干細胞與肺疾病(呼吸科內(nèi)講座)

干細胞大事記1967年，美國華盛頓大學(xué)的多納爾·托馬斯發(fā)表報告稱，如果將正常人的骨髓移植到病人體內(nèi)，可以治療造血功能障礙。1998年11月，美國威斯康星大學(xué)的科學(xué)家在美國《科學(xué)》雜志報告說，他們已成功地使人類胚胎干細胞在體外生長和增殖。1999年12月，美國科學(xué)家在《美國科學(xué)院院刊》報告說，小鼠肌肉組織的成體干細胞可以“橫向分化”為血液細胞。隨后，世界各國的科學(xué)家相繼證實，成體干細胞，包括人類的成體干細胞具有可塑性。1999年12月，干細胞研究進展被《科學(xué)》雜志評選為該年度世界十大科學(xué)進展之首當前第1頁\共有47頁\編于星期三\4點當前第2頁\共有47頁\編于星期三\4點當前第3頁\共有47頁\編于星期三\4點內(nèi)容干細胞基礎(chǔ)知識干細胞與肺部疾病的當前研究開展干細胞治療肺疾病的思考當前第4頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞基礎(chǔ)知識干細胞(stemcell)：定義：干細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞當前第5頁\共有47頁\編于星期三\4點按來源分類(1)胚胎干細胞：指胚胎早期的干細胞。這類干細胞分化潛能寬，具有分化為機體任何組織細胞的能力。如囊胚期內(nèi)細胞團的細胞(2)成體干細胞：指成體各組織器官中的干細胞，具有自我更新能力，但分化潛能窄，只能分化為相應(yīng)(或相鄰)組織器官組成的細胞。如骨髓造血干細胞、間充質(zhì)干細胞、神經(jīng)干細胞、肺干細胞等干細胞分類（一）當前第6頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞分類（二）根據(jù)其分化潛能大小，可分為三類全能干細胞：具有形成完整個體的分化潛能(如胚胎干細胞)

多能干細胞：具有分化出多種細胞組織的潛能，但失去了發(fā)育成完整個體的能力。如骨髓造血干細胞，它可分化出至少十二種血細胞，但不能分化出造血系統(tǒng)以外的其它細胞單能干細胞：只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細胞分化。如上皮組織基底層的干細胞、肌肉中的成肌細胞、肺干細胞當前第7頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞的形態(tài)特征干細胞形態(tài)共性：細胞呈圓形或卵圓形，體積小，核質(zhì)比大，增殖力強干細胞的固定組織位置：多數(shù)的干細胞有固定存在部位與方式當前第8頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞的生化特性①端粒酶活性高：如造血干細胞具癌細胞的端粒酶活性，增殖能力強。隨著增殖與分化，端粒酶活性下降②蛋白標志和免疫分子：不同干細胞有各異的蛋白質(zhì)標志分子，可作為確定干細胞位置、分離提純干細胞的標志。如：巢素蛋白—神經(jīng)干細胞；角蛋白15—表皮干細胞當前第9頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞有對稱與不對稱兩種分裂方式對稱分裂：干細胞

分裂干細胞干細胞對稱分裂：干細胞

分裂分化細胞分化細胞不對稱分裂：干細胞

干細胞分化細胞分裂干細胞的分裂方式當前第10頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞的增殖特點干細胞增殖速度較慢：小腸干細胞的分裂速度(Tc=11小時)

干細胞具有自穩(wěn)定性：干細胞在個體生命過程中自我更新并維持其自身數(shù)目恒定自穩(wěn)定性是區(qū)別腫瘤細胞的本質(zhì)特征當前第11頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞分化具有可塑性干細胞的橫向分化在干細胞移植時，供體干細胞在受體中通常分化為與其組織來源一致的細胞。但有時供體干細胞會分化出與其組織來源不一致的其它細胞，這種現(xiàn)象稱干細胞橫向分化(trans-differentiation)。實驗：小鼠肌肉干細胞→體外＋少量骨髓間質(zhì)細胞培養(yǎng)5天→接受致死量輻射的小鼠中→各種血細胞系當前第12頁\共有47頁\編于星期三\4點橫向分化的調(diào)控機制與干細胞的微環(huán)境有關(guān)

干細胞進入新的微環(huán)境后，對分化信號的反應(yīng)受到周圍正在進行分化細胞的影響，從而對新的微環(huán)境中的調(diào)節(jié)信號做出反應(yīng)當前第13頁\共有47頁\編于星期三\4點啟示干細胞橫向分化表明成體干細胞被移植入受體中具有很強的可塑性臨床上可尋找容易獲得的其它組織干細胞，大量擴增后植入病變器官，在植入器官微環(huán)境誘導(dǎo)下向該系統(tǒng)細胞分化，這為干細胞治療提供了可能當前第14頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞的逆向分化干細胞的逆向分化（去分化）一種干細胞向其前體細胞的逆向轉(zhuǎn)化當前第15頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞增殖與分化的微環(huán)境

干細胞巢(stemcellnich，壁龕）：干細胞在組織中的居所干細胞生存的微環(huán)境：指干細胞巢中控制干細胞增殖與分化的外部信號當前第16頁\共有47頁\編于星期三\4點細胞分泌因子

TGFβ、Wnt家族的分泌信號分子受體介導(dǎo)的細胞-細胞相互作用Notch受體整合素和胞間基質(zhì)膠原氨基聚糖蛋白聚糖層粘連蛋白和纖粘連蛋白彈性蛋白細胞粘連分子干細胞的微環(huán)境

當前第17頁\共有47頁\編于星期三\4點常見的干細胞胚胎干細胞骨髓造血干細胞骨髓間充質(zhì)干細胞神經(jīng)干細胞表皮干細胞毛囊干細胞當前第18頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞應(yīng)用研究重點

1．細胞治療干細胞可恢復(fù)因重大疾病而損害的細胞，這是干細胞潛在的最大優(yōu)勢當前第19頁\共有47頁\編于星期三\4點

2．基因治療即通過胚胎干細胞和基因工程技術(shù)，矯正缺陷基因，將治療基因整合到干細胞，再將干細胞移植入人體中，能夠持久地發(fā)揮作用。肺囊性纖維化病是一種基因缺陷遺傳病，30歲以前致死。若在胚胎早期干細胞中將缺陷基因修正，再將修復(fù)后的胚胎干細胞嵌入胚胎中，將會生出一個健康的嬰兒支氣管肺發(fā)育不良當前第20頁\共有47頁\編于星期三\4點

3、癌癥治療設(shè)計多種方法，使特定細胞能擊中特定癌細胞，直接破壞或改變癌細胞。當前第21頁\共有47頁\編于星期三\4點4、器官移植

目前科學(xué)家已能在體外以干細胞為種子培育成功一些組織器官，來替代病變或衰老的組織器官有一天，真的會長生不老!當前第22頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞與肺部疾病的

當前研究進展當前第23頁\共有47頁\編于星期三\4點當前第24頁\共有47頁\編于星期三\4點小鼠胚胎干細胞可轉(zhuǎn)化為肺細胞小鼠胚胎干細胞在含有Ⅰ型膠原的培養(yǎng)基中可以分化成無纖毛的分泌細胞Clara細胞

在含有小氣道生成因子的無血清培養(yǎng)基中,小鼠胚胎干細胞可以分化成Ⅱ型肺泡上皮細胞CorauxC,Nawrocki2RabyB,HinnraskyJ,etal.Embryonicstemcellsgenerateairwayepithelialtissue.AmJRespirCellMolBiol,2005,32(2)∶87-92.當前第25頁\共有47頁\編于星期三\4點研究表明骨髓干細胞可以分化為肺細胞[1]Krause等將雄鼠的骨髓干細胞注入經(jīng)放射線照射后的雌鼠體內(nèi),在雌鼠體內(nèi)20%的肺泡Ⅱ型細胞以及不到4%的氣管上皮細胞為Y染色體[2]Suratt等在一組同齡女性異體造血干細胞移植中發(fā)現(xiàn),約2.5%～8.5%的肺上皮細胞和37.5%～42.3%的肺內(nèi)皮細胞是男性供體來源[1]KrauseDS,TheiseND,CollectorMI,etal.Multi2organ,multi-ineageengraftmentbyasinglebonearrowderivedstemcell.Cell,2001,105:369～377[2]SurattB,CoolC,SerlsA,etal.Hunlgnpulmonarychimerismafterhematopoieticstemcelltransplantation.AmJRespirCritCareMed,2003,168:3l8～322當前第26頁\共有47頁\編于星期三\4點肺干細胞UhalB等多數(shù)研究認為基底細胞是大氣道內(nèi)的固有干細胞，clara細胞是細支氣管內(nèi)的固有干細胞群，肺泡Ⅱ型細胞是肺泡細胞的干細胞Delplanque等將一個21周胎兒的氣管切成圓形薄片植入SCID小鼠皮下,可以見到正常人氣道黏膜的各種細胞演化，Delplanque等認為這是氣道局部成體干細胞分化的結(jié)果。所有的肺干細胞生長更新率極低和再生能力非常有限當前第27頁\共有47頁\編于星期三\4點現(xiàn)有動物實驗表明干細胞能治療的肺疾病當前第28頁\共有47頁\編于星期三\4點當前第29頁\共有47頁\編于星期三\4點當前第30頁\共有47頁\編于星期三\4點當前國外研究干細胞與肺疾病的方向當前第31頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞治療肺疾病的

思考

當前第32頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞治療肺疾病具有現(xiàn)實意義COPD、肺纖維化、矽肺、肺動脈高壓、結(jié)核性肺毀損發(fā)病率高，危害大，但目前尚無特效的治療手段現(xiàn)有的動物實驗證明：干細胞在肺中可產(chǎn)生細胞因子，分化成新的肺泡，重建新的氣道，形成新的血管，好比為病人提供了新的肺葉，對這些疾病的治療將是一種革命性的變化干細胞技術(shù)相對成熟，在心肌梗塞、帕金森氏癥、糖尿病方面已提供了可成功借鑒的經(jīng)驗干細胞研究是當前乃至今后相當長時間的熱門領(lǐng)域，可以預(yù)見誰掌握了干細胞誰將在學(xué)術(shù)和效益方面取得成功當前第33頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞移植的技術(shù)路線細胞分離胚胎干細胞細胞來源骨髓干細胞肺干細胞傳代擴增表型鑒定注入體內(nèi)細胞歸巢定向分化結(jié)果檢測當前第34頁\共有47頁\編于星期三\4點細胞的選擇胚胎干細胞：較難得到，數(shù)量有限，需大量擴增，必須體外誘導(dǎo)定向分化，異體移植存在免疫排斥骨髓干細胞：來源廣，容易獲取及擴增，不必須體外誘導(dǎo)定向分化，自體移植，不存在免疫排斥問題肺干細胞：只能取材于病人呼吸道和肺組織，傳代擴增能力差我的思考：從骨髓中獲取干細胞可能是最現(xiàn)實的選擇當前第35頁\共有47頁\編于星期三\4點細胞分離骨髓干細胞可能含有三個細胞群造血干細胞間充質(zhì)干細胞內(nèi)皮細胞前體細胞多數(shù)動物實驗利用骨髓間充質(zhì)干細胞治療肺病，也有實驗進行全骨髓移植我的想法：全骨髓，更易操作，含有內(nèi)皮細胞前體細胞或許有助于形成血管我的思考：1、采用全骨髓時，造血干細胞對COPD是否會導(dǎo)致紅細胞增多癥加重？2、治療肺部疾病全骨髓療效是否更好？當前第36頁\共有47頁\編于星期三\4點傳代擴增骨髓間充質(zhì)干細胞數(shù)量少，占骨髓細胞數(shù)的1/10萬若不進行有效的擴增，將分離的干細胞直接輸入體內(nèi)，相對整個肺來講，猶如蒼海一粟，少量的供體細胞難以產(chǎn)生效應(yīng)我的顧慮：若體外擴增，非常繁鎖，最終要回輸人體，實驗條件及安全性難以符合要求我的想法：抽吸更多骨髓，獲得更多干細胞不行體外擴增，直接回輸人體可能是條捷徑當前第37頁\共有47頁\編于星期三\4點細胞表型鑒定利用免疫沉淀印跡技術(shù)、免疫磁珠技術(shù)和流式細胞技術(shù)可進行標記物測定骨髓間充質(zhì)干細胞可測粘附分子ICAM-1，CD49等肺干細胞sca-1、表面分子、細胞角蛋白、CCSP等我的無耐：行細胞表型鑒定，技術(shù)要求及費用高，不做實驗缺乏可信度當前第38頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞注入機體的途徑尾靜脈和腹腔注射：是當前“干細胞治療肺疾病”動物實驗中最常用的方式。陳舊性心梗、帕金森氏病多采用病灶處局部注射的方式。腦癱可采用腰穿注射。肝硬化采用肝固有動脈局部灌注。我的思考：1、局部注射？靜脈點滴？氣管內(nèi)給藥？哪種方式效果最佳？2、我們能否借助介入技術(shù)行支氣管動脈超選擇性葉段注入？當前第39頁\共有47頁\編于星期三\4點如何保證干細胞由血管內(nèi)進入病灶定居實驗表明：通過靜脈輸注骨髓干細胞，只有極少部分到達了肺，絕大多數(shù)又歸巢到骨髓如何保證循環(huán)中足夠數(shù)量的干細胞由血管內(nèi)進入肺部病灶定居分化是影響療效的關(guān)鍵因素我的思考：1、能否利用某些病毒載體轉(zhuǎn)染干細胞，使干細胞表面具有特殊的受體增強對肺組織的親合力？當前第40頁\共有47頁\編于星期三\4點干細胞在肺組織內(nèi)的定向分化實驗表明：干細胞的分化受局部微環(huán)境的影響，進入肺組織中的干細胞有向40多種肺組織細胞自主分化的潛能我們的任務(wù)是只要把足夠量的干細胞送入肺組織，而不需要體外實驗?zāi)菢尤パ芯考尤牒畏N因子去誘導(dǎo)當前第41頁\共有47頁\編于星期三\4點療效的檢測動物實驗中療效的檢測：可將動物處死，檢測肺組織的結(jié)構(gòu)變化和干細胞標記物在臨床實驗中如何進行療效的評定？我的思考：血氣、肺功