臍血干細胞的分化潛能及其臨床應用研究進展

孫秀芳

(泰安市第一人民醫(yī)院，山東泰安271000)

自1988年Gluckman等［1］首次應用人類白細胞抗原(HLA)相合的同胞臍血干細胞移植治療Fanconi貧血獲得成功以來，人們對臍血的基礎研究和臨床應用逐漸增多。2000年，Erices等［2］報道臍血中含有豐富的造血干細胞(HSCs)和間充質(zhì)干細胞(MSCs/MPCs)。Allen等［3］認為，MSCs由不均一的能產(chǎn)生生長因子、基因蛋白并且增殖過程中相互影響的細胞群組成，主要包括網(wǎng)狀內(nèi)皮細胞、成纖維細胞、脂肪細胞和成骨細胞，其形態(tài)和生物學特點與骨髓源性MSCs相似。近年研究顯示，臍血干細胞是一類具有與骨髓干細胞相似多向分化潛能的原始祖細胞，具有更新能力較強、抗原性弱、相對功能不成熟、移植物抗宿主病(GVHD)發(fā)生風險低等特點，且來源廣泛，應用不受倫理和道德限制，在應用再生醫(yī)學方面有巨大潛能。現(xiàn)將臍血干細胞分化潛能及其臨床應用研究綜述如下。

1 臍血干細胞的分化潛能

1972年，Caplan等將來源于鳥胚胎肢芽的MSCs分化成了軟骨、骨和肌肉;1976年，F(xiàn)riededstein發(fā)現(xiàn)骨髓中的MSCs可分化為骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞。多項實驗證實，臍血MSCs不僅支持造血系統(tǒng)，還可向中胚層和外胚層來源的組織分化，即在一定條件下分化為成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、神經(jīng)細胞、肝細胞、骨骼肌細胞等。

1.1 分化為肝樣細胞 有研究［4］發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、肝細胞生長因子(HGF)和制瘤素M(OSM)4周的誘導，MSCs成功分化為肝樣細胞，后者表達肝細胞特異基因，并且能夠分泌白蛋白和尿素。將分化后的肝樣細胞移植到肝臟損傷大鼠肝臟中后，大鼠血液中可檢測到人血白蛋白。新近研究［5］發(fā)現(xiàn)，“兩步誘導法”可使臍血中的MSCs分化為肝樣細胞、脂肪細胞和成骨細胞，且誘導后的肝樣細胞可檢測到肝細胞標志物及肝細胞功能性基因表達。提示臍血MSCs可作為良好的種子細胞用于肝病再生醫(yī)學治療。

1.2 分化為神經(jīng)樣細胞 誘導臍血干細胞向神經(jīng)樣細胞分化的方法是近年來研究的熱點之一。有研究［6］表明，從臍血中分離出的干細胞可以誘導分化為神經(jīng)樣細胞，后者對于腦局部缺血、神經(jīng)變性疾病和動物脊髓損傷有治療作用。

1.3 分化為軟骨細胞 有學者［7］將分離后的臍血MSCs培養(yǎng)于軟骨細胞誘導培養(yǎng)基中，并在培養(yǎng)基中加入10 ng/mL的轉(zhuǎn)化生長因子-β3，結果發(fā)現(xiàn)細胞在培養(yǎng)過程中聚團生長，第14～28天收集細胞聚集球，甲醛固定并蠟片包埋后染色分析顯示為軟骨細胞。另有研究者［8］用胰島素樣生長因子1誘導MSCs，培養(yǎng)12 d后蘇木精—伊紅染色見細胞分泌少量細胞外基質(zhì)，且在電子顯微鏡下呈現(xiàn)多邊形、蜘蛛網(wǎng)樣(外圍被細胞外基質(zhì)圍繞)等軟骨細胞特點。

1.4 分化為胰島樣細胞 1型糖尿病是一種自身免疫系統(tǒng)缺陷病，遺傳缺陷是此病的發(fā)病基礎。目前治療該病的最佳方法是胰島細胞移植，但胰島細胞來源匱乏。研究［9］表明，臍血 MSCs在 bFGF、表皮生長因子、B27和尼克酰胺等的作用下，可誘導分化為散在的胰島樣細胞及成群的胰島樣細胞群，且胰島樣細胞種類較多、大小不均一。

1.5 分化為心肌樣細胞 湯天軍等［10］用不同濃度的5-氮雜胞苷誘導臍血干細胞，結果透射電鏡下發(fā)現(xiàn)臍血干細胞內(nèi)有明顯的肌絲、橫紋樣結構形成，免疫組化和RT-PCR檢查均顯示有心肌樣細胞特異蛋白和基因表達。提示人臍血干細胞經(jīng)5-氮雜胞苷誘導后可分化為具有典型結構的心肌樣細胞。另有研究者［11］證實，臍血干細胞誘導分化成的心肌樣細胞具有心肌特異性動作電位。

2 臍血干細胞的臨床應用

2.1 用于血液系統(tǒng)疾病治療 HSCs移植是目前治療血液系統(tǒng)疾病最主要、最有效的手段。有研究［12］報道了22例成人高危急性淋巴細胞白血病患者，其中18例接受臍血HSC移植，患者3年移植相關死亡率(TRM)、總生存率和復發(fā)率分別為27%、50%和36%，并且在首次緩解期移植的患者TRM較低、總生存率較高;隨訪發(fā)現(xiàn)，移植后生存期超過2 a的患者均無復發(fā)。有研究者［13］用減低劑量預處理的雙份臍血HSC治療28例血液病患者，中位隨訪期21個月，預計5年總生存率為56%、無病存活率為48%，認為減低劑量預處理的雙份臍血HSC移植治療成人血液病安全、有效。

2.2 用于軟骨修復和成骨 Wakitani等［14］于1994年首先報道MSCs移植修復兔軟骨缺損獲得成功，隨后該研究團隊不斷有利用軟骨組織工程修復關節(jié)軟骨缺損的成果報道［15］。Guillot等［16］觀察了成骨不全孕小鼠子宮內(nèi)移植臍血MSCs的效果，發(fā)現(xiàn)未移植組和移植組新生小鼠骨折發(fā)生率分別為97.9%、58.6%，且后者骨骼強度、厚度、長度均有所改善。近期，中國臺灣、新加坡與瑞典的醫(yī)學研究團隊［17］公布了臺灣首個胎兒期干細胞移植治療“玻璃娃娃”的案例，研究人員分別在其胚胎期及一歲半左右(因生長緩慢)進行干細胞移植，目前患兒四歲，出生后未發(fā)生此種遺傳疾病常見的骨折。

2.3 用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療 有學者將臍血干細胞移植到神經(jīng)退行性病變和脊髓損傷動物模型體內(nèi)，結果發(fā)現(xiàn)臍血干細胞在受損部位存活，并且能夠增加受損細胞的生存期、減少受損部位神經(jīng)膠質(zhì)細胞死亡。另有學者［18］在動物脊索損傷部位直接注射臍血MSCs，并通過磁共振、體感誘發(fā)電位及組織病理學檢查等對治療效果進行評價，結果移植組脊索修復效果及神經(jīng)傳導功能明顯優(yōu)于對照組。

2.4 用于肝臟疾病治療 有學者將臍血干細胞經(jīng)腹腔注射到肝損傷動物模型體內(nèi)，結果流式細胞術、免疫組化及RT-PCR法均檢測到人肝臟細胞標志物的表達，且干細胞能顯著增加損傷肝臟的再生功能、顯著減少肝損傷小鼠的病死率［19］。

2.5 用于心肌疾病治療 近年來，干細胞移植在治療心血管疾病方面顯示了傳統(tǒng)治療方法所無可比擬的優(yōu)越性。Henning等［20］將臍血單個核細胞注射至大鼠心肌梗死周邊區(qū)，結果發(fā)現(xiàn)移植的細胞能在宿主體內(nèi)存活并改善心功能。尹俊等［21］將臍血干細胞注射至急性心肌梗死兔模型心肌內(nèi)，結果發(fā)現(xiàn)實驗組左心室收縮壓和左心室最大變化速率均明顯高于對照組，而左心室舒張壓顯著低于對照組、心肌梗死面積明顯小于對照組，差異均具有統(tǒng)計學意義。

2.6 用于糖尿病治療 美國佛羅里達大學的學者［22］對平均年齡5歲、平均病程9個月的1型糖尿病患者進行了治療，通過靜脈注射將臍血干細胞回輸?shù)襟w內(nèi)，隨訪1 a所有患者病情穩(wěn)定。Norman等［23］將臍血單個核細胞通過靜脈回輸?shù)姆绞阶⑷?型糖尿病小鼠體內(nèi)，結果小鼠糖尿病癥狀、腎小球肥大和腎小管擴張緩解，存活時間顯著延長。

2.7 其他 自1988年Gluckman成功進行第一例同胞臍血MSCs移植以來，該方法已經(jīng)成為MSCs移植的主要形式之一。大量循證醫(yī)學資料表明，臍血MSCs移植治療白血病效果確切，其白血病復發(fā)率、無病生存率、長期生存率與骨髓MSCs移植/外周血干細胞移植相當或更好。但單份臍血造血干/祖細胞含量有限、臨床應用受限。目前，80%的臍血用于兒童相關疾病的治療，成人患者則存在移植細胞數(shù)量不足、在體內(nèi)難以重建免疫機制等不足。為此，雙份或多份臍血混合移植用于成人患者已成為研究的新熱點。與單份臍血移植相比，兩份或多份臍血混合移植具有植入成功率高、TRM及復發(fā)率低、GVHD發(fā)生率無增加、移植物抗白血病(GVL)效應增強等優(yōu)點。值得注意的是，在雙份臍血移植中，兩種臍血的植入狀況不均衡，受者移植術后長期的造血和免疫功能重建來自其中的一份臍血，另一份臍血則被排斥。此外，移植臍血所含總有核細胞(TNC)及CD3+4細胞數(shù)、供受者之間HLA配型相合程度、血型是否相合等因素均和哪一份臍血最終植入無明確關系，淋巴細胞間的免疫反應可能為臍血最終植入的關鍵因素。

總之，臍血干細胞具有多項分化潛能，且臨床應用效果確切、應用范圍不斷拓展。隨著人們對臍血中非造血干細胞研究的深入，未來細胞治療和再生醫(yī)學將展示出更廣闊的前景。目前，臍血干細胞的臨床應用亟需相關部門出臺統(tǒng)一的規(guī)范和制度，其治療疾病的具體作用機制也需要進行更深入的研究。

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