì)胞方法簡(jiǎn)便、花費(fèi)少、取得的細(xì)胞量多,但是時(shí)間長(zhǎng)[6]。酶消化法可以在短時(shí)間內(nèi)獲得大量細(xì)胞,但是由于消化酶的影響,獲得的細(xì)胞不純[7]。
3.1hWJ-MSC的形態(tài)和表面標(biāo)記hWJ-MSC具有典型的成纖維樣細(xì)胞形態(tài),多呈梭型,原代培養(yǎng)15~20 d即可進(jìn)行傳代。流式細(xì)胞儀檢測(cè)結(jié)果顯示,hWJ-MSC表達(dá)CD105、CD90以及CD73等表面標(biāo)記物,不表達(dá)造血干細(xì)胞的免疫表型CD45、CD34、CD14及人類白細(xì)胞抗原DR(HLA-DR),也不表達(dá)CD31(即血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1,PECAM-1)、血管性血友病因子(von Willenbrand factor,vWF)等內(nèi)皮細(xì)胞特異性標(biāo)記物以及協(xié)同共刺激分子CD80 和CD86等免疫標(biāo)記物,在體外可分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和軟骨細(xì)胞[8-10],符合國(guó)際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)對(duì)MSC的規(guī)定。
3.2hWJ-MSC的增殖分化潛能Amable等[11]檢測(cè)到hWJ-MSC高表達(dá)CD54、CD146、血小板反應(yīng)素2(thrombospondin-2,TSP-2)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β2 (TGF-β2)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、血小板源性生長(zhǎng)因子AA(PDGF-AA)、粒細(xì)胞集落刺激因子(GCSF)等分子,CD54(即細(xì)胞間黏附分子,ICAM-1)是一類黏附分子,一旦受到促炎癥因子的刺激就會(huì)使細(xì)胞向受傷組織遷移,促進(jìn)組織增殖修復(fù);而CD146(黑色素瘤細(xì)胞黏附分子,MCAM及黏蛋白MUC18)則是一類具有高分化潛能的黏附分子;暗示了hWJMSC具有高度促進(jìn)組織修復(fù)再生的作用;有研究報(bào)道hWJ-MSC可能通過Notch信號(hào)通路調(diào)節(jié)TSP-2的分泌,而TSP-2則能夠促進(jìn)軟骨組織再生[12],暗示了hWJ-MSC可能通過TSP-2促進(jìn)軟骨組織再生修復(fù);同時(shí)高表達(dá)的HGF能夠使細(xì)胞遷移、歸巢到受損組織,增殖分化[13],這些都表明hWJ-MSC具有高度增殖分化潛能。Li等[14]報(bào)道將hWJ-MSC靜脈注射到缺血再灌注損傷大鼠體內(nèi),鼠大腦受損功能有所改善,神經(jīng)元細(xì)胞再生、星形膠質(zhì)細(xì)胞失活。然而其實(shí)驗(yàn)結(jié)果未能顯示干細(xì)胞歸巢性能:在受損的組織中沒有發(fā)現(xiàn)遷移過來或者直接移植進(jìn)入的干細(xì)胞。Zhao等[15]指出hWJ-MSC高表達(dá)干細(xì)胞多能性調(diào)節(jié)基因(OCT4)、胚胎干細(xì)胞關(guān)鍵蛋白(SOX2)、胚胎干細(xì)胞關(guān)鍵蛋白(NANOG)以及原癌基因(C-MYC)這4個(gè)核轉(zhuǎn)錄因子,它們?cè)诰S持干細(xì)胞的自我修復(fù)以及多向分化潛能中起著一定的作用,同時(shí)Zhao等[15]在全層皮膚切除的老鼠傷口上植入hWJ-MSC,結(jié)果顯示hWJ-MSC有促進(jìn)受損皮膚組織修復(fù)再生的作用。Arno等[16]指出hWJ-MSC通過旁分泌作用上調(diào)TGF-β2、缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)、纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor-1,PAI-1)表達(dá),促進(jìn)受損皮膚修復(fù),然而在皮膚修復(fù)過程中,其他上皮再生、血管重建相關(guān)因子血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(fibroblast growth factor-2,F(xiàn)GF-2)、膠原酶Ⅰ(collagenⅠ)和膠原酶Ⅲ(collagenⅢ)表達(dá)沒有變化;體外劃痕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)hWJ-MSC可以促進(jìn)正常皮膚成纖維細(xì)胞遷移從而促進(jìn)傷口愈合。Edwards等[17]研究發(fā)現(xiàn)hWJ-MSC相對(duì)脂肪源性MSC表達(dá)更高水平的VEGF-A、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)以及TSP-2等血管生成、組織修復(fù)相關(guān)因子,體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示移植hWJ-MSC后第5天受損組織表達(dá)VEGF-A量顯著高于對(duì)照組,移植hWJ-MSC后第10天各組表達(dá)VEGF-A無差別,后者的變化可能是由于在組織修復(fù)中出現(xiàn)了內(nèi)源性VEGF-A表達(dá),盡管這樣,仍有足夠的證據(jù)說明hWJ-MSC能夠通過促進(jìn)血管再生來修復(fù)受損組織。La Rocca等[10]研究發(fā)現(xiàn)hWJ-MSC表達(dá)內(nèi)胚層的標(biāo)記物轉(zhuǎn)錄因子4(GATA-4)、GATA-5、GATA-6和肝細(xì)胞核因子4α(HNF-4α),中胚層的標(biāo)記物波形蛋白、平滑肌肌動(dòng)蛋白α,暗示了hWJ-MSC可以分化為各個(gè)胚層的細(xì)胞類型。
3.3hWJ-MSC的免疫性能hWJ-MSC能夠成為移植治療的新來源是因?yàn)槠涞兔庖咴砸约懊庖哒{(diào)節(jié)功能。流式鑒定hWJ-MSC表達(dá)HLA-Ⅰ(主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ,MHC-Ⅰ)分子,不表達(dá)HLA-DR (MHC-Ⅱ)分子[18],MHC-Ⅰ可以引起自然殺傷(NK)細(xì)胞或NK樣細(xì)胞對(duì)于異物或腫瘤細(xì)胞殺傷作用的功能下調(diào),MHC-Ⅰ與NK細(xì)胞表達(dá)的殺傷抑制受體(KLR)親和力增強(qiáng)能夠使NK細(xì)胞的殺傷作用下調(diào),這一點(diǎn)在胎兒耐受母體免疫排斥的研究中得到證實(shí),HLA-G是一個(gè)MHC樣的蛋白,其已知的作用是降低NK細(xì)胞對(duì)胎兒的免疫排斥反應(yīng)[19-20]。HLA-G的研究表明其作用抑制了NK細(xì)胞的2個(gè)主要受體NK R1和NK R2,以達(dá)到抑制NK細(xì)胞的殺傷作用。同時(shí)有實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道,hWJ-MSC可能通過分泌前列腺素E2(PGE2)、吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)抑制NK細(xì)胞的激活[10,21],也有實(shí)驗(yàn)提示hWJ-MSC分泌的PGE2可能調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞集落的活化與增殖[22]。Sukarieh等[23]研究發(fā)現(xiàn)hWJ-MSC在胰島素刺激下高表達(dá)環(huán)氧合酶2(COX-2),而COX-2濃度升高進(jìn)一步刺激hWJ-MSC分泌PGE2進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫功能。MHC-Ⅱ分子是效應(yīng)T細(xì)胞活化所必需的,MHC-Ⅱ分子缺失使T細(xì)胞活化的信號(hào)喪失,導(dǎo)致輔助性T細(xì)胞(Th細(xì)胞)的無反應(yīng)性而促成免疫耐受,表現(xiàn)出耐受原性和低免疫原性。hWJ-MSC通過分泌相關(guān)因子或者細(xì)胞與細(xì)胞間的直接接觸調(diào)節(jié)T細(xì)胞的免疫活性、抑制T細(xì)胞的增殖[21]。Saeidi等[24]通過Transwell共培養(yǎng)研究hWJ-MSC對(duì)樹突狀細(xì)胞分化、成熟的影響,結(jié)果顯示hWJ-MSC只需要通過分泌相關(guān)因子而不需要細(xì)胞與細(xì)胞間的直接接觸就能夠抑制樹突狀細(xì)胞的增殖、分化,調(diào)節(jié)免疫功能。有研究顯示共刺激分子B7家族可能對(duì)T細(xì)胞的增殖有抑制作用,B7-H3(CD276)可能通過下調(diào)白細(xì)胞介素2(IL-2)的表達(dá)抑制T細(xì)胞的活性[25]。La Rocca等[10]研究發(fā)現(xiàn)hWJ-MSC在未分化與分化后都表達(dá)B7-H3/CD276,提示hWJ-MSC即使在分化后仍然具有免疫調(diào)節(jié)性能。Zhou等[26]研究發(fā)現(xiàn)聚羥基脂肪酸脂(PHA)誘導(dǎo)的鼠淋巴細(xì)胞以及人外周血淋巴細(xì)胞的增殖能夠有效地被hWJ-MSC抑制??傊?,hWJ-MSC可以通過分泌IL-6、PGE2、TGF-β、HGF、IDO、一氧化氮(NO)、血紅素加氧酶(HO)等相關(guān)因子調(diào)節(jié)T細(xì)胞、B細(xì)胞、NK細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的免疫功能,或者通過細(xì)胞與細(xì)胞間的直接接觸調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的免疫功能[22]。
hWJ-MSC優(yōu)越的生物學(xué)特性,低免疫原性、多向增殖分化潛能、組織損傷修復(fù)、免疫調(diào)節(jié)性能等使其成為各種疾病治療的新來源,近幾年關(guān)于hWJMSC的研究數(shù)不勝數(shù)。
4.1hWJ-MSC在心肌損傷研究中的應(yīng)用Zhang 等[27]結(jié)扎小型豬心臟左前降支動(dòng)脈建立急性心肌梗死(AMI)模型,然后將hWJ-MSC原位注射到心臟梗死區(qū),結(jié)果顯示hWJ-MSC能夠分化為心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞,促進(jìn)心臟損傷修復(fù),同時(shí)減少細(xì)胞凋亡和組織纖維化,提高心肌細(xì)胞的活性,促進(jìn)心肌重建和功能恢復(fù)。同時(shí)Musialek等[28]的臨床研究也提示了hWJ-MSC有望成為心肌損傷治療的新手段,其首次將hWJ-MSC用于人類AMI治療,患者納入標(biāo)準(zhǔn)為成功做過經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療(pPCI),左室射血分?jǐn)?shù)下降≤45%,肌酸激酶同工酶(CK-MB)峰值超過100 U/L,pPCI手術(shù)后5~7 d將hWJ-MSC以30×106個(gè)混于生理鹽水中經(jīng)梗死相關(guān)血管(IRA)注入患者體內(nèi),之后每12個(gè)月隨訪1次,共隨訪5年,隨訪結(jié)果患者沒有臨床癥狀或心肌缺血再發(fā)生,也沒有心肌再灌注損傷,動(dòng)態(tài)心電圖(Holter)顯示無心律失常,出現(xiàn)短暫性的體溫升高(38.9℃),這可能與使用乙酰氨基酚有關(guān),其中有1位患者死亡,但死亡與hWJMSC注入無關(guān),這一結(jié)果提示hWJ-MSC可以作為人類AMI細(xì)胞治療中可行性、安全性較高的新來源。
4.2hWJ-MSC在腦損傷研究中的應(yīng)用hWJMSC在神經(jīng)損傷修復(fù)研究中也有一定的進(jìn)展。Yan 等[29]以四氫吡啶(MPTP)損傷猴子大腦建立帕金森病模型,再把LIM同源轉(zhuǎn)錄因子(Lmx1α)和神經(jīng)生長(zhǎng)因子抗體(NTN)轉(zhuǎn)錄到hWJ-MSC內(nèi),以干細(xì)胞治療帕金森病,結(jié)果顯示hWJ-MSC治療后的猴子較未治療前能夠做更多的運(yùn)動(dòng),平衡能力變好,在運(yùn)動(dòng)過程中也沒有以往的不協(xié)調(diào)。Shi等[30]將人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞與腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)混合殼聚糖支架共培養(yǎng),在體外研究帶有人臍帶MSC的BDNF支架對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞分化作用的影響,結(jié)果提示載有人臍帶MSC的生物支架有望成為治療腦損傷的新方法。
4.3hWJ-MSC在糖尿病研究中的應(yīng)用2型糖尿病是常見的內(nèi)分泌疾病,目前對(duì)于該病的治療主要集中在降低血糖、暫時(shí)提高組織對(duì)胰島素的反應(yīng),但是無法長(zhǎng)期改善胰島β細(xì)胞的功能。Hu等[31]用hWJ-MSC治療糖尿病Wistar大鼠,實(shí)驗(yàn)分成5組:正常對(duì)照組、糖尿病組、hWJ-MSCs組、西格列汀組、hWJ-MSCs+西格列汀組,各組給予相應(yīng)的治療,10周以后發(fā)現(xiàn)3個(gè)治療組的糖化血紅蛋白都有所下降,其中hWJ-MSCs組和hWJ-MSCs+西格列汀組的檢測(cè)的C肽水平和β細(xì)胞含量比西格列汀組高,這一結(jié)果提示了hWJ-MSCs和西格列汀聯(lián)合用藥可以作為2型糖尿病的有效治療方法,尤其是hWJMSCs可以顯著提高胰島β細(xì)胞量,改善糖尿病癥狀。hWJ-MSC除了應(yīng)用在糖尿病動(dòng)物模型上,最近也有報(bào)道用于治療2型糖尿病患者,23例2型糖尿病患者參與實(shí)驗(yàn),患者接受2次移植,1次經(jīng)靜脈注射,1次經(jīng)胰腺血管內(nèi)注入(導(dǎo)管插入),移植期間和移植后,患者接受常規(guī)的抗糖尿病治療、維持正常的糖尿病飲食習(xí)慣以及以往的生活習(xí)慣,移植后隨訪12個(gè)月,結(jié)果顯示患者的血糖水平和糖化血紅蛋白顯著下降,C肽水平和β細(xì)胞功能有所提高,炎性相關(guān)因子以及T細(xì)胞數(shù)量減少,無移植相關(guān)性并發(fā)癥發(fā)生,但是在移植后的1個(gè)月有一過性的C肽水平和β細(xì)胞功能的降低,可能與胰腺血管內(nèi)注入這一方法有關(guān),整個(gè)實(shí)驗(yàn)提示了hWJ-MSC在同種異體移植中是有效且安全的,而且可能提高2型糖尿病患者代謝水平及胰島β細(xì)胞功能[32]。
4.4hWJ-MSC在皮膚損傷研究中的應(yīng)用Sabapathy 等[33]進(jìn)行了hWJ-MSC修復(fù)受損皮膚的實(shí)驗(yàn),以聯(lián)合免疫缺陷小鼠(SCID mice)作為動(dòng)物模型,在其背部去除1 cm2全層皮膚,一組給予的處理是將僅含有1×106個(gè)hWJ-MSC磷酸鹽緩沖液(PBS)注射到受損處的4個(gè)方位,另外一組是把1×106個(gè)hWJ-MSC種植到羊膜支架,再把支架縫合到小鼠傷口處,最后一組是僅給予PBS注射的對(duì)照組,結(jié)果顯示移植了干細(xì)胞支架組皮膚傷口愈合最好并伴有毛發(fā)長(zhǎng)出,且該組再生的皮膚相比單獨(dú)的干細(xì)胞移植組有著更好的生物力學(xué)特性,提示hWJ-MSC有望成為促進(jìn)皮膚損傷愈合的材料之一。同時(shí)Zhang等[34]研究發(fā)現(xiàn)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞、華通膠以及皮膚微?;旌衔锟梢源龠M(jìn)受損皮膚愈合,且效果優(yōu)于其他組別,在該組中皮膚傷口處長(zhǎng)出了4層表皮組織,同時(shí)伴有毛囊、皮脂腺、汗腺;而空白對(duì)照組無新的表皮組織及皮膚附件長(zhǎng)出;同時(shí)單獨(dú)華通膠移植組皮膚傷口處也有新的膠原纖維及炎癥細(xì)胞的滲入,但無明顯皮膚組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn);單獨(dú)人臍帶MSC移植組皮膚傷口處出現(xiàn)散亂的毛囊結(jié)構(gòu),仍無正常皮膚組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn),對(duì)于皮膚損傷修復(fù)的研究仍需進(jìn)一步的探索,而hWJ-MSC作為組織細(xì)胞工程學(xué)中新型的可獲得性材料有潛力成為促進(jìn)皮膚損傷愈合的新來源。
近幾年干細(xì)胞療法得到了廣泛的關(guān)注,在學(xué)術(shù)界和醫(yī)學(xué)界迅速發(fā)展,成為再生醫(yī)學(xué)最有前景的領(lǐng)域之一。hWJ-MSC作為成體干細(xì)胞中最具潛力的干細(xì)胞成為眾多研究者研究對(duì)象,其低免疫原性、高增殖分化潛能以及免疫調(diào)節(jié)性能使hWJ-MSC在糖尿病、心肌梗死、皮膚損傷、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及免疫性疾?。ㄈ缫浦参锟顾拗鞑?、多發(fā)性硬化、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、硬皮?。┑鹊幕A(chǔ)研究中得到廣泛應(yīng)用,但是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用并不代表臨床研究應(yīng)用,hWJMSC成功應(yīng)用于臨床還有待進(jìn)一步的研究。
參考文獻(xiàn)
[1]Singbrant S,van Galen P,Lucas D,et al.Two new routes to make blood:Hematopoietic specification from pluripotent cell lines versus reprogramming of somatic cells[J].Exp Hematol,2015,43(9):756-759.
[2]Glenn JD,Whartenby KA.Mesenchymal stem cells:Emerging mechanisms of immunomodulation and therapy[J].World J Stem Cells,2014,6(5):526-539.
[3]SubramanianA,F(xiàn)ongCY,BiswasA,etal.Comparative characterization of cells from the various compartments of the human umbilical cord shows that the Wharton′s jelly compartment provides the best source of clinically utilizable mesenchymal stem cells[J]. PLoS One,2015,10(6):e0127992.
[4]Sobolewski K,Bańkowski E,Chyczewski L,et al.Collagen and glycosaminoglycans of Wharton′s jelly[J].Biol Neonate,1997,71(1):11-21.
[5]Hsieh JY,Wang HW,Chang SJ,et al.Mesenchymal stem cells from human umbilical cord express preferentially secreted factors related to neuroprotection,neurogenesis,and angiogenesis[J].PLoS One,2013,8(8):e72604.
[6]Xie L,Lin L,Tang Q,et al.Sertoli cell-mediated differentiation of male germ cell-like cells from human umbilical cord Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cells in an in vitro co-culture system[J].Eur J Med Res,2015,20:9.
[7]Nekanti U,Rao VB,Bahirvani AG,et al.Long-term expansion and pluripotentmarkerarrayanalysisofWharton′sjelly-derive mesenchymal stem cells[J].Stem Cells Dev,2010,19(1):117-130.
[8]Nejad NA,Amidi F,Hoseini MA,et al.Male germ-like cell differentiation potential of human umbilical cord Wharton’s jellyderived mesenchymal stem cells in co-culture with human placenta cells in presence of BMP4 and retinoic acid[J].Iran J Basic Med Sci,2015,18(4):325-333.
[9]Kalaszczynska I,F(xiàn)erdyn K.Wharton′s jelly derived mesenchymal stem cells:future of regenerative medicine?Recent findings and clinical significance[J].Biomed Res Int,2015,2015:430847.
[10]La Rocca G,Lo Iacono M,Corsello T,et al.Human Wharton′s jelly mesenchymalstemcellsmaintaintheexpressionofkey immunomodulatorymoleculeswhensubjectedtoosteogenic, adipogenicandchondrogenicdifferentiationinvitro:new perspectives for cellular therapy[J].Curr Stem Cell Res Ther,2013,8 (1):100-113.
[11]Amable PR,Teixeira MV,Carias RB,et al.Protein synthesis and secretion in human mesenchymal cells derived from bone marrow, adipose tissue and Wharton′s jelly[J].Stem Cell Res Ther,2014,5 (2):53.
[12]Jeong SY,Kim DH,Ha J,et al.Thrombospondin-2 secreted by human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells promotes chondrogenic differentiation[J].Stem Cells,2013,31(10):2136-2148.
[13]Forte G,Minieri M,Cossa P,et al.Hepatocyte growth factor effects on mesenchymal stem cells:proliferation,migration,and differentiation[J].Stem cells,2006,24(1):23-33.
[14]Li D,Zhang M,Zhang Q,et al.Functional recovery after acute intravenous administration of human umbilical cord mesenchymal stem cells in rats with cerebral ischemia-reperfusion injury[J]. Intractable Rare Dis Res,2015,4(2):98-104.
[15]Zhao G,Liu F,Lan S,et al.Large-scale expansion of Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cells on gelatin microbeads,with retention of self-renewal and multipotency characteristics and the capacity for enhancing skin wound healing[J].Stem Cell Res Ther,2015,6:38.
[16]Arno AI,Amini-Nik S,Blit PH,et al.Human Wharton′s jelly mesenchymal stem cells promote skin wound healing through paracrine signaling[J].Stem Cell Res Ther,2014,5(1):28.
[17]Edwards SS,Zavala G,Prieto CP,et al.Functional analysis reveals angiogenic potential of human mesenchymal stem cells from Wharton′s jelly in dermal regeneration[J].Angiogenesis,2014,17 (4):851-866.
[18]Wang H,Qiu X,Ni P,et al.Immunological characteristics of human umbilical cord mesenchymal stem cells and the therapeutic effects of their transplantion on hyperglycemia in diabetic rats[J].Int J Mol Med,2014,33(2):263-270.
[19]Ristich V,Liang S,Zhang W,et al.Tolerization of dendritic cells by HLA-G[J].Eur J Immunol,2005,35(4):1133-1142.
[20]Gao LR,Zhang NK,Ding QA,et al.Common expression of stemness molecular markers and early cardiac transcription factors in human Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cells and embryonic stem cells[J].Cell Transplant,2013,22(10):1883-1900.
[21]Kim N,Cho SG.New strategies for overcoming limitations of mesenchymal stem cell-based immune modulation[J].Int J Stem Cells,2015,8(1):54-68.
[22]Najar M,Raicevic G,Boufker HI,et al.Mesenchymal stromal cells use PGE2 to modulate activation and proliferation of lymphocyte subsets:Combined comparison of adipose tissue,Wharton′s Jelly and bone marrow sources[J].Cell Immunol,2010,264(2):171-179.
[23]Sukarieh R,Joseph R,Leow SC,et al.Molecular pathways reflecting poor intrauterine growth are found in Wharton′s jelly-derived mesenchymalstemcells[J].HumReprod,2014,29(10):2287-2301.
[24]Saeidi M,Masoud A,Shakiba Y,et al.Immunomodulatory effects of human umbilical cord Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cells on differentiation,maturation and endocytosis of monocytederived dendritic cells[J].Iran J Allergy Asthma Immunol,2013,12 (1):37-49.
[25]Leitner J,Klauser C,Pickl WF,et al.B7-H3 is a potent inhibitor of human T-cell activation:No evidence for B7-H3 and TREML2 interaction[J].Eur J Immunol,2009,39(7):1754-1764.
[26]Zhou C,Yang B,Tian Y,et al.Immunomodulatory effect of human umbilical cord Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cells on lymphocytes[J].Cell Immunol,2011,272(1):33-38.
[27]Zhang W,Liu XC,Yang L,et al.Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cells promote myocardial regeneration and cardiac repair after miniswine acute myocardial infarction[J].Coron Artery Dis,2013,24(7):549-558.
[28]Musialek P,Mazurek A,Jarocha D,et al.Myocardial regeneration strategy using Wharton′s jelly mesenchymal stem cells as an off-theshelf′unlimited′therapeutic agent:results from the Acute Myocardial Infarction First-in-Man Study[J].Postepy Kardiol Interwencyjnej,2015,11(2):100-107.
[29]Yan M,Sun M,Zhou Y,et al.Conversion of human umbilical cord mesenchymal stem cells in Wharton′s jelly to dopamine neurons mediated by the Lmx1a and neurturin in vitro:potential therapeutic application for Parkinson′s disease in a rhesus monkey model[J]. PLoS One,2013,8(5):e64000.
[30]Shi W,Nie D,Jin G,et al.BDNF blended chitosan scaffolds for human umbilical cord MSC transplants in traumatic brain injury therapy[J].Biomaterials,2012,33(11):3119-3126.
[31]Hu J,Wang F,Sun R,et al.Effect of combined therapy of human Wharton’s jelly-derived mesenchymal stem cells from umbilical cordwithsitagliptinintype2diabeticrats[J].Endocrine,2014,45(2):279-287.
[32]Liu X,Zheng P,Wang X,et al.A preliminary evaluation of efficacy and safety of Wharton′s jelly mesenchymal stem cell transplantation in patients with type 2 diabetes mellitus[J].Stem Cell Res Ther,2014,5(2):57.
[33]Sabapathy V,Sundaram B,Vm S,et al.Human Wharton′s jelly mesenchymal stem cells plasticity augments scar-free skin wound healing with hair growth[J].PLoS One,2014,9(4):e93726.
[34]Zhang Y,Hao H,Liu J,et al.Repair and regeneration of skin injury by transplanting microparticles mixed with Wharton′s jelly and MSCs from the human umbilical cord[J].Int J Low Extrem Wounds,2012,11(4):264-270.
[本文編輯王琳]
Biological Characteristics and Their Latest Research Progress of Human Umbilical Cord Wharton′s Jelly-Derived
Mesenchymal Stem Cells
HE Bei,YANG Xiao-qing,ZHANG Yu-quan.Department of Obstetrics and Gynecology,Affiliated Hospital of Nantong University,Nantong 226001,Jiangsu Province,China Corresponding author:ZHANG Yu-quan,E-mail:jsnt_zhangyuquan@163.com
【Abstract】Human umbilical cord Wharton′s jelly-derived mesenchymal stem cell(hWJ-MSC)is a kind of adult stem cell which has self-renewal ability,multiline age differentiation potential.As isolated from discarded tissue(umbilical cord)after birth,they are considered wide resource,easy to be acquired and not restricted by ethics.Compared to other source of adult stem cells such as bone marrow mesenchymal stem cells,hWJ-MSC has lower immunogenicity,higher proliferation,more primitive stem cell performance,which make hWJ-MSC become a new cell resource.hWJ-MSC has great therapeutic potential in cell transplantation,gene therapy for various diseases.In this review,we will discuss the biological characteristics,proliferation and differentiation potential,and immunological characteristics of hWJ-MSC,and mainly focus on the latest progress of their application on various diseases.
【Keywords】Stem cells;Mesenchymal stem cells;Umbilical cord;Therapy;Human umbilical cord Wharton′s jellyderived mesenchymal stem cells
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81370677)
通信作者:張玉泉,E-mail:jsnt_zhangyuquan@163.com
收稿日期:(2015-08-03)