人羊膜间充质干细胞的研究进展

曾鹏辉, 尹文君

南华大学衡阳医学院附属第一医院检验科, 湖南衡阳 421001

人羊膜间充质干细胞(human amniotic mesenchymal stem cell,hAMSC)分布于胎盘羊膜间充质层,在体外可分化为成脂肪细胞、成骨细胞和成软骨细胞等多种细胞。hAMSC缺乏组织相容性抗原及端粒酶的表达,表现出低免疫原性及低致瘤性的特点[1]。hAMSC通过支持造血、降低氧化应激及抑制炎症等多种途径在疾病治疗中发挥着积极作用[2],同时hAMSC可通过旁分泌作用发挥免疫抑制和组织修复的作用[3]。本文通过对hAMSC的相关研究进行总结,综述了hAMSC的生物特性及在各个系统疾病治疗中的应用。

1 hAMSC生物学特征

hAMSC在体外的形态与成纤维细胞相似,表现为梭形。hAMSC表面表达有CD44、CD73、CD90和CD105等多种干细胞标志物,但不表达CD34、CD45、CD11b、CD19和HLA-DR[4],这体现出hAMSC具有良好的细胞干性及低免疫原性。hAMSC是细胞因子的丰富来源,可通过旁分泌作用释放各种细胞因子从而起到促进组织修复及调节免疫反应的作用[3,5]。

2 hAMSC应用于各系统疾病

2.1 免疫系统疾病

免疫系统在人体起到了免疫监视、防御、调控的作用,免疫系统失衡往往导致多种疾病的发生。hAMSC可通过分泌可溶性细胞因子抑制单核细胞增殖,降低T细胞功能和NK细胞毒性,并通过抑制肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)和干扰素γ(interferon gamma,IFN-γ)等细胞因子的分泌来抑制组织局部炎症的发生[6]。在适应性免疫中,hAMSC可以通过抑制干扰素调节因子4、PR/SET结构域1、X-盒结合蛋白1的基因表达,阻断B细胞分化及CD138+浆细胞的生成[7]。综上,hAMSC能通过调节免疫系统有效抑制炎症的发生。

2.2 生殖系统疾病

在女性生殖系统中,hAMSC移植是一种有望治疗卵巢早衰的方法。在卵巢早衰模型鼠中注射hAMSC可观察到hAMSC向受损卵巢部位迁移[8]。在受损卵巢处,hAMSC可促进卵巢组织中血管内皮生长因子和胰岛素样生长因子1的表达并激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信号通路,从而改善卵巢局部微环境[9]。hAMSC还可以通过外泌体调节颗粒细胞和卵巢中沉默信息调节因子4、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、血管内皮生长因子水平,促进卵巢组织血管生成等,从而调控卵泡发育和增殖[10];提示hAMSC可通过多种途径促进卵泡发育、恢复颗粒细胞增殖和内分泌功能。

在男性生殖系统中,hAMSC可促进雄激素合成从而发挥保护睾丸的作用[11];并可通过hAMSC中的骨膜蛋白激活β-连环蛋白和细胞周期蛋白D1促进精原细胞增殖[12]。

2.3 皮肤系统疾病

皮肤的伤口愈合涉及到成纤维细胞与角质形成细胞的增殖及分化。一方面,hAMSC通过减少成纤维细胞内ROS的产生,提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性,促进人成纤维细胞的增殖和迁移[13]。另一方面,hAMSC通过激活c-Jun氨基末端激酶信号通路增强角质形成细胞的迁移和分化[14]。同时hAMSC通过激活成纤维细胞与角质形成细胞中磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B和糖原合成酶激酶3/β-连环蛋白信号通路,促进创面愈合,加速创面上皮化[4]。

2.4 骨骼系统疾病

骨骼系统损伤常见的症状是骨缺损。hAMSC可诱导M2巨噬细胞分泌骨形态发生蛋白-2和血管内皮生长因子,并促进骨缺损部分矿化沉积速率及骨再生[15-16]。

金属钛是骨缺损修复常用的材料,主要起支撑或引导骨再生的作用。与钛合金相比,黏附有hAMSC的钛合金在治疗骨缺损时表现出更好的治疗效果[17]。由于骨骼修复过程中不仅需要有组织的修复还需要有力学支撑,因此刚性生物材料与hAMSC的结合会是一个重要的发展方向。

2.5 神经系统疾病

淀粉样蛋白-β肽(Aβ)的沉积是导致阿尔茨海默病发生发展的重要原因。hAMSC可以促进阿尔茨海默病模型鼠中小胶质细胞的活化,增强其对β-淀粉样蛋白的吞噬能力,另一方面通过旁分泌作用下调TNF-α和IL-1β等炎症因子表达,调节局部炎症反应[18]。通过注射高表达脑源性神经营养因子基因的hAMSC可显著提高老年痴呆大鼠中血清谷胱甘肽及脑组织超氧化物歧化酶的含量,并显著降低大脑皮质和海马中的淀粉样蛋白β,从而进一步改善老年痴呆大鼠学习能力[19]。

2.6 消化系统疾病

肝脏是人体消化系统的重要组成部分,在肝脏中,库普弗细胞、巨噬细胞及肝星状细胞的过度激活是导致肝纤维化的重要原因。hAMSC的输注可有效抑制肝星状细胞激活,减少库普弗细胞数量,同时抑制肝脏炎症和氧化应激,并通过抑制α-平滑肌肌动蛋白、金属蛋白酶组织抑制剂-1和Ⅰ型胶原蛋白表达来改善肝组织微环境从而减少胶原沉积[20];同时通过提高hAMSC中IL-10的表达,从而起到抑制肝纤维化作用[21]。

2.7 呼吸系统疾病

急性肺损伤时,肺组织中血管内细胞、肺泡壁组织、肺泡毛细血管屏障均遭到破坏,hAMSC可以迁移到受损的肺部,通过降低局部炎症反应来改善呼吸和免疫功能[22-23];同时,还可以抑制肺内淋巴样聚集物的形成和扩张,从而减弱肺部炎症过程,减少纤维化病变的进展[24]。

2.8 循环系统疾病

hAMSC通过趋化因子粒细胞趋化蛋白2、中性粒细胞激活肽2和低氧诱导因子-1,诱导心脏血管再生。同时hAMSC还可以刺激内源性细胞旁分泌因子的释放,改善心肌修复,诱导M2样巨噬细胞极化,并通过前列腺素E2、趋化因子配体2和TGF-β增强hAMSC的增殖和迁移能力,从而增强受损心肌的功能[25]。

2.9 泌尿系统疾病

泌尿系统由肾脏、输尿管、膀胱及尿道组成。在急性肾损伤中,hAMSC可以迁移到受损的肾间质中,促进肾组织结构的恢复,并降低血清中肌酐、尿素氮的含量,同时通过减少Ⅰ型胶原蛋白和TGF-β的表达以及增加骨形态发生蛋白来减轻间质纤维化,促进肾细胞再生和生长因子分泌,从而改善肾功能[26-27]。

3 展 望

随着3D培养、无血清培养及向特定组织细胞分化研究的不断深入,hAMSC的潜能在不断被挖掘。hAMSC在各种疾病治疗中的研究机制也为其在临床的应用奠定了基础,但是hAMSC的获取、培养、注射方式、剂量等方面的标准流程也需要大量实验结果支撑。hAMSC在疾病治疗所涉及的分子机制还有待进一步的研究探讨。