干细胞诱导分化.docx

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1、干细胞诱导分化 程伟邬伟郑国庆 摘要：介绍人脐血干细胞的生物学特性、体外定向分化为神经元样细胞及体内移植应用现状。阐述中药诱导脐血干细胞分化为神经元样细胞的思路和方法，主要有中医理论指导及中药的选择、中药诱导方法的优化、神 经元样细胞功能的检测及在移植中的应用和主要风险。 关键词：干细胞；分化；神经元；中药 中图分类号：R285.5 文献标识码：A 文章编号：16737717(2007)07140304 干细胞(stem cells)是指具有增殖和分化潜能的未分 化的原始细胞，依据组织来源，干细胞可分为造血干细胞 (hematopoietic stem cells，HSCs)、问充质干细胞(M

2、esencby- real stem cells，MSCs)、神经干细胞(neural stem cells，NSCs) 和内皮干祖细胞等。MSCs最早发觉于骨髓中，亦称做骨 髓间充质干细胞，此外，在脐血、外周血和胎肝中均存在，这 是一类具有高度自我更新和分化实力的多能干细胞，在神 经系统疾病的治疗中有着良好的应用前景，须要订正的是 许多文章将骨髓来源的骨髓间充质干细胞与骨髓间充质干 细胞混为一谈。近来大量探讨表明，在肯定的诱导条件下， 如运用单味中药，中药有效成分，中药复方，化学诱导剂、生 长因子、或者二者联合等，脐血中的部分细胞在体外培育或 体内移植后可分化为神经元样细胞，并可促进动物神经

3、功 能受损复原。现就中药诱导脐血干细胞分化为神经元样细 胞的探讨思路和方法试作阐述。 1 人脐血干细胞的生物学特性 脐血是胎儿诞生时脐带内及胎盘近胎儿侧血管内血 液，脐血内干祖细胞含量丰富，占有核细胞的0.98， 是造血、间充质、神经等多种干祖细胞的丰富来源。试验 探讨和临床移植表明，脐带血干细胞比骨髓和动员的外周 血来源的干细胞更原始，更具有自我更新、增殖分化和体外 扩增潜能。此外，脐带血中的淋巴细胞未接受外界抗原刺 激，免疫原性较弱。Gang等，将来源于人的簇新脐血单个 核细胞分别培育，发觉传至第2代时即可见大量均一的成 纤维状贴壁细胞，大约86的细胞处于GOG1期。其与造 血有关的表面抗

4、原CD14、CD34、CD45均为阴性，上皮细胞 标记抗原CD31、CD106亦为阴性，而与MSCs相关联的抗 原CD13、CD29、CD44、CD49e、CD54、CDg0、AMSA、SH2 (CD105)、SH3(CD73)均为阳性。不表达HLADR。 RT PER分析发觉脐血MSCs表达IL6、SCF和SDF21等细 胞因子，而不表达IL3。探讨发觉人脐血单个核细胞来 源的干细胞有向神经细胞分化的潜能，在适当的诱导条 件下还可以分化成骨细胞，成软骨细胞，脂肪细胞和骨骼肌 细胞。Erices等，将体外扩增培育的人脐血MsCs输入到裸 鼠体内，不久在裸鼠骨髓、心肌、牙齿、脾内均检测到人 DN

5、A。Lee等，将冻存了0.51年的47份脐血和40份骨 髓单个核细胞进行分别扩增培育，发觉6代以前的脐血 MSCs增殖实力大于骨髓来源的MSCs，脐血来源MSCs早期 增殖实力强可能与脐血具有较多更原始的干细胞有关。 2人脐血干细胞体外定向分化为神经元样细胞及移植应 用 脐带血干细胞在体外扩增快速，在相宜的条件下其在 体外和体内均可以分化为神经元样细胞。探讨者们尝试了 各种手段以期能找到效率较高的诱导方法，包括几种化学 诱导剂联合，生长因子之间配伍，化学诱导剂与生长因子联 合，单味中药，中药有效成分，中药复方，或应用接近生理状 态条件的培育基等。对于脐血MSCs体外定向分化为神经 细胞的探讨(

6、见表1)，运用不同的诱导剂组合，还是选取合 适的单一表型细胞群作为细胞来源，亦或是二者结合是否 能更有效的提高诱导分化效率，仍须要深化探讨。 中枢神经系统损伤后的自身修复实力是比较有限的， 因此细胞移植替代治疗成为近年来神经科学领域探讨的热 点之一。 2001年Chen等，探讨发觉，大脑中动脉栓塞大 鼠尾静脉注入经维生索A衍生物处理过的人脐血细胞后。 动物的行为实力有所改善，NSS神经系统损伤严峻程度评 分(MSS评分)高于模型组，14天时脑内可见鼠抗人单克隆 抗体1281标记的阳性细胞。部分移植细胞在损伤侧大脑表 达神经元特异性标记物MAP2，NeuN及星形胶质细胞标 志物GFAP。2002

7、年Lu等，经静脉注射脐血干细胞来减 轻试验鼠脑创伤造成的神经功能缺损。注射1个月后，部分 脐血干细胞迁移到脑，并表达神经元核心蛋白，MAP2。 GFAP，治疗后与比照组相比运动功能明显改善。2003年 Willing等，运用经颅内干脆移植和静脉移植脐血干细胞 两种方法都使脑卒中动物模型的神经功能受损症状显著改 善，并发觉这两种方法的效果没有显著差异。2005年王革 生等通过局部注射人脐血MSCs的方法治疗脊髓损伤 大鼠，发觉人脐血MSCs移植到宿主损伤脊髓后可以存活、 向损伤部位迁移，并向神经元样和星形胶质细胞分化，人脐 血MSCs移植治疗组较磷酸盐酸缓冲液组有明显的神经功 能复原。 3中药诱

8、导脐血干细胞分化为神经元样细胞的思路和方 法 31 中医理论指导及中药的选择虽然目前中医药诱导 干细胞分化的相关试验探讨已大量开展，但是总的来说，中 医理论指导相对不足。可以将中医整体观念和辨证论治的 思想运用于中医药诱导干细胞分化为神经元样细胞的探讨 之中。张进等认为中医学的“精”在内涵上与干细胞有 很大的相关性，“先天之精”与干细胞的属性基本相像，补 肾法可以促进干细胞之间的相互转换，并提出干细胞具有 先天之精属性，是先天之精的存在形式。这或许可以为我 们进一步探讨中药对干细胞的诱导作用以及找寻合适的中 药供应一个思路。同时，在干细胞诱导分化为神经元样细 胞的探讨方面，目前探讨较多的中药有

9、丹参、黄芩、黄芪、 当归、人参等，中药复方有参芪液(党参和黄芪)，脑溢安 (钩藤、生地黄、牡丹皮、三七、地龙等)等，但诱导机制尚 不非常明确，一般认为可能与它们的抗氧化或者刺激多种 细胞因子的表达与生成有关。在浩大的中药宝库中，以上 中药仅仅是特别小的一部分，进一步探讨其他中药和具有 更困难作用的中药复方的诱导作用，以至筛选出诱导分化 效率高的中药或中药复方或许是我们今后的探讨方向之。 32 中药诱导方法的优化 目前，对于脐血干细胞定向 分化为神经元样细胞的探讨，虽然不同的诱导方法都起到 了肯定诱导的作用，但是如何更有效的促进干细胞的增殖 与存活以提高诱导分化效率，仍须要探究。中医药作为我 国

10、重要的医药资源，其参加脐血干细胞诱导分化为神经元 样细胞的探讨显示出了良好的效果。近年来的探讨主要包 括几种化学诱导剂联合，生长因子之间配伍，化学诱导剂与 生长因子联合，单味中药，中药有效成分，中药复方，或应用 各种条件的培育基等。如马廉等用丹参诱导人脐血原 代细胞和脐血来源的MSCs向神经元样细胞分化，发觉可 表达神经干细胞标记Nestin，神经元标记微管蛋白 、NF和神经胶质细胞标记GFAP，与NGF和神经节苷脂 (GM1)的诱导作用比较，细胞形态类似，表达相同的神经 细胞标记，丹参的诱导速度较快，诱导后细胞表达神经元标 记的比例较高。然而，中药复方的探讨尚不够深化，中药与 化学诱导剂或者

11、与生长因子联合诱导方面的探讨尚不多， 它们的联合能否取得更好的诱导效果尚须要进一步探讨。 脐血含有多种类型的干细胞，如造血干细胞、骨髓间充质干 细胞等，而这些细胞有各自不同的免疫表型，目前的探讨多 集中在对未经纯化的干细胞群进行。在改进诱导条件的同 时，我们尚须要探究选择单一表型的细胞群作为试验对象 是否能有效地提高诱导效率。 33 神经元样细胞功能的检测在移植中的应用及风险 目前人们多是依据细胞形态和细胞特异性表面标记物如 Nestin，MAP2，GFAP，微管蛋白等来推断脐血干 细胞是否分化成了神经元样细胞，但是还没有充分的证据 表明这些分化细胞也具有相应的特定功能以及如何保证它 们在体内

12、发挥正常的作用。神经细胞的主要功能是接受刺 激和传递信息，而其功能的实现又是通过神经冲动的方式来 实现的，神经冲动的主要表现形式是动作电位的产生(由细 胞膜内外离子的移动形成)，因此，用膜片钳技术测定神经干 细胞的离子通道，可以作为检测诱导后的神经干细胞功能的 一种方法，而相关的探讨还有待进一步开展。 在神经系统疾病的治疗中，干细胞移植的最终目的是 改善患者的神经功能缺损症状，在干细胞移植的各个环节， 如早期增殖、定向分化、体内迁移、能否克服宿主免疫排斥 而存活并发挥相应功能，都干脆影响到移植的临床疗效，许 多中药如黄芩、丹参、黄芪等都有促进干细胞增殖以及诱导 其神经元样分化的作用，尚可以利用

13、中药对机体进行免疫 调整以降低免疫排斥反应、提高移植细胞存活率，从而最终 提高临床疗效，相关探讨亦需深化。目前，中医药的探讨主 要集中在体外诱导干细胞分化方面，而将定向诱导分化良 好的干细胞进一步移植于神经系统疾病模型动物体内的研 究相对不足，在今后的探讨中，我们须要加强动物体内的研 究，以期对经中药诱导分化的干细胞在体内的作用和疗效 进行评价，为进一步的临床运用打下基础。 在神经系统疾病的干细胞移植治疗中，须要考虑的主 要风险有：形成肿瘤。干细胞的无限制增殖和分化则形 成肿瘤，是否可以运用逐瘀通络活血中药改善局部微环境 以保证干细胞正常增殖从而防治其成瘤，尚须要深化探讨。 干细胞分化为其他非神经元样细胞。干细胞具有多向分 化的潜能，保证其定向分化为神经细胞是移植治疗胜利的 关键，相关探讨如前表1所述比较多见，中药的参加都起到 了很好的效果。诱导剂对机体的毒副作用等。目前国外 探讨主要集中于化学制剂如2硫基乙醇、二甲亚砜、硫代 甘油等，但这些诱导剂均有肯定毒性，不能应用于人体 内。而毒副作用小，平安有效的中药则具有很大的优势。