骨髓间质细胞在神经系统及心血管系统中的研究进展

石肖女，杜玉君

（吉林大学白求恩第一医院 肾病科，吉林 长春130021）

在骨髓中，除了含有大量造血干细胞，还含有相当数量的非造血干细胞，在这些非造血干细胞中有一群能分化为骨髓基质细胞，起到维持造血干细胞存活及其功能作用的细胞，目前学术界将其称为骨髓间质细胞（mesenchymal stromal cells，MSC）。骨髓间质细胞是具有多向分化潜能的干细胞，起源于中胚层，可跨胚层分化，在一定条件下可以分化为多种细胞，如骨、软骨、肌肉、神经细胞、肺细胞、血管内皮细胞等。对于骨髓间质细胞（MSC）的多向分化潜能即其可塑性的原因主要存在两种观点：一种观点认为MSC在特定环境中可以跨系甚至跨胚层分化，称之为转分化或横向分化［1］，另一种观点认为在骨髓本身中就存在组织定向干细胞［2－4］。因为骨髓间质细胞可以直接通过骨髓穿刺获得，简单、安全、无移植排斥反应，加之其自我更新能力和多向分化潜能，使其在细胞治疗方面独具优势。现就其免疫学特性、培养方法及其在神经系统和心血管系统中的研究情况综述如下。

1 骨髓间质细胞的免疫学特性

骨髓间质细胞（MSC）具有低免疫原性，其分子基础可能为MSC表面表达低水平的主要组织相容性复合物Ⅰ类抗原，不表达主要相容性复合物Ⅱ类抗 原，且 不 表 达 CD86（B7－2）、CD80（B7－1）、CD40L［5－7］。其中 主 要 组 织 相 容 性 复 合 物 （major histocompatibility complex，MHC）是在同种异体组织、器官移植时，受者对移植物发生排斥反应的基础。刘芳等［8］曾将大鼠MSC和肝细胞株BRL经静脉和皮下注入动物体内，结果显示MSC所引起的淋巴细胞增殖强度均低于BRL移植组，MSC移植未在移植位点附近观察到明显的细胞坏死及炎症细胞浸润，在体内证实了MSC的低免疫原性。Tse［9］等曾把MSC与同种异体T细胞混合培养，没有引起同种异体T细胞显著增殖，在体外证实了MSC的低免疫原性。MSC的低免疫原性为其做为细胞治疗的媒介提供了有利的条件。同时MSC对CD4＋和CD48淋巴细胞有抑制功能，直接或间接抑制T细胞功能［10］。此外，MSC可以作用于固有免疫系统和获得性免疫系统，具有免疫调节功能。

2 骨髓间质细胞的培养方法

MSC具有附壁生长特性和多向分化潜能，因其缺乏特异性抗体，难以定性、定位，故培养方法多种多样［11］。由于MSC纯化困难，绝大多数实验室利用其附壁生长特性，与不附壁的造血细胞分离，即抽取骨髓细胞，离心获得单核细胞层，接种于培养瓶中，常规传代、培养，造血细胞因不贴壁而死亡或换液时被去除，MSC得以纯化。同时利用其缺乏表面抗原的特性，许多实验室将含特异性表面抗原的细胞如内皮细胞和造血细胞去除，再继续培养。［12］但人们对MSC表面抗原的认识是不断深入的，随着MSC 表 面 抗 原 Stro－1［13］，CD13、CD29、CD44、CD71、CD124等［14］的发现，MSC的分离纯化相对有了依据，有人利用免疫方法如流式细胞仪法、免疫磁珠法等对其进行分离纯化，无论哪种方法培养出的MSC都具有异源性，故其培养方法仍需规范。

3 骨髓间质细胞与神经系统疾病

脑及脊髓内的神经细胞破坏后不能再生，由神经胶质细胞及其纤维补偿。外周神经受损时，如果与其相连的神经细胞仍然存活，则可完全再生。MSC的研究可能为中枢神经系统疾病及外周神经系统疾病的治疗提供新的方法。

有研究将MSC植入小鼠大脑，MSC得以存活并分化为其他不同的神经细胞［15］。Eglitis［16］曾把骨髓细胞植入小鼠体内，数天至数周内小鼠脑组织中出现星型胶质细胞和小胶质细胞。如此看来，MSC能够在中枢神经系统中存活，并能转化为神经细胞和其他支持细胞。学者们开始在实验中探索其在中枢神经系统疾病中的应用。Li等［17］将MSC注射到帕金森大鼠脑内，MSC得以存活并表现出酪氨酸酶活性，促使多巴胺神经元功能恢复，说明其有望用于帕金森病的治疗。有实验将MSC抑制到脑缺血大鼠脑中，发现移植后其运动觉和躯体感觉有所恢复，行为学 以及神经功能明显改善［18，19］。Lu等［20］将在体外引导的能过量表达脑源性神经营养因子（BDNF）的MSC植入大鼠损伤的脊髓中，植入后的细胞能够大量产生脑源性神经生长因子（BDGF），明显促进损伤脊髓轴突的生长。此方法说明MSC同时是一种基因治疗的载体。

同时有学者应用MSC对外伤性颅脑损伤（traumaticbraininjuy，TBI）进行了研究。Lundber等［21］将MSC经血管移植到TBI大鼠体内，移植后的第1天和第5天发现更多的MSC在受损伤的大脑半球存活、迁移，提示脑外伤或坏死可作为诱导环境，或者一旦发生后可产生一些信息物质（很可能为炎性物质），刺激 MSC增殖，然后透过破坏的血脑屏障迁移至脑损伤区域，以修复脑损伤后的神经功能缺损。

此外，有很多研究试图用MSC修复外周神经。王辉等［22］等用微波变性骨骼肌桥接于大鼠面神经缺损处，然后将MSC植入微波变性骨骼肌处，术后2周，轴突再生明显。因脱细胞神经支架可诱导骨髓间质细胞分化为施万细胞，何红云等［23］将骨髓间充质细胞复合脱细胞同种异体神经移植物用于修复大鼠坐骨神经缺损，在神经再生的检测中显示，该组的有髓神经纤维数量、有髓神经纤维直径及髓鞘厚度等指标均优于单纯的脱细胞神经支架修复，与自体移植组相近。以上研究说明了骨髓间充质细胞作为周围神经组织工程种子细胞的可行性及优越性。

4 骨髓间质细胞与心血管系统疾病

关于心肌再生，细胞移植治疗是其关注的热点。MSC因其可塑性及其多分化潜能，使其成为缺血性心脏病治疗的潜在来源。杨克明等［24］抽取冠心病患者的骨髓，用人骨髓间质细胞培养液进行体外培养、扩增，然后将其植入心肌梗死大鼠的心肌梗死区，2周后其射血分数明显改善，移植细胞在心肌梗死区内存活。由此可以说明骨髓间质细胞移植能够提高心肌梗死后心脏收缩功能。此外，MSC也有利于支架植入术后心功能的恢复，Fiumana等［25］用透明质烷包被的心脏支架植入心梗大鼠的梗塞的冠脉中，并将MSC植入梗死的心肌中，2周后MSC与透明质烷包被的纤维粘附，且大部分移行于梗死区边缘，梗死区的毛细血管变得更加丰富，纤维化程度减轻。

除缺血性心脏病和心肌局部病变外，有研究表明MSC可用于非缺血性心脏病及弥漫性全心疾病如扩张型心肌病的治疗。姚巍［26］等在体外培养分离纯化的大鼠骨髓间充质细胞，将其经尾静脉注射到扩张型心肌病心力衰竭大鼠体内，同时皮下注射重组人粒细胞刺激因子，4周后血流动力学指标及心脏超声结果显示该组大鼠的心脏功能得到明显改善。

因MSC的免疫学特性，其还有用于心脏移植治疗的潜能。尽管免疫抑制剂的应用，移植物血管硬化仍然是影响心脏移植中移植物长期存活的主要因素。大量体外研究证实MSC能够抑制同种异基因移植的免疫反应。Jui HY等［27］将股动脉和MSC同时移植人猪的软组织中，4周后组织中无明显淋巴细胞生长，且血管造影示动脉通畅性良好。然而，MSC在活体内的免疫调节作用仍然存在争议，并且其分子机制仍未明确。

5 问题与展望

MSC具有多分化潜能，来源充足，容易获取，可通过体外培养大量扩增，自身的MSC进行移植还可避免移植物抗宿主反应，且MSC的应用不存在伦理学问题的争论，故其是细胞治疗、基因治疗、组织工程学方面很好的种子。除神经系统和心血管系统疾病外，近年来MSC的研究广泛应用于多种领域，如：体外成骨能力、促肝细胞再生能力、对糖尿病胰岛功能的影响。

关于MSC体外培养的研究已进行数十年，因其本身的研究还不够系统全面，有些很多问题需要解决。因MSC培养过程中存在异质性，影响了干细胞分离纯化效果。同时人们希望MSC在细胞和组织工程方面的研究中得到大量的未分化干细胞成分。体外设法诱导或用外源基因导人等技术，可实现干细胞实行对称性有丝分裂，无限扩增而不分化，但可能改变细胞形态和生理，条件生化基因的引入或许能克服这一困难。基因转染技术为我们获取纯的MSC提供可能，但转染的外源基因可能会影响MSC的分化潜能及长期传代能力，基因转染效率的提高也是一个亟待解决的问题。此外，对其细胞学特点、定向分化效率、各分化阶段特异性标志物、免疫调节机制、安全性等方面的研究尚需深入。

虽然对于MSC的研究仍存在很多困难，但作为细胞工程的种子，随着研究的深入、问题的解决，其应用会更加广泛。

［1］Krause DS.Plasticity of marrow－derived stem cells［J］.Cene T－her，2002，9（11）：754.

［2］Kucia M，Ratajczak J，Ratajzak J，Ratajczak MI.Bone marrow as a source of circulation CXR4＋tissue committed stem cells［J］.Biol Cell，2005，97（2）：133.

［3］Kucia M，RecaR，Jala VR，et al.Bone marrow as a home of heterogenous populations of nonhematopoietic stem cell［J］.Leukmia，2005，19（7）：1118.

［4］Ratajczak M Z，Kucia M，Roca R，et al.Stemcell plasticity revisited.CXCR4－positive cells expressing mRNA for early musle liver and neural cells‘hide out’in the bone marrow［J］，Leuke－mia.2004，18（1）：29.

［5］Le Blanc k，Rasmusson I，Sundberg B，et al.ireatment of severe acute graft－versus－host disease with third party haploidentical mesenchymal stem cells［J］.Lancet，2004，363（9419）：1439.

［6］Mojumdor MK，keane－Moore M，Huyaner U，et al.Characterization and functionality of cell surface molecules on human mesendymal stem cells［J］.Biomed Sci，2003，10（2）：225.

［7］Fijmvandraat AC，van Ginneken AC，Schumacher CA，et al.Cardiomyocytes purified from differentiated embryonic stem cells exhibit characteristics of early chamber myocar，dium［J］.Md Cell Cardiol，2003，35（12）：1401.

［8］刘 芳，刘大伟.间质细胞和非间质细胞源细胞移植后对机体免疫反应差异的比较［J］.中国病理生理杂志，2011，27（7）：1270.

［9］Tse WT，Dendleton JD，Beyer WM，et al.Suppression of allogeneic T－cell prolifer－ationby human marrow stromal cells：implications in transplantation.2003，75（3）：389.

［10］Crop M，Baan CC，Korevaar SS，et al.Human adipose tissue－derived mesenchymal stem cells induce explosive T－cell proliferation［J］.StemCellsDev，2010，19 ：1843.

［11］高志强，王 辉.骨髓间质细胞在神经系统中应用的研究现状［J］.中华耳鼻咽喉头颈外科杂志，2006，41（1）.

［12］Alhadlaq A，Mao J.Tissue－engineered neogenesis of humanshaped mandibular condyle from rat mesenchymal stem cells［J］.J Dent Res，2003，82：951.

［13］Gronthos S，Zanettino AC，Hay ST，et al.Molescular and cellular characterization of highly purified stromal stem cells derived from human bone marrow［J］.J Cell Sci，2003，116：1827.

［14］Pitten ger MF，Mackay AM，Beck Sl，et al.Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells［J］.Science，1999，285：143.

［15］Manoz－Elios G，Marcus AJ，Coyne TM，et，al.Adult bone marrow stromal cells in the embryonic brain：engratment，migration，differentiation，and long－term survival［J］.J Neurosci，2004，24：4585.

［16］Eglitis MA，Mezey E.Hematopoietic cells differentiate into both microglia and microglia in the brains of adult mice［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1997，94：4080.

［17］Li Y，Chen J，Wang L，et al.Intracerebal transplantatation of bone marrow stromal cells in a 1－methyl－4－o＝pheny－1，2，3，6－tetrahydropyridine mouse model of Parkinson’s diseases［J］.Neurosci Lett，2001，316：67.

［18］Chen J，Li Y，Wang L，et al.Therapeutic benefit of intracerebral transplantation of bone marrow stromal cells after cerebral ischemin in rats［J］.J Neurol Sci，2001，189：49.

［19］Li Y，Chopp M，Chen J，er al.Introstriatal transplantation of bone marrow nonhematopoietic cells improves functional recovery after stroke in adult mice［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2000，20：1311.

［20］Lu P，Jone LL，Tuszynski MH.BDNF－expressing marrow stromal cells support axonal growth at sites of spinal cord injury［J］.Exp Neurol，2005，191：344.

［21］Lundberg J，Le Blanck，Soderman M，etal.Endowascular transplantation of stem cells to the injured rat CNS［J］.Neuroradiology，2009，51（10）：661.

［22］王 辉，高志强.骨髓间质细胞植入变性骨骼肌修复面神经缺损实验研究［J］.中国耳鼻咽喉头颈外科，2005，12（3）：32.

［23］何红云，邓仪昊.神经修复坐骨神经缺损骨髓间充质细胞构建组织工程［J］.中国组织工程研究与临床康复，2009，13（28）：5562.

［24］杨克明，张 浩.心病人骨髓间质细胞移植对心肌梗死后大鼠心功能影响的研究［J］.中国循环杂志，2005，1：131.

［25］Fiumana E，Pasquinellia，et al.Localization of mesenchymal stem cells grafted with a hyaluronan－based scaffold in the infarcted heart［J］.J Surg Res，2012，2：261.

［26］姚 巍，王凤芝.骨髓间充质细胞静脉移植联合自体骨髓干细胞动员时心肌病心力衰竭大鼠心功能的影响［J］.中国组织工程研究与临床康复，2008，12（29）：5645.

［27］Jui HY，Lin CH.Autologous Mesenchymal Stem Cells Prevent Transplant Arteriosclerosis by Enhancing Local Expression of Interleukin－10，Interferon－γ，and Indoleamine 2，3－dioxygenase［J］.Cell Trasplant，2012，4：386.