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干细胞方向
更新时间: 2024-12-10 16:34

概述

干细胞,一种具有神奇自我更新能力的细胞,不仅能够不断增殖,还能分化成多种功能活跃的细胞,从而在人体的各种组织和器官中发挥关键作用。在这其中,间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)尤为引人注目。作为间质干细胞的一种异质亚群,MSCs广泛存在于多种成人组织中,易于分离。MSCs的潜力在于其能够分化为中胚层细胞谱系,包括脂肪细胞、骨细胞和软骨细胞等。不仅如此,它们还能跨谱系分化,生成其他胚胎来源的细胞。此外,MSCs还能与先天免疫系统和适应性免疫系统的细胞进行相互作用,展现出强大的免疫调节能力[1]。(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19172693/

正是由于这些独特的特性,MSCs在开发治疗多种疾病和病症的方法上显示出巨大的潜力。因此,它们成为了科研领域的一大热点,吸引了众多研究者的关注。

 

干细胞分类

干细胞根据其分化潜能的差异,可分为三类:全能干细胞、多能干细胞以及单能干细胞。以下是各类干细胞的详细阐述。

全能干细胞:这类细胞拥有卓越的自我更新能力,并具备分化为任何类型细胞的能力。它们拥有形成完整个体的潜能,其代表性例子是胚胎干细胞。胚胎干细胞来源于胚胎的内细胞团,是生命早期的珍贵资源,具有无限的可能性。

多能干细胞(PSC):与全能干细胞相比,多能干细胞虽然能产生多种类型的细胞,但已失去了发育成完整个体的能力。这类干细胞的一个典型代表是间充质干细胞(MSC)。间充质干细胞在组织修复和再生医学中具有重要应用价值,但其分化潜能相对有限。

单能干细胞:这类细胞的特点是只能向单一方向分化,产生一种类型的细胞。单能干细胞在生物体内负责特定细胞的更新和修复,例如血液干细胞,它们专门负责生成血液细胞,确保血液循环系统的正常运作。

 

干细胞治疗机制

间充质干细胞(MSC)作为一种多能细胞,正迅速崛起为最有前景的同种异体细胞治疗手段。其独特的治疗机制主要包括多向分化潜能、旁分泌作用、免疫调节以及细胞间物质传输,这些机制使其在脊髓损伤、自身免疫性疾病、心血管疾病、骨及软骨损伤修复、糖尿病等疾病的治疗中发挥重要作用。

(1)多向分化潜能:MSC具备自我更新和分化的能力,同时拥有免疫调节特性。它们最引人注目的特点在于可塑性和趋向性。这些细胞与其他类型的细胞区别在于其表面标志物的表达,如CD73、CD90和CD105,以及不表达CD45、CD34、CD14、CD19、CD11b或人类白细胞抗原–DR(HLA-DR)。除了在抗肿瘤、抗纤维化、抗凋亡、抗炎和促血管生成等方面发挥作用外,MSC在组织修复过程中扮演着核心角色。这些独特的特性使MSC在再生医学、炎症性疾病以及越来越多的癌症治疗领域展现出巨大的治疗潜力。

(2)旁分泌作用:MSC通过旁分泌机制分泌多种多功能分子,发挥其免疫调节特性。这些分泌的分子包括多种细胞因子、生长因子和趋化因子,如转化生长因子-β1(TGF-β1)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、PGE2、IFN-γ、肝细胞生长因子(HGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、吲哚胺-吡咯2,3-双加氧酶(IDO)和一氧化氮等。这些分子相互作用,调节免疫细胞和癌细胞的功能。

(3)免疫调节作用:研究发现,IFN-γ是激活MSC中IDO-1、HGF和TGF-β转录和合成的关键因子。IFN-γ能够诱导IDO表达,使MSC表现出持续的T细胞抑制表型。通过IFN-γ-JAK-STAT1通路,MSC的免疫抑制能力得到增强,从而发挥免疫调节功能。

(4)细胞间物质传输:MSC参与先天免疫和适应性免疫,其免疫调节功能主要通过与免疫细胞的相互作用来发挥,这些相互作用是通过细胞间接触和旁分泌活动,涉及T细胞、B细胞、自然杀伤(NK)细胞、巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞(DC)和中性粒细胞(图1)[2]

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32709406/

图1 MSC和免疫细胞之间的相互作用[2]

 

MSC调节肿瘤的信号通路

MSC通过上调或下调癌症相关信号通路发挥促肿瘤和抗肿瘤作用(图2)[3]

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34789315/

图2 MSC与肿瘤之间信号通路[3]

许多严重的疾病,例如出生缺陷或癌症,其根本原因往往在于细胞的分化失误或异常分裂。在医学研究领域,干细胞疗法已被视为一种极具潜力的治疗手段。目前,科学家们已经在治疗脊髓损伤、心力衰竭、视网膜和黄斑变性、肌腱断裂以及1型糖尿病等方面取得了显著进展。

干细胞研究不仅有助于我们深入理解干细胞的生理机制,还可能引领我们发现治疗那些目前尚无确切疗法疾病的新途径。通过对干细胞生理学的深入研究,我们有望为人类健康带来革命性的改变。

 

参考文献:

[1] Uccelli A, Moretta L, Pistoia V. Mesenchymal stem cells in health and disease. Nat Rev Immunol. 2008 Sep;8(9):726-36. doi: 10.1038/nri2395. PMID: 19172693.

[2] Song N, Scholtemeijer M, Shah K. Mesenchymal Stem Cell Immunomodulation: Mechanisms and Therapeutic Potential. Trends Pharmacol Sci. 2020 Sep;41(9):653-664. doi: 10.1016/j.tips.2020.06.009. Epub 2020 Jul 22. PMID: 32709406; PMCID: PMC7751844.

[3] Lan T, Luo M, Wei X. Mesenchymal stem/stromal cells in cancer therapy. J Hematol Oncol. 2021 Nov 17;14(1):195. doi: 10.1186/s13045-021-01208-w. PMID: 34789315; PMCID: PMC8596342.