间充质干细胞是什么？

间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）应具有如下基本特征：⑴贴壁生长；⑵具有特定的表面标志，如不表达CD14、CD34、CD45、HLA-Ⅱ，但表达CD29、CD73和CD105；⑶能进行自我更新，也能在体外分化为骨、软骨和脂肪等多种细胞系。虽然不同研究组对人脐带中分离出的细胞给出基质细胞、基质干细胞和MSCs等多种命名，但通常均具有上述基本特征，本文拟对这一来源的MSCs的生物学特征进行综述。

1、基因分析

对人脐带MSCs进行基因分析表明，该细胞与造血干细胞（hematopoietic stem cells, HSCs）和胚胎干细胞（embroynic stem cells, ESCs）类似，其高表达的常见基因包括未分化的ESCs表达的基因、形态发生相关蛋白、细胞外黏附分子、神经营养因子以及3个胚层衍生的子代细胞标志物[1]。此外，RT-PCR分析显示人脐带基质干细胞还表达多种未分化细胞标志、3个胚层和滋养外胚层相关的基因和一系列多能干细胞标志，如Nanog、Oct-4、Sox-2、Rex-1、SSEA-3、SSEA-4、Tra-1-60和Tra-1-81[2]。

2、细胞标志物的表达

以流式细胞学技术、PCR技术、微点阵方法和免疫组织化学方法对脐带基质细胞的表面标志表达情况进行分析的诸多研究表明，这些细胞与其他来源的MSCs类似，表达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；但不表达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

端粒酶活性在干细胞的增殖能力方面发挥重要作用。有人发现脐带基质细胞的端粒酶活性为肿瘤细胞系的10％ [3]，端粒酶的反转录酶基因呈高水平表达[1]，也有人以β-半乳糖苷酶染色进一步证实了端粒酶的持续表达[4]。然而，还有人认为，在培养初期端粒酶活性较为稳定且高于正常水平，此后逐渐下降至HeLa细胞系水平以下[2]。

4、体外分化潜能

4.1、向脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞的分化

向中胚层衍生的各种成熟细胞的分化能力是MSCs的基本特征之一。研究表明，人脐带MSCs能分化为具有成熟脂肪细胞结构和功能的细胞[5]，也能分化为骨细胞并表达骨桥蛋白、涎蛋白、骨连接素和骨钙素等标志物[2, 6]，还可在黏多糖的基质上形成类似于关节软骨的、直径1~2mm的球状骨针[2]。

4.2、 向心肌和骨骼肌细胞分化

胞嘧啶核苷的类似物5-氮杂胞苷是诱导干细胞向心肌细胞分化的关键物质。研究表明，以5-氮杂胞苷或心肌细胞共培养体系均可将脐带MSCs诱导为表达钙黏蛋白和心肌肌钙蛋白的心肌样细胞[6]，还可形成心肌细胞特有的肌管结构，并有自发跳动[7]。此外，通过免疫分选获得的CD105+脐带MSCs还能被诱导为表达Myf5和MyoD的骨骼肌细胞[8]。

4.3、 向神经细胞分化

向神经细胞的分化潜能是MSCs研究的热点之一。先以碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）预处理过夜，再以多种化学试剂进行诱导可将脐带MSCs转化为表达β-III型微管蛋白和神经纤维蛋白M神经元样细胞[3]；如以神经元条件培养基进行诱导可得到表达谷氨酸诱发内向电流的成熟神经元[9]；如再加入sonic hedgehog和bFGF则可得到表达酪氨酸羟化酶的多巴胺能神经元[10]。

4.4 向肝细胞样细胞和胰岛细胞样细胞分化

体外扩增的脐带MSCs能表达多种肝细胞标志物，如白蛋白、甲胎蛋白、细胞角蛋白19、连接蛋白-32和二肽基肽酶等。诱导后的细胞不仅上调这些标志物的表达水平，还贮存糖原并产生尿素[11]。此外，人脐带MSCs也能被诱导分化为胰岛细胞样细胞团，并根据培养液中的葡萄糖浓度调整胰岛素的释放量，还能合成和分泌C肽[12]。这提示该细胞群有望成为肝细胞和胰岛细胞的备选来源。

5、支持功能

5.1 、支持HSCs的扩增

支持造血是MSCs的特征之一。脐带MSCs能够长期、有效地支持CD34+脐带血HSCs[13]，其扩增HSCs的能力与骨髓MSCs相似，有望替代骨髓MSCs成为新的细胞来源[14]。

5.2、维持胰岛样细胞团存活和功能

人脐带MSCs能分泌多种细胞因子，如白介素-6、金属蛋白酶-1/2组织抑制因子、单核细胞趋化蛋白-1、生长相关癌基因、肝细胞生长因子、胰岛素样生长因子结合蛋白4和白介素-8等，从而维持胰岛样细胞团的存活，并提高其胰岛素表达水平[15]。

5.3、 扩增脐带血来源的自然杀伤细胞

自然杀伤（NK）细胞对于过继免疫治疗具有重要意义。人脐带MSCs与细胞因子（IL-2、IL-5、IL-3和FTL-3L）联合应用可显著扩增脐带血CD56(+)/CD3(-)NK细胞[16]，为获得足量NK细胞以满足临床需求奠定了基础。

5.4 、支持ESCs

新近有研究者发现，以人脐带MSCs作滋养层的ESCs能在体内分化为内、中、外3个胚层的细胞，还能在体外分化为造血细胞[17]。这表明人脐带MSCs可作为ESCs的滋养层细胞。

6、免疫原性

免疫抑制和免疫豁免是MSCs的特征之一。人脐带基质细胞的免疫抑制作用具有一定的特异性，这可能与免疫调节分子（血管内皮生长因子和白介素-6）、协同刺激表面抗原（CD40、CD80和CD86）和HLA-G6的表达有关[18]。然而，人脐带MSCs可被干扰素-γ激活而提高MHCⅠ类分子的表达水平并表达MHCⅡ类分子，如将其多次注射于炎症区域或注射前应用干扰素-γ则能诱发免疫反应[19]。因此，用于临床的细胞治疗前尚需充分评估其免疫原性。

7、总结

综上所述，人脐带来源的MSCs具有如下优点：⑴获取过程无伦理和道德等约束。⑵含量高、增殖能力强。⑶获取成功率高。⑷其获取过程为非侵袭性操作。⑸细菌和病毒感染风险低。⑹具有多分化潜能而无形成畸胎瘤的风险。⑺低免疫原性。因此，有理由相信人脐带MSCs将在细胞治疗和组织工程等方面具有广泛的应用前景。