人间充质干细胞表面标记分子的研究进展

李秋晨 综述 肖苒 审校

干细胞根据所处的发育阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞，间充质干细胞（MSC）是成体干细胞家族的重要成员，是一类中胚层来源的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的干细胞，主要存在于全身结缔组织和器官间质中。MSC因具有造血支持、免疫调控以及获取容易等特点日益受到人们的关注。在体内或体外特定的诱导条件下，MSC可分化为多种组织细胞，因此可作为理想的种子细胞参与组织器官的修复过程。但由于不同的分离方法得到的MSC的纯度不同，极大地影响了疗效的稳定性[1]。因此，对MSC表面标记分子进行鉴定、分选，已成为干细胞领域的研究热点。

1 间充质干细胞表面标记分子的分类与功能

MSC表面标记分子包括相对特异性抗原、细胞因子及受体、生长因子及受体、黏附分子和细胞外基质等。在MSC的鉴定、分选过程中，黏附分子起着至关重要的作用，是介导细胞间或细胞与细胞外基质间相互接触和结合分子的统称。根据黏附分子结构特点，可以分为整合素家族、选凝素家族、免疫球蛋白超家族、钙黏蛋白家族等，此外还有一些尚未归类的黏附分子[2]。黏附分子种类繁多，各自的功能、与干细胞的相关性等，都需要更深入的探讨。

1.1 免疫球蛋白超家族

免疫球蛋白超家族由一组结构相似的蛋白质组成，这组蛋白质具有与免疫球蛋白Ig同源的V区和C区。

CD90（又称Thy-1）与细胞的黏附、分化、细胞间相互作用有关。它是人类微血管内皮细胞活化的标记，与新生血管的形成有关[3]；也是鉴别人类MSC的重要标记之一[4]。

CD106（VCAM-1）又称可诱导细胞黏附分子，可由IL-1、TNF等细胞因子与细胞作用后表达。它在活化内皮细胞、上皮细胞表面表达；其表达与MSC的干性维持有关[5]。

CD146（MCAM，Mel-CAM）是一种钙离子非依赖型细胞黏附分子。因最早发现其特异表达于黑色素瘤细胞，并与原位黑色素瘤细胞转移潜能直接相关，故而又命名为黑色素瘤黏附分子（Mel-CAM）[6]。亦有研究表明，它在人血管内皮细胞上组成性表达，是内皮细胞的标记，可以促进血管内皮细胞增殖和血管的新生。

CD166（ALCAM）又称为白细胞活化黏附因子，主要在白细胞和胸腺上皮细胞表达。它可以参与胚胎造血系统的发育和毛细血管的形成，并在维持MSC多向分化潜能方面起着至关重要的作用[7]。

CD56（NCAM）是神经细胞黏附分子的异构体和自然杀伤淋巴细胞（NK）的标记分子。它在神经系统的生长、发育过程中起着“导航”和“停泊”作用[8]；更为重要的是，它可以调节MSC向三个胚层的分化[9]。

1.2 整合素家族

整合素是一组细胞表面跨膜受体，由α链和β链以共价键形成异构二聚体，在识别细胞外基质成分中起着重要作用。

CD29是β1类整合素，为多种细胞外基质蛋白的受体。它的表达与MSC的迁移有关。

CD49d也为β1类整合素，主要在肥大细胞等组织细胞以及静息状态下的淋巴细胞和单核细胞表面表达，它可以介导造血干细胞与骨髓的黏附，参与造血干细胞的重新分布与归巢[10-11]。

1.3 其它家族分子

CD105又称内皮素，是转化生长因子β超家族的成员[15]，在内皮细胞显著表达，它的许多功能与转化生长因子β（TGF-β）所涉及的信号通路有关[12]。CD105在血管发生发展过程中起着重要的作用，它可以维持血管的完整性[13]。

CD271是低亲和力的神经生长因子受体，属于肿瘤坏死因子受体超家族。在骨髓间充质干细胞（BMSC）、滤泡树突状细胞、黑色素瘤细胞等非神经细胞表面表达[14]。它在BMSC的分离纯化中起着重要作用。有研究发现，CD105、CD271以及免疫球蛋白超家族的CD146在维持MSC良好的贴壁能力以及特有的形态方面起着重要的作用[15]。

CD73又称为胞外-5-核苷酸酶，是糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定于细胞膜外表面的一种糖蛋白。其分布广，功能多，不仅可参与嘌呤核苷酸的补救合成途径，还可作为一种重要的免疫信号分子，参与跨膜信号转导及细胞的黏附[16]。CD73在间充质干细胞表面的稳定表达是鉴别MSC重要的表面标记之一。

神经节苷脂（GD2）是一类细胞膜上的糖鞘脂类化合物，其伸展于细胞膜表面的糖基具有免疫原性，能够诱发免疫反应。

胚胎阶段特异性抗原（SSEA3和SSEA4）是与细胞表面葡萄糖糖脂相关的抗原决定簇，是P血型系统家族成员，在绝大多数人红细胞表面表达。SSEA和GD2大都在MSC的前体细胞群中表达[17-18]。

2 与间充质干细胞分离纯化相关的表面阴性标记分子

一些CD分子在MSC表面阴性表达，而在造血干细胞或外周血其它细胞表面特异性表达，因此可以利用这些分子的阳性表达去除其它干扰细胞，对MSC进行分离纯化。

CD34分子属于钙黏蛋白家族，为钙离子依赖型黏附分子，主要参与介导特定组织或器官的同型细胞间的黏附，其结构包括胞外区、跨膜区、胞浆区3部分[19]。CD34选择性地表达于人类及其他哺乳动物造血干细胞表面，并随细胞的成熟，表达逐渐减弱甚至消失。CD34是造血干细胞特异性的标记物，一直被用作筛选造血干细胞（HSC）[20]，可通过该标记分子，排除造血干细胞及其他内皮祖细胞，从而对MSC进行纯化。但近来发现，ADSC可以高表达CD34，这与前期研究相矛盾。

CD45又称白细胞共同抗原，由两条相同肽链构成同源二聚体，可表达于成熟红细胞、血小板表面。由于它在造血干细胞表面高表达，所以CD45和CD34常被用作筛选造血干细胞[21]。

CD11a为淋巴细胞功能相关抗原(LFA-1)的A链，几乎存在于所有外周血白细胞中，可表达于骨髓造血细胞和基质细胞表面[22]。

CD19表达于人体外周血各个阶段B细胞表面，包括未成熟B细胞、初始B细胞、记忆性 B细胞表面，可以用来标定所有正常的外周血B细胞[23]。

CD14主要在单核细胞和巨噬细胞表面表达，其它细胞系统包括红细胞、造血干细胞以及非造血系统细胞上不表达，在正常粒细胞表面仅微弱表达[24]。

3 间充质干细胞表面标记分子的表达与分离纯化

2005年，细胞治疗国际组织推荐了可判定人类多能MSCs的最低标准：①能在标准培养条件下贴壁生长；②CD105、CD73和CD90表达阳性，造血干细胞的表面标记CD34、CD45、CD11a、CD19或CD79a、CD14或CD11b和HLA-DR表达阴性；③特殊培养条件下，体外能分化为成骨细胞、成脂细胞和成软骨细胞[25]。因此，利用表面标记分子对MSC进行分离纯化尤为重要。

3.1 不同组织来源MSC表面标记分子的表达与分离纯化

不同组织来源的MSC有其特异性的表面抗原表达，脂肪组织来源的MSC可高表达CD34，胎盘来源的MSC可表达SSEA-3、SSEA-4[26]，骨髓来源的 MSC可高表达 CD271和组织非特异性的碱性磷酸酶（TNAP）[27-29]。亦有研究指出，骨髓来源的间充质干细胞CD106阳性表达，而脂肪来源的间充质干细胞CD106表达量极低甚至不表达[30]。因此，对于不同组织来源的MSC进行分离纯化需要选择特异的标记分子[31]。

3.2 CD73、CD105和CD271可分离纯化骨髓来源的MSC

MSC表面特异性高表达CD73和CD105，这两种分子的阳性表达提示这些细胞非造血干细胞来源。由于骨髓中大部分细胞是造血干细胞，用这两种分子标记物对骨髓中的MSC进行分离纯化，可以得到较高纯度的MSC。但近来研究发现这些分子标记物可以在体内多种组织细胞中表达，例如在来源于皮肤的成纤维细胞中可以检测到这两种标记物[32-33]。因此，用CD73和CD105分离纯化结缔组织中的MSC是行不通的。此外，有报道从骨髓组织中分离得到的CD271+的BMSC克隆样集落的形成能力明显高于CD271-的细胞[26-27]，Giemsa染色显示CD271+的BMSC有深染的胞核和丰富的胞浆，而CD271-的细胞的形态表型却类似于淋巴细胞，从形态学上可以容易地区分两种细胞[34]。因此，CD73、CD105、CD271可用来分离纯化骨髓来源的MSC。

3.3 CD56可以分离向软骨细胞方向分化的MSC

研究显示，CD271+、SSEA-3+、CD56-的 MSC 可向成脂、成骨方向分化，但不能分化为软骨细胞。相反，CD271+、SSEA-3+、CD56+的细胞则可以向软骨细胞方向分化。因此，CD56是分离向软骨细胞方向分化的MSC的表面标记之一[35]。

4 间充质干细胞表面标记分子的稳定性

MSC表面标记分子并不总是稳定地表达，MSC所处的微环境不同，它们的表面标记分子也不同。在体外培养或是将其进行诱导过程中，MSC表面标记分子会发生明显的变化[36]。例如，CD56、CD109、CD166、CD271 可以在骨髓来源的 MSC表面表达，但是随着MSC在体外的扩增培养，表达水平却迅速下调[27]。相反，CD318在MSC表面并不表达，但是随着体外培养的进行，它的表达量却逐渐增加[37]。而在STRO-1+或CD56+的MSC表面不表达的组织特异性碱性磷酸酶（TNAP），在成骨诱导分化过程中的表达却逐步上调[38]。

随着免疫学研究的进展，将发现更多MSC表面特异表达的标记分子。根据实验及临床研究的需求，对MSC进行表型鉴定及分化能力的检测，从而分选出纯度更高的干细胞群是未来研究的热点。鉴于MSC广阔的应用前景，相信在不久的将来，经过分离纯化的MSC在修复组织缺损等过程中将扮演重要的角色。

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