Science

干细胞

干细胞是一类具有不同分化潜能,并在非分化状态下自我更新的细胞。  间充质干细胞、其种类和不同来源的区别间充质干细胞是干细胞的一个研究分支。间充质干细胞(mesenchymalstemcell,MSC)是属于中胚层的一类多能干细胞,最初发现于骨髓中,主要存在结缔组织和器官间质中。根据不同组织来源可分为,骨髓间充质干细胞、脐血间充质干细胞、胎盘间充质干细胞和脂肪间充质干细胞等。不同组织来源的间充质干细胞中,骨髓间充质干细胞具备向三系分化,较强的向炎症/损伤部位迁移和支持造血的能力,但相对脐血和胎盘有较弱的免疫抑制能力。1976年,Friedenstein等[1]从骨髓细胞中培养出可在体外大量扩增,铁壁、呈集落样生长且可定向分化的成纤维母细胞。随后,Prockop[2]和Pittenger[3]等分别证明了这种纤维原黏附细胞包含间充质干细胞,具有分化为多种间质组织(如骨、软骨、脂肪和平滑肌)的能力。鉴于这些特点,将这群细胞命名为骨髓间充质干细胞(hMSC)。MSC鉴定标准2006年,国际细胞治疗协会(InternationalSocietyforCellularTherapy,ISCT)将MSC的鉴定标准定义为:①在塑料培养皿内贴壁生长,在含血清的培养基内高度增殖;②表达CD105、CD73、CD90,不表达CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79a或CD19;③在体外可以分化为成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞。MSC的主要作用机制以往认为MSC之所以具有治疗多种疾病的潜能,是由于进入体内的MSC能够归巢并分化、代替损伤组织,后观察到移植的MSC大部分都停留在肝、脾和肺,到达损伤部位的数量很小。在到达靶组织的MSC中,只有少量的MSC长期停留在损伤部位。目前研究认为,间充质干细胞作用机制主要是通过分泌营养因子以内分泌和旁分泌的方式促进组织修复。同时,MSC还具有低免疫源性和免疫抑制作用。 MSC免疫调节功能 研究发现,MSC并不是单一地抑制某一类细胞亚群,而是通过准确感知他们所处炎症微环境的免疫失衡的性质,从而做出相应的调整策略。免疫调节功能主要以下两点:(1)低免疫原性表现为表达低水平的HLA/MHCⅠ分子、非组成性表达MHCⅡ类分子、不表达共刺激分子,以及不引起同种异源淋巴细胞的活化和增殖。(2)免疫抑制主要表现为能直接抑制活化T细胞增殖和IFN-g分泌;抑制DC分化,间接抑制T细胞增殖;影响效应T细胞亚群分化。除此,调节MSC靶细胞(NK细胞、B细胞、中性粒细胞、巨噬细胞等)的免疫生物学活性(如NK细胞的杀伤活性,细胞因子分泌,细胞毒活性等),从而诱导抗炎及免疫耐受效应。  支持和促进造血间充质干细胞作为造血微环境的前体细胞,造血干细胞通过自我复制和多向分化维持造血,而MSC通过与造血干细胞的相互作用,分泌多种细胞因子,或表达与造血干细胞黏附、归巢有关的黏附分子及细胞外基质蛋白,支持和促进了造血。促进血管修复MSC通过归巢和旁分泌作用,救助一些濒死细胞或通过分泌的细胞因子修复血管薄或漏的部分。目前干细胞治疗的适应症干细胞治疗的一般流程.mp4(请右键+O)。阿兹海默症阿尔茨海默病(Alzheimer’sdisease,AD),俗称老年痴呆症,是一种以临床和病理为特征的进行性、退行性神经病变,占所有痴呆症的60%,临床症状表现为记忆力进行性减退,伴有不同程度的认知、语言和人格异常。AD发病的主要病理机制是β淀粉样蛋白和Tau蛋白异常堆积造成中枢神经系统损伤,以及小胶质细胞、星行胶质细胞等介导的免疫损伤。研究发现,MSC治疗的主要作用机制是通过局部微环境作用下分泌因子介导,促进内源性神经再生、增强活性、免疫调控抑制炎症损伤,和(或)减少损害正常神经结构的因素水平(β淀粉样蛋白异常堆积),从而修复受损神经,显著改善人的学习和记忆能力,并减少海马中老年斑的沉积和神经元纤维缠结的形成。达到的治疗效果和症状改善指标如下:1.简易智能状态量表(MMSE)评分和日常生活活动量表(ADL)评分明显改善;2.血浆β-淀粉样蛋白含量明显下降;3.生活质量显著提高。干细胞移植后一周,精神状态开始好转,睡眠好,夜尿减少,食欲增加,皮肤较前光滑;全身骨痛不适较前减轻,双下肢凹陷性水肿逐渐消退,情绪稳定,记忆力、判断力、定向力较前明显改善;喜欢与别人沟通,能够很好的回答别人提问的问题;乏力减轻。有效率:目前治疗的有效率在70%-90%。脑中风、脑卒中、脑出血后遗症脑卒中,俗称脑中风,是指因脑血管阻塞或破裂引起的脑血流循环障碍和脑组织功能或结构损害的疾病,分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中。干细胞移植治疗缺血性脑卒中的作用机制是修复受损组织结构,分泌各种营养因子与受体结合启动信号传导,减少内源性细胞凋亡、促进神经再生和保护作用。达到的治疗效果和症状改善指标如下:1.神经功能检查量表NHSS评分;2.格拉斯哥昏迷评分(GCS)。术后NIHSS评分及GCS评分改善,对患者移植前后的语言、吞咽,肌力,头部CT进行检查,随访评定时间:1周、半月,1月、2月,1周到半月有效,移植6个月后症状改善,有效率达到80%以上。糖尿病糖尿病的病理解剖表现为细胞损伤性疾病。Ⅰ型糖尿病(TIDM)是一种T细胞介导的自身免疫性疾病,选择性破坏胰腺β细胞,导致患者体内胰岛素分泌匮乏。Ⅱ型糖尿患者产生胰岛素的能力并未完全丧失,只是胰岛素的作用效果下降,处于一种相对缺乏的状态,可以通过某些口服药物刺激体内胰岛素的分泌,但到后期仍有部分病人需要像Ⅰ型糖尿病那样进行胰岛素治疗。干细胞治疗的作用机制一方面改善胰岛β细胞的功能,促进原位再生、提高自噬能力、调节胰岛巨噬细胞的功能以修复受损的胰岛β细胞;另一方面通过活化信号通路,改善外周组织胰岛素抵抗。达到的治疗效果和症状改善指标如下:1.减少或停用胰岛素;2.高血糖发作频率下降;3.C肽水平升高;4.生活质量显著提高。术后7-10天,在维持原有胰岛素用量不变的情况下,患着出现低血糖症状(88.2%),开始胰岛素减量;治疗满6个月以上患者,C肽水平多数升高(77%),胰岛素持续减量。青岛大学附属医院:多数患者2周起效,且有低血糖表现,口服降糖药OAD及胰岛素用量减少,胰岛功能改善及血糖改善好转率63%左右第三军医大新桥医院徐梓辉主任介绍,通过自体骨髓干细胞移植来治疗糖尿病是目前的国际前沿技术,国外医学证明,患者手术后胰岛功能恢复的有效率达90%以上国内目前的有效率在60%-90%左右。脊髓损伤(Spinalcordinjury,SCI)、颅脑损伤(Braininjury,BI)目前有脊髓损伤动物模型表明,干细胞作用机制可能是为受损的脊髓补充神经元或分化细胞,促进其体内具有修复功能的神经因子的分泌和神经传导通路的再生,从而可有效地促进其受损脊髓组织的修复。对于颅脑损伤,干细胞作用机制可能为优先归巢到受损组织,分泌多种因子从而发挥营养、保护、清理、激活和桥接作用。达到的治疗效果和症状改善指标如下:脊髓损伤细胞移植:对受损脊髓有修复、再生和神经功能恢复的能力,临床表现为损伤平面平均下降4到5个节段,肌力有不同程度的提高,脊髓排尿排便功能明显改善,为临床晚期脊髓损伤患者的神经功能恢复带来希望。颅脑损伤细胞移植:术后3天,患者口吃表现好转,逐渐可自行坐立及自行站立。 急性心肌梗塞(AMI)现有的心肌梗塞治疗方法存在无法逆转梗死心肌,对终末期心衰疗效差,供体来源有限、免疫排斥等问题,而自体骨髓干细胞移植后心肌细胞和血管内皮细胞的成功再生,解决了坏死心肌无法逆转再生的难题,为临床治疗心肌坏死、纤维化而导致的心率衰竭提供了有效的治疗手段。2001年德国的医学家首次利用骨髓干细胞移植治疗急性心肌梗死(AMI),发现移植骨骼肌成纤维细胞能改善梗死后心力衰竭,基础研究和临床研究已经证实,将干细胞或祖细胞移植到心脏能改善受损心脏的组织灌注和收缩功能。干细胞治疗心肌梗塞的原理为MSC对心脏功能起作用是通过其旁分泌因子而非直接分化为心脏细胞。动物实验发现,胚胎干细胞分化的MSC所分泌的外泌体可以减少缺血再灌注损伤小鼠心肌梗死面积、改善心脏功能。并发现MSC源的外泌体可以减少氧化应激,同时还有抗炎作用。达到的治疗效果和症状改善指标如下:射血分数(EF)值及左室收缩期、舒张期末径、心指数、梗死面积,运动耐量、严重心律失常、再发心血管事件、死亡率等。经冠脉移植自体外周血干细胞治疗AMI随机、对照临床研究,结果显示干细胞对修复心肌梗塞显著提高,同时证明干细胞治疗安全可行。  备注:【1】FriedensteinAJ,DeriglasovaUF,KulaginaNN,etal.Fibrolastprecursorsinnormalandirradiatemousehematopoieticorgans.ExpHematol,1976,2:83-92. 【2】ProckopDJ.Marrowstromalcellsarestemcellsfornohematopoietictissues.Science,1997,276:71-74.【3】PittengerMF,MackayAM,BeckSC,etal.Multilineagepotentialofadulthumanmesenchymalstemcells.Science,1999;284:143-147.

View Details

干细胞外泌体

外泌体(exosome)一种由细胞分泌到细胞外的磷脂双分子层囊泡状小体,内含多种蛋白、脂类、信使核糖核酸/微小核糖核酸等,通过参与细胞间信息交流、免疫调节等发会重要作用,并参与到多种生理病理过程中。而间充质干细胞源的外泌体(MSC-exosomes)能够模拟MSC的生物学功能,具有促进组织修复或调节免疫等作用,并且具备免疫原性低、稳定性高、运输效率高的特点。外泌体形成过程1.细胞膜内陷形成胞内小泡,收容部分细胞浆,并转运到早期内体;2.早期内体经过内部的酸化发育成为晚期内体,而晚期内体中的微粒体膜再向内“出芽”形成多囊泡内体;3.在多种机制的共同作用下,向外定向输出的多囊泡内体与细胞膜发生融合,存在其内部形态大小均一的囊泡被释放到细胞外,形成外泌体(图1)。  生理功能外泌体来源不同,则功能也不同。外泌体通过自分泌、旁分泌和内分泌等三种方式实现生物信息的交换和传递,通过表面信号分子的直接作用,或生物活性成分的胞外释放以及膜融合的过程,对细胞内的生理活动进行调节。 外泌体对靶细胞的作用方式:1.与靶细胞膜融合进入细胞内释放内容物;2.受体-配体相互作用;3.靶细胞通过内吞作用摄入外泌体。外泌体的脂质双分子层结构及上述特性可能使其成为靶向给药的理想载体。外泌体在疾病治疗中的作用对肾脏的保护作用MSC-exosomes能够保护药物、肾切除等诱导的肾损伤。 对心血管疾病的治疗潜能MSC-exosomes能够减少AMI后心肌缺血/再灌注(I/R)损伤,促进心功能恢复、降低心衰发生,抑制炎性反应。其中富含的miRNA-19、miRNA-21、miRNA22,主要起到抑制凋亡、促进血液新生,改善心脏功能的作用。研究证明经miR-486基因修饰的脐带源MSC-exosomes对心肌细胞有促增殖和抑制细胞凋亡的作用。对肺的保护作用MSC-exosomes能够保护内毒素诱导的肺损伤。发现MSC-exosomes会降低肺水肿程度和蛋白质渗透率,机制可能由于转运到肺组织中的KGF具有促进II型肺泡上皮增生和抗凋亡等生物学功能。 对脑中风和阿尔茨海默病的治疗潜能 MSC-exosomes能够保护脑中风,其中的miR-133对神经突数量、神经突分支数量、神经突总长度能够起到保护和促生长作用。除此,MSC-exosomes还具有治疗阿尔茨海默病的潜能,其中的脑啡肽酶活性较高(NEP,一种脑中降解导致阿尔茨海默病的β淀粉样蛋白质最重要的酶),能降低神经细胞中新合成的β淀粉样蛋白质量和数量。对免疫调节的作用MSC-exosomes能够诱导单核细胞分泌TH2和TGF-β抗炎因子,抑制淋巴细胞增殖,其作用能力与MSC的激活状态呈正相关。不仅如此,MSC-exosomes还能诱导激活的T细胞凋亡,增加调节性T细胞的比例。除此,能够调节外周自身免疫耐受,用于治疗自身免疫性疾病。 对肿瘤治疗中潜能MSC-exosomes既可通过抑制免疫细胞(DCs、NK细胞、CD4+、CD8+或T细胞等)引发抗肿瘤反应,也可诱导免疫抑制或调节细胞群(MDSCs、Tregs或Bregs等)介导的免疫抑制。具体表现为对肿瘤细胞增殖、迁移和凋亡调控;对肿瘤耐药性调控;作为核酸或药物的安全有效的递送载体。正是因为干细胞具有无限生产能力,这种作为药物递送载体的作用能最大限度地满足肿瘤治疗需求。

View Details

干细胞因子

干细胞因子:这里是指可靶向调控干细胞的干性维持、定向分化等特性的重要因子,以及由不同的干细胞或基质细胞产生能在干细胞治疗中对损伤修复起关键作用的活性因子。干细胞因子可以是转录因子,生长因子,也可是某些分化抑制因子及趋化因子等。利用干细胞因子,对受损组织内在的干细胞进行靶向干预,以恢复和激活内在干细胞的功能,促进组织修复再生,从而实现无细胞的干细胞治疗。干细胞因子的作用机制干细胞因子对干细胞增殖及分化的靶向调控通过影响信号通路参与调控干细胞的特性,包括促进细胞分化生长(表皮生长因子EGF,血小板源生长因子PDGF,胰岛素样生长因子-1IGF-1等);维持干细胞未分化状态(IL-1,IL-6,神经生长因子,碱性纤维细胞生长因子等);干细胞因子调控的多样性对不同的细胞产生不同作用,如LIF可诱导白血病细胞株M1细胞向正常细胞分化,但却能抑制胚胎干细胞的分化。干细胞因子对迁移定位的靶向调控如通过损伤或炎性部位的免疫细胞分泌的细胞因子,促进间充质干细胞向损伤处迁移定位,从而促进MSC对损伤组织细胞的修复作用。研究发现,采用不同细胞因子在不同时程的组合比单一因子更能有效地调控干细胞特性。在干细胞治疗中,采用更为有效的细胞因子组合,选择适合的时程体外促进干细胞的分化、迁移,既可提高干细胞治疗的效果,同时也为将来直接利用干细胞因子体内输注,恢复和激活内在干细胞的功能奠定基础。干细胞因子在疾病治疗中的主要作用干细胞因子对疾病作用的研究显示,干细胞因子有用于治疗血液、心血管、糖尿病和神经退行性病变等多种疾病的潜能。干细胞因子的免疫调控作用MSC通过旁分泌作用抑制B细胞和T细胞的增殖,激活T细胞的凋亡、影响DC细胞的迁移与成熟、降低T细胞对抗原的识别能力、诱导NK细胞的免疫耐受,包括TGF-β、IL-10、PGE-2、HGF等。通过免疫调节,提高干细胞抑制治疗的成功率。干细胞因子的组织修复作用研究发现,在静脉输注干细胞修复心肌缺血损伤过程中,干细胞分泌的TSG-6发挥关键作用,明显减轻的炎症反应,炎症因子、趋化因子基质金属蛋白酶的含量明显降低,充分说明MSC效应分子TSG-6具有治疗损伤的潜能,表明利用具有干细胞调控功能的干细胞因子替代干细胞来治疗疾病,实现无细胞的干细胞治疗,具有一定的可能性。

View Details
< 1 >