成体干细胞及其在再生医学中的应用

成体干细胞研究的最主要目的就是有朝一日将其应用于临床疾病的治疗。随着对成体干细胞可塑性研究的不断深入和临床应用研究的不断扩展,人们对成体干细胞最终走向临床应用抱有越来越大的希望。本文就成体干细胞的可塑性及其在四种疾病中应用的基础研究进行探讨。

Wnt 3a在神经干细胞向多巴胺能神经元分化过程中作用的研究

Wnt信号在中枢神经系统发育过程中起重要的作用,控制着细胞的生长及分化.Wnt3a是Wnt家族的成员之一,对神经干细胞的增殖及分化有一定的调控作用.将重组Wnt3a腺病毒转入神经干细胞中,研究Wnt3a在定向诱导神经干细胞向多巴胺能神经元分化过程中的作用.将神经干细胞分为4组,对照组(不加任何诱导因子组)、抗坏血酸诱导组(AA组)、Wnt3a重组腺病毒诱导组(Wnt3a组)以及Wnt3a重组腺病毒加抗坏血酸诱导组(Wnt3a+AA组).结果显示,Wnt3a组细胞中的多巴胺能神经元前体细胞特异性标志Nurr1表达量显著增多,Wnt3a+AA组多巴胺能神经元明显多于AA组,酪氨酸羟化酶(TH)在mRNA水平上的表达是AA组的1.86倍.蛋白质印迹及免疫细胞化学染色显示,各诱导组均有TH的表达,Wnt3a组和AA组多巴胺能神经元阳性细胞数比例分别为(5.76±3.34)%和(37.42±2.54)%,与Wnt3a+AA组(73.96±2.61)%比较,差异有统计学意义(P<0.05).利用高效液相色谱法检测到诱导后的细胞可分泌多巴胺.结果表明,Wnt3a可促进神经干细胞向多巴胺能神经元前体细胞分化,再通过抗坏血酸的诱导作用,在体外可获得大量的多巴胺能神经元,这些神经元有分泌多巴胺的功能.

胚胎干细胞向造血干/祖细胞定向诱导分化的研究进展

胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)是指由胚胎内细胞团(inner cell mass,ICM)细胞经体外抑制培养而筛选得到的细胞,具有无限增殖潜能,在体外可以向造血细胞分化,有可能为造血干细胞移植和血细胞输注开辟新的来源.此外,ES细胞向造血干/祖细胞的定向诱导分化也为阐明哺乳动物造血发育的细胞和分子机制提供了良好的体外模型.对ES细胞向造血干/祖细胞定向分化的研究进展进行了综述.

牙髓、牙周膜及脐带间充质干细胞三系分化能力的体外比较研究

目的:比较牙髓、牙周膜和脐带三种不同来源间充质干细胞的(Mesenchymal stem cells,MSCs)三系分化潜能。方法:培养分离人脐带间充质干细胞(Umbilical cord mesenchymal stem cells,UCMSCs)、牙髓干细胞(Dental pulp stem cells,DPSCs)和牙周膜干细胞(Per iodontal ligament stem cells,PDLSCs);倒置显微镜观察细胞形态,体外诱导这3种MSCs向成骨、成脂和成软骨方向分化,通过茜素红染色、油红O染色、阿尔辛蓝染色分别鉴定细胞成骨、成脂和成软骨分化能力,进一步实时荧光定量PCR检测比较3种细胞成骨相关基因OCN和RUNX2及成脂相关基因PPAR-γ的表达水平。结果:这3种MSCs细胞形态略有不同,三者均可向成骨、成脂和成软骨方向分化,但其分化潜能有所差异,DPSCs成骨和成脂向分化能力强,UCMSCs则更适于成脂和成软骨向分化,而PDLSCs成软骨向分化较具优势。结论:DPSCs,PDLSCs和UCMSCs三系分化潜能不同,本研究为干细胞临床转化中选择理想细胞来源提供实验依据。

干细胞治疗阿尔茨海默病的研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种神经系统退行性疾病,临床以记忆障碍、认知能力下降、人格和语言等神经精神症状为表现特征。病因目前尚不明确,治疗方法多以缓解伴发的临床症状为主,尚难彻底治愈。近年来随着干细胞治疗技术的发展及临床应用,采用干细胞治疗AD也倍受关注,并取得了新的进展。本文就非牙源性和牙源性干细胞用于治疗AD的最新进展综述如下。

诱导性多能干细胞研究及应用

诱导性多能干细胞(iPS细胞)是通过向体细胞中导入Oct4,Sox2,c-myc和Klf4等基因,使体细胞重编程获得具有胚胎干细胞样特性的多能干细胞.iPS细胞的产生可谓干细胞领域的新里程碑.近两年,iPS细胞的研究突飞猛进,文中结合最新的研究结果,综述了iPS细胞的研究现状、进展,如新的iPS细胞诱导方法的建立、诱导iPS细胞产生效率的提高、iPS细胞的定向诱导分化及其在疾病模型治疗中的作用等.针对iPS细胞研究领域存在的问题,包括如何提高iPS细胞生成的效率、解决其临床应用的安全性、iPS细胞重编程的机制等进行了讨论,为今后进一步开展iPS细胞的研究提供了帮助.

CTLA4基因修饰骨髓间充质干细胞向肝细胞诱导分化及其免疫抑制功能研究

用携带CTLA4Ig基因的重组腺病毒感染大鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs),体外向肝细胞诱导分化,并检测其免疫抑制功能.用含有HGF等细胞因子培养液诱导重组腺病毒Ad-CTLA4Ig感染大鼠BMMSCs向肝细胞分化.诱导后的细胞可表达AFP、Alb和CK18等肝细胞标志,同时还具有储存糖原和摄取、排泌靛青绿等肝细胞功能.转基因BMMSCs在未经诱导和诱导后均可表达CTLA4Ig,诱导14天时表达量有所减弱.单向混合淋巴细胞反应证实,诱导7天的转基因BMMSCs具有明显的抑制淋巴细胞反应的作用,其抑制作用明显高于未转基因BMMSCs,且CTLA4Ig基因修饰BMMSCs输注还可以明显延长肝移植大鼠的存活时间.用重组腺病毒Ad-CTLA4Ig对BMMSCs进行基因修饰,一方面不会影响BMMSCs的肝细胞分化潜能,另一方面使BMMSCs的免疫抑制特性得到进一步强化.

Wnt3a转基因基质细胞的建立及其对脐血CD34^+造血干/祖细胞扩增作用的研究

Wnt信号通路在造血干/祖细胞自我更新的过程中发挥至关重要的作用.纯化的Wnt3a蛋白可以实现造血干/祖细胞的扩增.通过病毒转染原代小鼠骨髓基质细胞,建立转基因滋养层细胞.通过共培养对转基因滋养层细胞扩增CD34+造血干/祖细胞的作用进行了研究.实验结果显示,与普通滋养层加细胞因子组相比,经转基因滋养层加细胞因子组培养的CD34+造血干/祖细胞集落形成能力(CFC)是其(1.55±0.06)倍;混合集落形成能力是其(1.95±0.26)倍;高增殖潜能集落形成能力(HPP-CFC)是其(1.45±0.40)倍;LTC-IC活性是其(3.83±0.86)倍.结果表明,转基因滋养层细胞通过分泌具有天然活性的Wnt3a蛋白能在体外有效地扩增造血干/祖细胞的数量.

肝星状细胞中表皮形态发生素表达调控机制及其作用研究

肝星状细胞是肝脏中重要的间质细胞,是肝细胞外基质的主要来源.表皮形态发生素(epimorphin、EPM、syntaxin2)在肝脏发育、再生及癌变过程中发挥了重要的作用,目前其表达变化的调控机制及对肝星状细胞的作用还未有报道.通过对肝组织标本进行检测,发现肝纤维化过程中肝星状细胞表达EPM上调.从表观遗传学的角度对EPM表达变化调控机制进行研究,发现DNA去甲基化促进了EPM的表达.为了研究EPM对肝星状细胞的可能的调节作用,将EPM表达质粒转染肝星状细胞,之后检测了EPM对肝星状细胞增殖及迁移能力的变化.结果证明EPM能够促进肝星状细胞的增殖与迁移.本研究发现,激活的肝星状细胞高表达EPM可能是由于DNA去甲基化引起的,同时,高表达的EPM能够促进肝星状细胞的增殖与迁移,进而促进肝纤维化进展.

大鼠骨髓来源的c-met^+β_2m^-细胞向肝细胞样细胞诱导分化的实验研究

为了观察大鼠骨髓来源的c-met+β2m-细胞在体内外是否可定向诱导分化为肝细胞样细胞,将雄性F344大鼠的c-met+β2m-细胞通过肝门静脉移植入由丙烯醇诱导损伤的F344雌鼠体内,观察移植细胞在受鼠肝内整合、增殖、分化、成熟以及损伤后的修复作用;通过模拟丙烯醇肝损伤大鼠体内微环境,将c-met+β2m-细胞与损伤肝细胞共培养,观察了c-met+β2m-细胞的形态变化,并检测了肝细胞特异性蛋白的表达和肝细胞特异性功能的变化．结果表明,大鼠 c-met+β2m-细胞在体内外均可以分化为成熟的有功能的肝细胞,提示微环境在成体干细胞定向诱导分化中起决定性作用,这为骨髓成体干细胞移植治疗各种原因引发的肝功能障碍提供了新的途径．

细胞角蛋白19启动子调控的双报告载体的构建及其在肝干/祖细胞分化研究中的应用

肝干/祖细胞是肝细胞和胆管上皮细胞(biliary epithelial cells,BECs)共同的前体细胞,为了对这一前体细胞的分化情况进行研究,利用报告基因来监测肝干/祖细胞的分化走向.首先,通过PCR方法从肝癌细胞系HepG2的全基因组中克隆了细胞角蛋白19(CK19)启动子片段,构建了CK19启动子调控的海肾荧光素酶和红色荧光蛋白(red fluorescent protein,RFP)双报告载体(pSicoR-CK19-hrl-mrfp).其次,将上述慢病毒载体转染肝干/祖细胞后,通过流式细胞分选获得稳定转染的细胞株.再次,将上述细胞株与表达"上皮形态发生素"(Epimorphin,EPM)的PT67细胞共培养后,整合有pSicoR-CK19-hrl-mrfp表达载体的肝干/祖细胞不仅形态发生了变化,而且排列为二维环状结构,另外还检测到由CK19启动子启动表达的海肾荧光素酶和RFP,细胞形态和基因表型都证明肝干/祖细胞经诱导已经分化成为BECs.与此形成对照的是肝干/祖细胞与不表达EPM的PT67细胞共培养后,没有观测到上述的变化.所以,CK19启动子调控的双报告载体不仅可以实时地显示肝原始细胞在不同的诱导环境下的分化走向,而且还可以定量地检测CK19启动子活性的变化情况.总之,这一载体的成功构建将为研究肝干/祖细胞的分化提供了便捷的工具,同时也有助于筛选可诱导肝干/祖细胞定向分化的分子.

骨髓间充质干细胞对冈田酸致神经细胞损伤的修复作用

目的观察人骨髓间充质干细胞对冈田酸(OA)损伤的神经细胞是否具有修复作用。方法应用冈田酸损伤神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y细胞,建立阿尔茨海默病体外模型。将细胞分成正常组、损伤组和治疗组,损伤组用20nmol/L冈田酸损伤24h,治疗组在损伤24h后加入骨髓间充质干细胞的条件培养基治疗24h。采用CCK-8法检测各组细胞活力,免疫荧光染色微管微丝测定细胞树突长度和荧光面积,Western blotting检测磷酸化Tau蛋白和总Tau蛋白含量。结果冈田酸能损伤SH-SY5Y细胞,使其胞体皱缩、塌陷,出现空泡,树突缩短、断裂,微管微丝排列紊乱,而骨髓间充质干细胞条件培养基可使SH-SY5Y细胞胞体变得圆润,树突重新恢复变长,微管、微丝致密规则,荧光变强;并且能有效降低冈田酸诱导的Tau蛋白过度磷酸化水平。结论骨髓间充质干细胞对冈田酸损伤的神经细胞具有明显的修复作用。

黑色素细胞与骨髓间充质干细胞复合构建组织工程化皮肤

目的探讨构建含有黑色素细胞组织工程化皮肤的方法。方法从人包皮组织中获取黑色素细胞,从人骨髓中获取骨髓间充质干细胞(BMSCs),以二者为种子细胞,按照1∶10的比例混和培养,并与I型胶原膜复合体外构建组织工程化皮肤,对裸鼠创面进行修复。通过大体标本观察、4,6-联脒-2-苯基吲哚(DAPI)体内示踪标记、HE染色、免疫组织化学检测及透射电镜观察等方法,观察组织工程化皮肤修复裸鼠皮肤创面缺损及黑色素细胞的分布情况。结果裸鼠创面皮肤生长良好,DAPI体内示踪标记、免疫组织化学检测S-100蛋白及透射电镜观察可以发现黑色素细胞以正常的组织结构形式分布于创面皮肤。结论黑色素细胞与BMSCs通过适当的比例及体外条件培养,与I型胶原膜复合可以在体外构建出具有黑色素细胞的组织工程化皮肤。

红细胞生成素基因修饰的间充质干细胞条件培养基促进人胚胎干细胞向造血细胞分化

本研究探讨EPO基因修饰的间充质干细胞条件培养液对人胚胎干细胞向造血细胞诱导分化的影响。通过重组慢病毒系统感染人间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC),建立能够稳定高效表达红细胞生成素(eryth ropoietin,EPO)的细胞株EPO/MSC。用EB培养液诱导人胚胎干细胞形成拟胚体,然后用EPO/MSC条件培养液处理拟胚体细胞;通过免疫荧光、集落形成实验和RT-PCR检测等方法对诱导的细胞进行了相关鉴定。结果表明:EPO/MSC体外能够稳定表达EPO。条件培养液诱导生成的细胞表达造血干/祖细胞抗原CD34和相关造血基因,可产生不同的造血集落,且明显高于对照组。结论:EPO基因修饰的间充质干细胞条件培养液能显著促进人胚胎干细胞向造血细胞分化。

体外诱导人骨髓间充质干细胞定向肝细胞分化

目的:研究人骨髓间充质干细胞向肝细胞的诱导分化,为肝组织工程提供理想的细胞来源。方法:以肝细胞生长因子、成纤维细胞生长因子4对种植于基底膜基质中的人骨髓间充质干细胞进行三维立体诱导培养,在培养后不同时间,分别进行形态观察、AFP、Alb的免疫组化荧光染色及靛青绿的摄取与排泌试验。结果:该条件下诱导后的人骨髓间充质干细胞生成肝细胞样细胞,阳性表达肝细胞特有表面标志AFP、Alb,并具备肝细胞特有的摄取与排泌靛青绿的活性功能。结论:肝细胞生长因子、成纤维细胞生长因子4及基底膜基质可能在体外人骨髓间充质干细胞向肝细胞分化的过程中提供适宜的微环境并起重要作用,这为间充质干细胞在肝组织工程中的应用提供了理论与技术上的支持。

孕足月羊水干细胞的分离培养

背景:孕中期羊水干细胞的分离培养及生物学性状研究已取得了一定进展,但孕足月羊水是否也可作为干细胞来源目前报道不多。目的:探讨从孕足月羊水中分离培养羊水干细胞的可行性。设计、时间及地点:观察性实验,于2007-10/2008-08在解放军总医院妇产科及解放军军事医学科学院干细胞及再生医学研究室完成。材料:孕足月羊水来自在解放军总医院行剖宫产、排除胎儿畸形及母体全身性疾病的孕妇,告知后同意留取羊水标本10例;鼠龄2个月雄性BALB/C裸鼠,体质量15～20g,用于致瘤实验的观察。方法:从10例孕晚期(孕38～40周)羊水中分离扩增羊水干细胞进行传代培养,取第5,10代对数生长期的细胞在酶标仪450nm波长处检测吸光度(A)值,绘制羊水干细胞生长曲线;待细胞70%汇合时换为脂肪诱导培养基用于检测体外分化能力;分别于第4代,第11代行染色体核型分析;取第4～6代羊水干细胞1×107个注射到BALB/C裸鼠皮下,观察8周。主要观察指标:①羊水干细胞的形态学特点及生长曲线。②流式细胞仪及免疫荧光法检测羊水干细胞表面标志的表达。③体外向脂肪细胞分化的能力。④染色体核型及致瘤实验结果。结果:10例孕晚期羊水中有4例分离到梭形可持续传代的细胞群,细胞增殖旺盛;羊水干细胞原代生长较慢,传代后生长迅速,第5代,第10代细胞的生长曲线形态相似;流式细胞仪检测证实孕足月羊水干细胞表达CD44,CD29,CD105等间质来源标志,免疫荧光检测显示表达胚胎来源标志SSEA-4及oct-4;换为脂肪诱导培养基后6d,细胞内出现透明、浑圆的小液滴,表明向脂肪样细胞分化;所有标本的染色体核型均为46XX或46XY,第11代染色体核型保持正常;羊水干细胞注射到裸鼠体内后无肿瘤形成。结论:孕晚期羊水也可分离培养到干细胞,可以作为干细胞的新来源。

人脂肪来源干细胞在模拟微重力环境中的生长特性

种子细胞体外的规模化扩增和结构、功能的维护是组织工程化组织构建的关键环节．多项研究显示三维模拟微重力环境对细胞的培养、自我更新、形态功能等生物学特性的维护非常有利．文中利用旋转式细胞培养系统(RCCS)结合微载体培养技术对人脂肪组织来源干细胞(hADSCs)进行了规模化培养的初步探索．通过细胞增殖曲线、染色体核型、流式细胞仪分析和分化能力等检测表明FACTⅢ微载体与hADSCs具有理想的生物相容性,在模拟微重力环境条件下,细胞在其表面生长并分泌大量细胞外基质,使得培养的细胞更好地维持其增殖、分化等基本生物学特性．该实验研究为组织工程种子细胞的培养及该过程中细胞功能老化、凋亡等问题的解决提供一定的理论支持和技术思路．

骨髓间充质干细胞亲和肽的筛选

采用噬菌体肽库技术,用分离培养的大鼠骨髓间充质干细胞筛选噬菌体环七肽库,通过酶联免疫吸附实验挑选出亲和性强的克隆．测序分析相应的基因组成,推导多肽序列,获得骨髓间充质干细胞高亲和性多肽,并合成FITC标记的亲和肽(FITC-CSTNPKVLC),流式细胞仪检测结果显示,合成多肽对筛选细胞具有良好的亲和力。

微小分子miR-125b新靶基因的鉴定及其功能初步研究

目的:利用生物信息学方法预测miR-125b的新靶基因,在肝癌细胞系中进行验证和结合位点的鉴定,为阐明miR-125b在肝癌发生发展中的作用和机制提供新线索。方法:Western印迹分析在肝癌细胞中过表达miR-125b后上皮-间充质转化(EMT)相关蛋白的表达情况;对肝癌患者肿瘤组织及癌旁组织的miR-125b表达差异进行实时定量PCR检测,同时对SNAIL1的表达情况进行免疫组化检测;用生物信息学方法预测miR-125b的新靶基因;利用双萤光素酶报告系统验证miR-125b在预测的新靶基因mRNA的3'非翻译区是否有直接结合位点;构建新靶基因的真核过表达载体,检测新靶基因过表达后对miR-125b表达水平的影响。结果:在肝癌细胞中过表达miR-125b可抑制细胞EMT过程,下调α平滑肌肌动蛋白、神经钙黏素的表达;miR-125b在肝癌患者肿瘤组织中的表达远低于癌旁组织,而SNAIL1作为调控EMT的主要转录因子之一,其在肿瘤组织中的入核比例明显高于癌旁组织;用TargetScan预测到snail1是miR-125b的潜在靶点之一,但双萤光素酶实验表明snail1并非miR-125b的直接靶基因。此外,我们意外发现在肝癌细胞中过表达SNAIL1可上调miR-125b的表达。结论:miR-125b可抑制肝癌EMT过程,但并非直接通过靶向snail1发挥作用,两者在肝癌细胞中存在着复杂的间接调控关系。

肿瘤治疗的新希望:肿瘤干细胞

肿瘤干细胞是存在于肿瘤组织内数量极少的既保持干细胞自我更新能力又能够导致肿瘤发生、发展的一群细胞。目前,在白血病中肿瘤干细胞的研究较为深入,在一些实体肿瘤如乳腺癌、神经系统肿瘤中也发现了肿瘤干细胞存在的证据。肿瘤干细胞的研究正逐渐得到重视并成为恶性肿瘤研究领域新的热点和方向。明确肿瘤干细胞的生物学性状及其导致肿瘤发生的内在机制,并以肿瘤干细胞为靶标开展相关研究,就有可能为肿瘤治疗提供新的手段并最终为根治恶性肿瘤带来希望。