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范存剛，周景儒，張慶俊★
（北京大學 人民醫院 神經外科，北京 100044）
摘要：人臍帶中富含間充質干細胞（MSCs）。這些細胞能表達多種間充質干細胞標志物及多種干細胞相關基因，能分化為3個胚層衍生的多種成熟細胞、合成多種營養因子和細胞因子、支持造血干細胞等細胞的增殖和功能，并具有低免疫原性。
關鍵詞：臍帶；間充質干細胞；分化
中圖分類號：392.2
Progress in the study of biological characteristics of mesenchymal stem cells derived from human umbilical cord
FAN Cun-gang, ZHOU Jing-Ru, ZHANG Qing-jun★
( Neurosurgical Department, People’s Hospital, Peking University, Beijing 100044, China)
Abstract：Recent research indictates that human umbilical cord is rich in mesenchymal stem cells. These cells have the potencies of expressing many surface markers of mesenchymal stem cell, differentiating into a variety of cells of three germ layers, synthesizing and secreting a set of trophic factors and other cytokines, and supporting the expansion and function of other cells hematopoietic stem cells and other cells. In addition, immunogenicity of these cells is realatively low.
Key words：umbilical cord; mesenchymal stem cells; differentiation
★通信作者 ( corresponding author) : (010) 88326468，zhangqjhb@yahoo. com
間充質干細胞（mesenchymal stem cells, MSCs）應具有如下基本特征：⑴貼壁生長；⑵具有特定的表面標志，如不表達CD14、CD34、CD45、HLA-Ⅱ，但表達CD29、CD73和 CD105；⑶能進行自我更新，也能在體外分化為骨、軟骨和脂肪等多種細胞系。雖然不同研究組對人臍帶中分離出的細胞給出基質細胞、基質干細胞和MSCs 等多種命名，但通常均具有上述基本特征，本文擬對這一來源的MSCs的生物學特征進行綜述。
1．基因分析
對人臍帶MSCs進行基因分析表明，該細胞與造血干細胞（hematopoietic stem cells, HSCs）和胚胎干細胞（embroynic stem cells, ESCs）類似，其高表達的常見基因包括未分化的ESCs表達的基因、形態發生相關蛋白、細胞外黏附分子、神經營養因子以及3個胚層衍生的子代細胞標志物 [1]。此外，RT-PCR分析顯示人臍帶基質干細胞還表達多種未分化細胞標志、3個胚層和滋養外胚層相關的基因和一系列多能干細胞標志，如Nanog、 Oct-4、Sox-2、Rex-1、SSEA-3、SSEA-4、Tra-1-60和Tra-1-81[2]。
2．細胞標志物的表達
以流式細胞學技術、PCR技術、微點陣方法和免疫組織化學方法對臍帶基質細胞的表面標志表達情況進行分析的諸多研究表明，這些細胞與其他來源的 MSCs類似，表達CD10、CD13、CD29、CD44、CD49 b、CD49 c、CD49 d、CD49e、CD51、CD73、CD90、CD105、CD146、CD166、HLA-1和HLA-A,B,C等；但不表達CD14、CD31、 CD33、CD34、CD38、CD45、CD56、CD123、CD133、CD235a、HLA-G、HLA-DP、HLA-DQ、HLA-DR和 Strol-1[21。
3．端粒酶活性
端粒酶活性在干細胞的增殖能力方面發揮重要作用。有人發現臍帶基質細胞的端粒酶活性為腫瘤細胞系的10% [3]，端粒酶的反轉錄酶基因呈高水平表達[1]，也有人以β-半乳糖苷酶染色進一步證實了端粒酶的持續表達[4]。然而，還有人認為，在培養初期端粒酶 活性較為穩定且高于正常水平，此后逐漸下降至HeLa細胞系水平以下[2]。
4．體外分化潛能
4.1．向脂肪細胞、成骨細胞和軟骨細胞的分化
向中胚層衍生的各種成熟細胞的分化能力是MSCs的基本特征之一。研究表明，人臍帶MSCs能分化為具有成熟脂肪細胞結構和功能的細胞[5]，也能 分化為骨細胞并表達骨橋蛋白、涎蛋白、骨連接素和骨鈣素等標志物[2, 6]，還可在黏多糖的基質上形成類似于關節軟骨的、直徑1~2mm的球狀骨針[2]。
4.2 向心肌和骨骼肌細胞分化
胞嘧啶核苷的類似物5-氮雜胞苷是誘導干細胞向心肌細胞分化的關鍵物質。研究表明，以5-氮雜胞苷或心肌細胞共培養體系均可將臍帶MSCs誘導為表 達鈣黏蛋白和心肌肌鈣蛋白的心肌樣細胞[6]，還可形成心肌細胞特有的肌管結構，并有自發跳動[7]。此外，通過免疫分選獲得的CD105+臍帶MSCs 還能被誘導為表達Myf5和MyoD的骨骼肌細胞[8]。
4.3 向神經細胞分化
向神經細胞的分化潛能是MSCs研究的熱點之一。先以堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）預處理過夜，再以多種化學試劑進行誘導可將臍帶MSCs轉 化為表達β-III型微管蛋白和神經纖維蛋白M神經元樣細胞[3]；如以神經元條件培養基進行誘導可得到表達谷氨酸誘發內向電流的成熟神經元[9]；如再 加入sonic hedgehog和bFGF則可得到表達酪氨酸羥化酶的多巴胺能神經元[10]。
4.4 向肝細胞樣細胞和胰島細胞樣細胞分化
體外擴增的臍帶MSCs能表達多種肝細胞標志物，如白蛋白、甲胎蛋白、細胞角蛋白19、連接蛋白-32和二肽基肽酶等。 誘導后的細胞不僅上調這些標志物的表達水平，還貯存糖原并產生尿素[11]。此外，人臍帶MSCs也能被誘導分化為胰島細胞樣細胞團，并根據培養液中的葡 萄糖濃度調整胰島素的釋放量，還能合成和分泌C肽[12]。這提示該細胞群有望成為肝細胞和胰島細胞的備選來源。
5.支持功能
5.1 支持HSCs的擴增
支持造血是MSCs的特征之一。臍帶MSCs能夠長期、有效地支持CD34+臍帶血HSCs[13]，其擴增HSCs的能力與骨髓MSCs相似，有望替代骨髓MSCs成為新的細胞來源[14]。
5.2維持胰島樣細胞團存活和功能
人臍帶MSCs能分泌多種細胞因子，如白介素-6、金屬蛋白酶-1/2組織抑制因子、單核細胞趨化蛋白-1、生長相關癌基因、肝細胞生長因子、胰島素樣生長因子結合蛋白4和白介素-8等，從而維持胰島樣細胞團的存活，并提高其胰島素表達水平[15]。
5.3 擴增臍帶血來源的自然殺傷細胞
自然殺傷（NK）細胞對于過繼免疫治療具有重要意義。人臍帶MSCs與細胞因子（IL-2、IL-5、IL-3和FTL-3L）聯合應用可顯著擴增臍帶血CD56(+)/CD3(-)NK細胞[16]，為獲得足量NK細胞以滿足臨床需求奠定了基礎。
5.4 支持ESCs
新近有研究者發現，以人臍帶MSCs作滋養層的ESCs能在體內分化為內、中、外3個胚層的細胞，還能在體外分化為造血細胞[17]。這表明人臍帶MSCs可作為ESCs的滋養層細胞。
6．免疫原性
免疫抑制和免疫豁免是MSCs的特征之一。人臍帶基質細胞的免疫抑制作用具有一定的特異性，這可能與免疫調節分子（血管內皮生長因子和白介素 -6）、協同刺激表面抗原（CD40、CD80和CD86）和HLA-G6的表達有關[18]。然而，人臍帶MSCs可被干擾素-γ激活而提高MHCⅠ類 分子的表達水平并表達MHCⅡ類分子，如將其多次注射于炎癥區域或注射前應用干擾素-γ則能誘發免疫反應[19]。因此，用于臨床的細胞治療前尚需充分評 估其免疫原性。
7.總結
綜上所述，人臍帶來源的MSCs具有如下優點：⑴獲取過程無倫理和道德等約束。⑵含量高、增殖能力強。⑶獲取成功率高。⑷其獲取過程為非侵襲性操 作。⑸細菌和病毒感染風險低。⑹具有多分化潛能而無形成畸胎瘤的風險。⑺低免疫原性。因此，有理由相信人臍帶MSCs將在細胞治療和組織工程等方面具有廣 泛的應用前景。
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