肌源性干/祖細(xì)胞對造血干細(xì)胞分化、支持的研究進(jìn)展*

古晶晶 綜述，鄭 波 審校

(1.寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，銀川 750004；2.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院血液科，銀川 750004)

造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cells，HSCs)是具有自我更新能力并能分化為各種血細(xì)胞的前體細(xì)胞，也可以說它是一切血細(xì)胞的原始細(xì)胞[1]。機(jī)體的正常造血依賴造血干/祖細(xì)胞(hematopoietic stem/progenitor cells，HSPCs)，以及支持造血細(xì)胞生長發(fā)育的基質(zhì)細(xì)胞即間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem/stromal cells，MSCs)的相互作用[2]。MSCs作為骨髓基質(zhì)細(xì)胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)，除可形成骨髓微環(huán)境外，還可表達(dá)多種造血相關(guān)因子[3-4]，促進(jìn)HSPCs增殖、分化、成熟，因此骨髓MSCs具有維持骨髓正常造血的功能，在造血調(diào)控中發(fā)揮重要的作用。迄今為止，常用的促進(jìn)造血的基質(zhì)細(xì)胞主要來源于骨髓，但從骨髓獲取基質(zhì)細(xì)胞受到一些限制：(1)骨髓在取材過程中容易造成污染；(2)人體骨髓中MSCs含量極其稀少，每105～106個單個核細(xì)胞中約有1個MSCs；(3)隨著年齡的增加,骨髓中MSCs的數(shù)量、增殖和分化能力均顯著下降。

為了改變這一狀況，研究者將目光轉(zhuǎn)向了骨髓以外來源的基質(zhì)細(xì)胞。肌肉組織是人體的主要構(gòu)成部分,占人體總質(zhì)量的30%～40%,并且取材相對容易和安全。在肌肉組織中存在多種肌源性干/祖細(xì)胞(muscle-derived stem/progenitor cells，MDSPCs)，包括衛(wèi)星細(xì)胞(satellite cells，SCs)、肌源性干細(xì)胞(muscle-derived stem cells，MDSCs)、肌血管內(nèi)皮細(xì)胞(myoendothelial cells，MECs)、肌血管外膜細(xì)胞(perivascular stem cell，PSCs)、多能成年祖細(xì)胞(multipotent adult progenitor cells，MAPC)和側(cè)群細(xì)胞(side populations，SP)等。SCs的前體細(xì)胞MDSCs被認(rèn)為具有更好的再生能力，并且表現(xiàn)出更好的細(xì)胞存活和分化能力，這些特性使其成為組織再生和組織工程的理想干細(xì)胞，MDSCs不僅能分化為多種譜系如肌原細(xì)胞、成脂細(xì)胞、成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞，還可以向造血譜系分化[5-6]。研究發(fā)現(xiàn)HSCs可以促進(jìn)肌肉損傷修復(fù)，而且MDSPCs還可以向HSCs分化。本文就MDSPCs與HSCs之間的相互作用及研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 HSCs向MDSPCs轉(zhuǎn)變及對肌肉損傷修復(fù)的支持作用

HSCs是一類具有自我更新和多系分化能力的原始細(xì)胞，有研究表明來自骨髓的HSCs可以分化為骨骼肌纖維。一些研究證明將CD45+HSCs通過靜脈移植入小鼠后，小鼠體內(nèi)HSCs含量多的部位產(chǎn)生了骨骼肌纖維[7]。同時，CAMARGO等[8]也證實(shí)，將單個CD45+HSCs通過靜脈移植入小鼠體內(nèi)，觀察到在mdx小鼠(Duchenne肌營養(yǎng)不良模型)肌肉組織中含有少量HSCs。

骨骼肌由多核肌纖維構(gòu)成，通過單核成肌細(xì)胞的融合形成肌肉組織。一些動物研究已經(jīng)證明，來自骨髓的細(xì)胞具有促進(jìn)受損的骨骼肌組織再生的能力[7]。在成人肌肉組織中，成肌細(xì)胞來源于SCs祖細(xì)胞群。研究表明HSCs能夠在骨髓移植后促進(jìn)肌肉的再生，這種現(xiàn)象引起了許多研究者的關(guān)注。CORBEL等[9]將CD45+HSCs通過靜脈移植入小鼠后發(fā)現(xiàn)，肌肉中多達(dá)5%的肌纖維在移植16個月后含有HSCs衍生的細(xì)胞。而且，肌肉損傷越嚴(yán)重，含有HSCs衍生的細(xì)胞越多。STR?MBERG等[10]對數(shù)年前移植了男性HSCs的女性股骨外側(cè)骨骼肌進(jìn)行活組織檢查，同時以未移植男性HSCs的女性股骨外側(cè)骨骼肌作為對照。通過對骨骼肌纖維、SCs和內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells，ECs)的免疫組織化學(xué)染色，以及X和Y染色體的熒光原位雜交(FISH)來鑒定BM細(xì)胞的來源。觀察到組織切片中的CD56+SCs中及從SCs培養(yǎng)的成肌細(xì)胞中檢測到Y(jié)染色體。但是，對照組女性的骨骼肌檢查中未發(fā)現(xiàn)Y染色體。研究結(jié)果支持骨髓細(xì)胞對骨骼肌的增生通過與肌纖維的直接融合發(fā)生，并且這些供者細(xì)胞來自造血譜系，表明HSCs對肌肉損傷修復(fù)的支持作用。

2 MDSPCs向HSCs分化

在1965年MUIR等首先發(fā)現(xiàn)并確定骨骼肌干細(xì)胞是SCs。隨著研究的深入，QU-PETERSEN等[11]于2002年通過差速貼壁的方法將小鼠骨骼肌內(nèi)各種不同類型的細(xì)胞分離開來，最終分離出一群具有成肌性強(qiáng)，且體外高擴(kuò)增能力的MDSCs。ZHENG等[12]應(yīng)用多參數(shù)流式細(xì)胞儀分選技術(shù)，成功地從人的骨骼肌中分離出來既表達(dá)成肌細(xì)胞標(biāo)記又表達(dá)血管ECs標(biāo)記的細(xì)胞群MECs，其被認(rèn)為是對應(yīng)小鼠的人來源的MDSCs。

研究報道將MDSCs聯(lián)合骨髓移植進(jìn)經(jīng)放射照射摧毀造血功能的小鼠體內(nèi)，能使小鼠恢復(fù)造血功能而且造血活性比單純移植骨髓高10～14倍[13]。研究還發(fā)現(xiàn)通過體外造血集落形成實(shí)驗(yàn)，MDSCs可形成多種類型的造血集落，如在甲基纖維素培養(yǎng)基中添加干細(xì)胞因子、白細(xì)胞介素(IL)-3、IL-6及促紅細(xì)胞生成素，可促進(jìn)MDSCs向造血細(xì)胞分化[14]。CAO等[15]從營養(yǎng)不良肌肉中分離出了一群表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物的MDSCs。將供者小鼠(CD45.2+)3個MDSCs克隆分別移植至致死劑量照射的受者小鼠(CD45.1+)后，能重建受者小鼠(CD45.1+)的造血功能，并經(jīng)流式分析證明受者小鼠(CD45.1+)的淋系及髓系表達(dá)供者小鼠(CD45.2+)的標(biāo)記物。有研究表明，從肌肉組織來源的CD45+SP能向外周血的紅系、粒系及血小板分化，并具有極強(qiáng)的造血分化能力，能使經(jīng)致死劑量照射的小鼠造血能力重建，且其造血能力長期存在[16]。然而人來源的MECs，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)不能向HSCs分化，其原因不清楚可能與種屬不同有關(guān)[17]。

3 MDSPCs對HSCs的作用及展望

1978年，SCHOFIELD首次提出HSCs骨髓微環(huán)境龕(niche)的概念，認(rèn)為龕對于HSCs的功能維持十分重要，并得到了研究者的進(jìn)一步證實(shí)[18]。干細(xì)胞龕通常被定義為干細(xì)胞可以永久地定置并能進(jìn)行自我更新、產(chǎn)生后代的特定位置[19-21]。HSCs最終定位于骨髓內(nèi)的造血龕 (HSCs niche)。造血龕為HSCs的生長和發(fā)育提供了一個特定場所。依據(jù)空間及功能的不同將HSCs niche分為骨龕(osteoblastic niche)和血管龕(vascular niche)[22]。

眾所周知，體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)造血依賴于復(fù)雜而完整的骨髓造血微環(huán)境，主要通過骨髓內(nèi)MSCs與HSCs間的相互作用、基質(zhì)細(xì)胞分泌的生長或抑制因子及基質(zhì)細(xì)胞與造血細(xì)胞間的相互作用來調(diào)節(jié)造血功能[23]。現(xiàn)在大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，骨髓造血微環(huán)境主要由骨內(nèi)膜微環(huán)境和血管微環(huán)境組成，骨內(nèi)膜微環(huán)境的主要作用是維持HSCs的靜息態(tài)，脈管微環(huán)境的主要作用是調(diào)節(jié)HSPCs的增殖、分化和動員，二者共同維持機(jī)體造血的動態(tài)平衡[24-25]。造血細(xì)胞長期培養(yǎng)(long-term culture，LTC)常利用預(yù)先貼壁的基質(zhì)細(xì)胞作為滋養(yǎng)層，這些基質(zhì)細(xì)胞為造血細(xì)胞提供刺激和抑制信號，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖。

但是骨髓來源的基質(zhì)細(xì)胞MSCs受取材數(shù)量有限等因素限制，所以非骨髓來源的基質(zhì)細(xì)胞變得尤為重要。MDSPCs來源豐富、取材方便、體外擴(kuò)增迅速及移植存活率高，并且具有自我更新和向造血譜系分化的潛能。費(fèi)成明等[26]發(fā)現(xiàn)，MDSCs在造血微環(huán)境下能特異性分泌多種生物活性物質(zhì)，影響骨的形成和重建過程，并部分分化為成骨細(xì)胞，其中成骨細(xì)胞可以通過分泌骨橋蛋白、N2鈣黏蛋白和B2連環(huán)蛋白來調(diào)控HSCs的造血生成。

PSCs即表達(dá)CD146標(biāo)記的周細(xì)胞(CD146+pericytes，CD146+PSCs)，是血管周微環(huán)境的重要核心組成成分。研究發(fā)現(xiàn)，人肌源性PSCs在細(xì)胞表型、分化能力等方面與MSCs具有相似性，PSCs是MSCs 的前體細(xì)胞[27-29]。CORSELLI等[30]研究表明，不論是從脂肪還是從骨髓中分選的CD146+PSCs，在不需要添加造血因子情況下與HSPCs共培養(yǎng)2周，然后將HSPCs移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，結(jié)果表明CD146+PSCs在體外和體內(nèi)對造血的擴(kuò)增和支持作用都優(yōu)于未分選的MSCs和CD146- PSCs。MECs與MSCs存在相似性，培養(yǎng)后表達(dá)MSCs的表面標(biāo)志CD90、CD105、CD29、CD44和CD146，同樣具有多能性，能分化形成機(jī)體組織，如骨組織、軟骨組織和肌肉細(xì)胞。但是MECs對 HSCs是否有促進(jìn)作用，還有待于研究。因此開展有關(guān)MDSPCs對HSCs支持作用的研究，有望為HSCs的擴(kuò)增提供一個嶄新而豐富的基質(zhì)細(xì)胞來源。