骨髓干細(xì)胞的可塑性及其在栓塞性疾病中的應(yīng)用(一)

1、骨髓干細(xì)胞的可塑性及其在栓塞性疾病中的應(yīng)用(一)    【關(guān)鍵詞】 可塑性, 骨髓干細(xì)胞； 栓塞性疾病血管栓塞是急性心肌梗死、腦梗死、血栓閉塞性脈管炎、糖尿病足等栓塞性疾病的發(fā)病原因。多年來其治療方法無實質(zhì)性進(jìn)展，目前臨床上針對這些疾病的主要治療手段，如藥物溶血栓、血管分流移植和介入手術(shù)等均難達(dá)到理想效果。20世紀(jì)末骨髓干細(xì)胞可塑性的發(fā)現(xiàn)以及相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)展為栓塞性疾病的治療開辟了新途徑，有望成為其新治療手段之一。骨髓干細(xì)胞（bone marrow stem cells, BMSC）是成體干細(xì)胞的一種，由造血干細(xì)胞（hematopoietic stem

2、 cells, HSC）、間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells, MSC）和內(nèi)皮祖細(xì)胞(endotheial progenitor cells, EPC)組成。骨髓干細(xì)胞在實驗條件控制下可以分化為成肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等，這種生物學(xué)特性被稱為可塑性(plasticity)。人們對成體干細(xì)胞可塑性還沒有統(tǒng)一的定義，一般理解為：干細(xì)胞除定向分化為其所在組織器官的特化細(xì)胞外，在一定條件下還能分化為與其所在組織不同的其他組織類型細(xì)胞。1 骨髓干細(xì)胞移植在心肌梗死治療中的應(yīng)用骨髓干細(xì)胞在心肌梗死中的應(yīng)用是目前研究最為深入的領(lǐng)域之一。Orlic等1將經(jīng)螢光標(biāo)記的骨髓干

3、細(xì)胞注射到心梗動物模型的梗死邊緣區(qū)，9 d后新生的心肌組織約占心肌梗死部位存活心肌的68%。Fukuda 等2將標(biāo)記EGFP(enhanced green fluorescent protein,強化綠色熒光蛋白)的轉(zhuǎn)基因小鼠骨髓細(xì)胞移植給經(jīng)致死劑量照射的心梗小鼠模型，8周后全骨髓細(xì)胞移植組心梗區(qū)EGFP+的心肌細(xì)胞超過了5 000/只；把克隆純化的EGFP+MSC移植到經(jīng)致死劑量照射的心梗小鼠模型，在心肌缺血區(qū)也發(fā)現(xiàn)了EGFP+actinin+的細(xì)胞。Deb 等3在8位接受女性心臟移植的男性患者的心肌組織中發(fā)現(xiàn)18%的心肌細(xì)胞、20%冠狀動脈和14%的毛細(xì)血管Y染色體陽性，在排除細(xì)胞融合造成

4、的混亂之后，Deb 等認(rèn)為是患者的自體骨髓干細(xì)胞遷移到被移植的心臟中分化成為新的心肌細(xì)胞、冠狀動脈和毛細(xì)血管。直接把自體MSC經(jīng)冠狀動脈移植到急性心?；蚵孕募∪毖∪说男呐K，也能起到改善病人心功能的效果4，5。骨髓干細(xì)胞移植改善梗死后心臟功能的機制還不是十分清楚。外源性的MSC可以歸巢到正?；蚬Ｋ赖男募〗M織，但是MSC在正常的心肌組織中并不具有分化成心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)特性6。故有人認(rèn)為并非MSC等細(xì)胞能轉(zhuǎn)化成為心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，而是MSC本身可以調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞凋亡和心室重構(gòu)，導(dǎo)致了患者心臟功能改善。Xiaohua 等7在骨髓干細(xì)胞移植心梗模型中檢測到其型、型膠原蛋白、TIMP1（

5、tissue inhibitor of matrix metalloproteinase,基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子1）、TGF1(transforming growth factor,轉(zhuǎn)化生長因子1)等細(xì)胞外基質(zhì)mRNA表達(dá)增加。他們認(rèn)為MSC能夠選擇性地降低細(xì)胞外基質(zhì)基因的表達(dá)，抑制心肌重構(gòu)，改善心梗模型心功能。有人發(fā)現(xiàn)MSC對梗死區(qū)血管新生的直接或間接作用也促進(jìn)了心肌修復(fù)和心臟功能改善8，9。也有人認(rèn)為MSC與宿主細(xì)胞建立了電機械耦合直接參與宿主心臟收縮10。2 骨髓干細(xì)胞移植在腦梗死治療中的應(yīng)用傳統(tǒng)觀念認(rèn)為腦組織缺血梗死以后中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元細(xì)胞難以通自身恢復(fù)或再生加以修復(fù)，這是腦梗

6、死損傷致殘的根本原因。隨著干細(xì)胞和組織工程的興起，近年來有不少研究者開始進(jìn)行骨髓干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化的研究。Mezey 等11在不能產(chǎn)生自體髓系和淋巴系血細(xì)胞的小鼠模型體內(nèi)移植入骨髓細(xì)胞，觀察到這些細(xì)胞在體內(nèi)可遷移到大腦并表達(dá)神經(jīng)特異性抗原，他們認(rèn)為骨髓細(xì)胞可能是神經(jīng)元細(xì)胞再生的來源之一。此后許多研究均證實在體外可誘導(dǎo)MSC向神經(jīng)元樣細(xì)胞分化。用粒細(xì)胞集落刺激因子（granulocyteolonystimulating factor, GCSF）作為動員劑，動員骨髓干細(xì)胞向缺血性腦梗死模型的梗死部位遷移，發(fā)現(xiàn)GCSF治療組的腦梗死體積明顯小于對照組，病理損傷也較輕，術(shù)后48 h在腦梗死灶發(fā)現(xiàn)C

7、D 34+單個核細(xì)胞浸潤，以及帶有CD 34+椎形細(xì)胞生長。由于腦組織中無CD 34+細(xì)胞，因此推斷GCSF動員了骨髓中的CD 34+細(xì)胞進(jìn)入梗死部位并向神經(jīng)元樣細(xì)胞分化12。Yao 等13把人MSC在體外擴增并用參芪扶正液誘導(dǎo)30 min后注射到大腦中動脈栓塞大鼠腦部,所有模型鼠都存活6周以上，且肢體的運動功能提高，觸覺、感知覺減退情況改善，免疫組化顯示移植后MSC表達(dá)NSE （neurone specific enolase, 神經(jīng)元特異性烯醇酶）、NF（neurofilament, 神經(jīng)微絲）、GFAP（glial fibrillary acidic protein,神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白）等

8、人類特異性的抗原。Bang 等14把30例大腦中動脈栓塞合并嚴(yán)重神經(jīng)功能缺陷的病人隨機分為兩組：A組靜脈注射自體MSC（1×108個/人），B組作為對照接受常規(guī)治療，結(jié)果MSC移植組病人在移植后612個月中Barthel指數(shù)和Rankin評分持續(xù)穩(wěn)定地好轉(zhuǎn)。這些研究證明骨髓干細(xì)胞不僅能夠遷移到梗死腦組織而且能改善腦功能。目前對干細(xì)胞促進(jìn)梗死后腦組織功能恢復(fù)的機制只有一些假說。一種假說認(rèn)為可能是干細(xì)胞替代損傷細(xì)胞整合入組織重建神經(jīng)環(huán)路，促進(jìn)了功能恢復(fù)。另一種假說認(rèn)為骨髓干細(xì)胞與宿主腦組織的相互作用促進(jìn)干細(xì)胞分泌一些具有促使下丘腦神經(jīng)元細(xì)胞存活、生長和分化作用的因子如IL6、MCSF等,

9、 這些因子促進(jìn)神經(jīng)元前體細(xì)胞生長分化遷移，使腦組織可塑性上調(diào)，促進(jìn)功能恢復(fù)。Kurozumi等15用腺病毒載體將BDNF(腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子)基因轉(zhuǎn)染人MSC，并用于治療大腦中動脈栓塞大鼠，結(jié)果MSCBDNF治療組大鼠無論是腦梗死的體積還是腦功能的恢復(fù)都優(yōu)于單用MSC治療的對照組,說明神經(jīng)營養(yǎng)因子對MSC移植治療效果有積極的影響。3 骨髓干細(xì)胞髓移植在下肢缺血性疾病治療中的應(yīng)用下肢缺血性疾病包括動脈硬化性閉塞癥、糖尿病足、血栓閉塞性脈管炎等，它們有一個共同的病理過程：血管管腔進(jìn)行性狹窄，遠(yuǎn)端肢體供血不足。Esato 等16用自體骨髓細(xì)胞移植治療8例患有慢性動脈疾病的患者，其中2例完全治愈，另外

10、6例不同程度緩解。此后又有人先后發(fā)表了運用自體骨髓單個核細(xì)胞治療動脈硬化性閉塞癥和糖尿病足的病例報告17，18。但是無論是骨髓細(xì)胞還是骨髓單個核細(xì)胞都是混合細(xì)胞群，從以上病例報告中無法知道在這些混合細(xì)胞群中究竟是何類細(xì)胞亞群在對疾病起治療作用。TateishiYuyama等19給25位下肢缺血性疾病的患者局部注射自體骨髓單個核細(xì)胞，給另外22位患者局部注射外周血單個核細(xì)胞，前者治療效果優(yōu)于后者，故此他們認(rèn)為可能是骨髓單個核細(xì)胞群中的內(nèi)皮祖細(xì)胞及其分泌的多種血管生成因子在治療過程中發(fā)揮作用。Saigawa等20發(fā)現(xiàn)CD 34+細(xì)胞移植數(shù)量與下肢缺血性疾病治療效果呈正相關(guān),由于CD 34+細(xì)胞主要

11、在造血干細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞上表達(dá),故他們也認(rèn)為是造血干細(xì)胞、內(nèi)皮祖細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子在治療下肢缺血性疾病時起作用。4 存在的問題及展望利用骨髓干細(xì)胞的可塑性治療栓塞性疾患的研究目前還處于起步階段，鑒于各個國家和實驗室的條件不同以及實驗研究人員知識結(jié)構(gòu)的差異，即使是進(jìn)行干細(xì)胞可塑性研究的學(xué)者對這一問題的認(rèn)識也不盡相同。況且在干細(xì)胞可塑性研究的道路上本身也存在一系列問題有待解決，比如：干細(xì)胞的識別、分離、體外培養(yǎng)、是否存在癌變的可能、可塑性機制等。另外在臨床實驗中還應(yīng)該注意：干細(xì)胞歸巢的高效性和靶向性，分化的細(xì)胞是否具有組織細(xì)胞的功能，非靶點組織的異常血管增生，促進(jìn)腫瘤及糖尿病視網(wǎng)膜病變的惡化等

12、副作用等等。但是骨髓干細(xì)胞移植也有細(xì)胞來源不受限制、新生組織細(xì)胞和毛細(xì)血管可以實現(xiàn)功能上的融合等特點，為臨床治療栓塞性疾病提供了一條除介入、血管旁路移植以外的另一條新的非創(chuàng)傷性治療途徑。總之，骨髓干細(xì)胞用于栓塞性疾病的治療無論在理論上還是在實踐中均有其他傳統(tǒng)治療方法不可比擬的優(yōu)勢,值得進(jìn)一步的研究和探討?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1 ORLIC D, KAJSTURE J, CHIMENTI S, et al. Bone marrow cells regenerate infracted myocardiumJ. Nature, 2001, 410(6829):701715.2 FUKUDA K, FUJI

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