間充質(zhì)干細(xì)胞的表面標(biāo)記物
日期：2020-01-06 14:00:22
間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells, MSCs）是一類存在于多種組織(如骨髓、臍帶血和臍帶組織、胎盤組織、脂肪組織等），具有多向分化潛力的成體干細(xì)胞。
它可以向多種間充質(zhì)系列細(xì)胞（如成骨、成軟骨及成脂肪細(xì)胞等）或非間充質(zhì)系列細(xì)胞分化。
間充質(zhì)干細(xì)胞具有低免疫原性，一般都不會(huì)引起宿主的免疫反應(yīng)。這種特性使其在自身免疫性疾病以及各種替代治療等方面具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。
1. 間充質(zhì)干細(xì)胞來源與分布
間充質(zhì)干細(xì)胞是1987年由Friedenstein等人 [1]利用自然貼壁法從獲得的骨髓基質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的概念最早在1991年由Caplan提出。
MSCs這一類群細(xì)胞的異質(zhì)性比較大，故無法定MSCs的發(fā)育起源。比如牙髓、皮膚等屬于外胚層來源，骨髓、脂肪組織、圍產(chǎn)期組織等則屬于中胚層來源。
間充質(zhì)干細(xì)胞廣泛存在于人體各組織中，可來源于骨髓，胰腺，皮膚肺等多處器官組織。也在許多其他的組織中發(fā)現(xiàn)有間充質(zhì)干細(xì)胞的存在，在滑膜、肝臟、肺臟、牙周質(zhì)、胰腺、眼結(jié)膜、脂肪、肌腱、甚至在羊水及頭皮組織中均可以培養(yǎng)出間充質(zhì)干細(xì)胞。
圖1. 間充質(zhì)干細(xì)胞的來源
2. 間充質(zhì)干細(xì)胞的定義
自1991年MSCs的概念提出之后，在接下來的十年內(nèi)報(bào)告MSCs的組織類型激增。這就需要對(duì)MSCs的定義有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)。
2006年，國際細(xì)胞療法協(xié)會(huì)（ISCT）制定了MSCs的定義的基本標(biāo)準(zhǔn)，也是MSC最低的鑒定標(biāo)準(zhǔn)：
- 在標(biāo)準(zhǔn)體外培養(yǎng)條件下呈貼壁生長(zhǎng)狀態(tài)。
- 大于或等于95%的細(xì)胞表達(dá)CD105、CD73和CD90，且表達(dá)CD45、CD34、CD14、CD11b、CD79a、CD19或HLA-Ⅱ類分子的細(xì)胞不應(yīng)超過總數(shù)的2%[2]
- 在體外誘導(dǎo)條件下，具有分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞及脂肪細(xì)胞的能力。
該標(biāo)準(zhǔn)存在的缺陷是對(duì)其在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)是否能真正分化未做要求，也沒有檢驗(yàn)其干性是否能維持。
不同來源的MSCs分子特征差異巨大[3]。Caplan建議將其改為醫(yī)用信號(hào)細(xì)胞 (medicinal signaling cells，MSCs)[4]。
3. 間充質(zhì)干細(xì)胞生物學(xué)特性
間充質(zhì)干細(xì)胞是一類能夠自我更新并具有多向分化潛能的典型細(xì)胞群體。在體外和體內(nèi)通過不同方式誘導(dǎo)分化為脂肪組織細(xì)胞、軟骨組織細(xì)胞、結(jié)締組織細(xì)胞和骨組織細(xì)胞及神經(jīng)干細(xì)胞。此外，研究表明，MSCs也可能被誘導(dǎo)分化為內(nèi)胚層細(xì)胞（肺細(xì)胞，肌細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞）及外胚層細(xì)胞（上皮細(xì)胞和神經(jīng)元）[5] [6]。
間充質(zhì)干細(xì)胞具有獨(dú)特的細(xì)胞因子分泌功能，可分泌IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、干細(xì)胞生長(zhǎng)因子、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、TGF-β等。
除了具有分化潛能外，間充質(zhì)干細(xì)胞具有低免疫原性和免疫調(diào)節(jié)作用。
間充質(zhì)干細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)機(jī)制可由分泌可溶性細(xì)胞因子如IL-10、TGF-β1、前列腺素E2、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、IL-2等介導(dǎo)。誘導(dǎo)CD8+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞發(fā)揮免疫抑制作用。人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可能干涉抗原呈遞細(xì)胞的成熟。
圖2. 間充質(zhì)干細(xì)胞的自我更新和多向分化潛能
4. 間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用
MSCs對(duì)免疫系統(tǒng)的作用以負(fù)向調(diào)控為主。
- 單核細(xì)胞：?jiǎn)魏思?xì)胞可分化為M1型Mφ起促炎作用或分化為M2型Mφ起抗炎作用。MSCs分泌IL-1RA、IL-10、CCL-18促使M1向M2轉(zhuǎn)化，通過影響Treg的形成，起到抗炎癥與負(fù)向調(diào)節(jié)T細(xì)胞功能的作用。
- 中性粒細(xì)胞：在體內(nèi)，MSCs能夠通過加強(qiáng)中性粒細(xì)胞抗菌能力起到輔助清除細(xì)菌的作用，此外還能抑制中性粒細(xì)胞凋亡，延長(zhǎng)中性粒細(xì)胞壽命。
- 樹突狀細(xì)胞：作為體內(nèi)最主要的專職抗原提呈細(xì)胞，樹突狀細(xì)胞能夠有效刺激T細(xì)胞和B細(xì)胞的活化，激發(fā)機(jī)體免疫應(yīng)答。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)MSC能夠顯著地減少單核細(xì)胞向樹突狀細(xì)胞的分化，維持樹突狀細(xì)胞的未成熟的狀態(tài)，從而使DC不能有效地活化初始T細(xì)胞和刺激T細(xì)胞增殖。
- T細(xì)胞：MSCs主要通過釋放可溶性因子、細(xì)胞間的直接接觸以及誘導(dǎo)Treg生成等三種方式抑制T細(xì)胞功能，這種抑制作用呈劑量依賴效應(yīng)。
- B細(xì)胞：MSCs會(huì)分泌一種細(xì)胞因子抑制B細(xì)胞增殖。MSCs通過使B細(xì)胞的細(xì)胞周期滯留在G0/G1期來達(dá)到目的。MSCs能夠產(chǎn)生趨化因子受體CXCR4/5/7來改變B細(xì)胞的趨化能力。
圖3. 間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用
5. 間充質(zhì)干細(xì)胞的細(xì)胞表面標(biāo)記物
細(xì)胞的特定的功能與其表面標(biāo)志物相關(guān)，細(xì)胞表面標(biāo)記物可以體現(xiàn)細(xì)胞的一些基本特征[7]。間充質(zhì)干細(xì)胞屬混雜細(xì)胞群，其表面抗原也具有非專一性，表達(dá)了間質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和表皮細(xì)胞的表面標(biāo)志。目前人類間充質(zhì)干細(xì)胞表面比較肯定存在的標(biāo)記物有CD10，CD13，CD29，CD90和CD1，表面陰性的為CD14，CD34，CD45[8] [9]。
圖4. 間充質(zhì)干細(xì)胞陽性和陰性標(biāo)記
CD29：CD29也被稱為整合素β1,VLA-β鏈或gpIIa，為多種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的受體，是分子量為130 kDa的單鏈I型糖蛋白，屬于整合素家族。它廣泛表達(dá)于大多數(shù)造血細(xì)胞和非造血細(xì)胞，包括白細(xì)胞(雖然在粒細(xì)胞水平較低)、血小板、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和肥大細(xì)胞。CD29作為纖維連接蛋白受體，參與多種細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用，調(diào)節(jié)多種重要的生物學(xué)功能，包括胚胎發(fā)育、傷口修復(fù)、止血和防止細(xì)胞程序性死亡。它的表達(dá)與MSC的遷移有關(guān)。
CD44：CD44也稱為Hermes、Pgp1、H-CAM或Hutch，是一種80-95 kDa的糖蛋白。它表達(dá)于白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞。CD44在B和T細(xì)胞的記憶階段高表達(dá)，被認(rèn)為是一個(gè)有價(jià)值的記憶細(xì)胞亞群的標(biāo)志物。
CD44是一種粘附分子，CD44抗原是一種細(xì)胞表面糖蛋白，CD44參與多種細(xì)胞功能，包括淋巴細(xì)胞活化、再循環(huán)和歸巢、造血和腫瘤轉(zhuǎn)移。
CD54：CD54也稱為ICAM-1，是一種分子量為85-110 kDa的I型跨膜蛋白，是免疫球蛋白超家族的成員。它表達(dá)于活化的內(nèi)皮細(xì)胞、高內(nèi)皮微靜脈、T、B細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞。ICAM-1的表達(dá)可從細(xì)胞表面釋放。CD54可由IL-1和TNF-α誘導(dǎo)，并由血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞表達(dá)。CD54在細(xì)胞粘附中發(fā)揮作用，并參與炎癥和白細(xì)胞外滲。CD54也被證明是鼻病毒的主要細(xì)胞受體。
CD73：CD73是一種5′-核苷酸外切酶，又稱NT5E。它是一種69 kDa GPI錨定的表面蛋白。CD73廣泛表達(dá)于包括淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞。CD73不僅可參與嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑，還可作為一種重要的免疫信號(hào)分子，參與跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及細(xì)胞的黏附。CD73在間充質(zhì)干細(xì)胞表面的穩(wěn)定表達(dá)是鑒別MSCs重要的表面標(biāo)記之一。
CD90 (Thy1)：CD90也稱為Thy-1，是一種25-35kDa 的GPI錨定蛋白。它屬于免疫球蛋白超級(jí)家族。人CD90表達(dá)于神經(jīng)細(xì)胞、CD34+細(xì)胞亞群、胎肝細(xì)胞亞群、胎胸腺細(xì)胞亞群、成纖維細(xì)胞、活化內(nèi)皮細(xì)胞和某些白血病細(xì)胞系。Thy-1與與細(xì)胞的黏附、分化、細(xì)胞間相互作用有關(guān)。它是人類微血管內(nèi)皮細(xì)胞活化的標(biāo)記，與新生血管的形成有關(guān)[10]；也是鑒別人類MSCs的重要標(biāo)記之一[11]。
CD105 (Endoglin)：CD105也稱為endoglin，是透明帶蛋白(ZP)家族的一種90 kDa的I型跨膜糖蛋白糖蛋白。
Endoglin在足月胎盤增生的血管內(nèi)皮細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和合體滋養(yǎng)層細(xì)胞上高表達(dá)，在造血干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)嵴干細(xì)胞、活化的單核細(xì)胞以及淋巴和髓系白血病細(xì)胞上表達(dá)較少。在血管生成的組織中，如腫瘤、傷口愈合或真皮炎癥中，CD105在活化的內(nèi)皮細(xì)胞上的表達(dá)增加。Endoglin是TGFβ超家族配體的III型受體。CD105在血管發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的作用，它可以維持血管的完整性[12]。
CD106 (VCAM-1)：CD106又稱血管細(xì)胞黏附蛋白1(VCAM1)，INCAM-100和L1CAM，其編碼的蛋白是唾液酸糖蛋白，分子量為110kDa，由IL-1、TNF等細(xì)胞因子激活表達(dá)。
它是免疫球蛋白超家族成員，表達(dá)于炎癥血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞上均有表達(dá)，在正常組織和炎癥組織中均有表達(dá)。它的表達(dá)與MSC的干性維持有關(guān)[13]。
CD106介導(dǎo)白細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞粘附和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，可能在動(dòng)脈粥樣硬化和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展中起作用。
CD166 (ALCAM)：CD166又稱CD6配體或活化的白細(xì)胞粘附分子(ALCAM)，屬于免疫球蛋白超家族成員，是一種分子量為100-105kD的跨膜糖蛋白。
它表達(dá)于活化的T細(xì)胞、活化的單核細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和神經(jīng)元。ALCAM/CD6相互作用可能參與T細(xì)胞的發(fā)育和調(diào)節(jié)。此外，ALCAM/CD6和ALCAM/NgCAM相互作用可能在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮作用。ALCAM在高轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細(xì)胞系中表達(dá)上調(diào)，并可能在腫瘤遷移中發(fā)揮作用。它還可以參與胚胎造血系統(tǒng)的發(fā)育和毛細(xì)血管的形成，并在維持MSCs多向分化潛能方面起著至關(guān)重要的作用[14]。
CD349 (Frizzled-9)：CD349屬于“卷曲”基因家族的成員，這些蛋白是Wnt信號(hào)蛋白的受體。FZD9基因位于7號(hào)染色體的Williams綜合征常見缺失區(qū)，F(xiàn)ZD9基因的雜合性缺失可能與Williams綜合征的表型有關(guān)。FZD9主要在腦、睪丸、眼睛、骨骼肌和腎臟中表達(dá)。
STRO-1：Stro-1也是研究常用的標(biāo)志物，但在很多研究中均未提及[15]。
作為尋找間充質(zhì)基質(zhì)/干細(xì)胞(mesenchymal stromal/stem cells，MSC)可靠標(biāo)志物的實(shí)驗(yàn)研究的一部分，Stro-1抗體是利用人CD34+骨髓細(xì)胞脾內(nèi)免疫小鼠產(chǎn)生的幾株雜交瘤中的一株產(chǎn)生的。Stro-1被認(rèn)為是最著名的MSCs標(biāo)記物，其抗體主要用于流式細(xì)胞術(shù)以及對(duì)可能的MSCs進(jìn)行染色。
TNAP：TNAP(組織非特異性堿性磷酸酶)抗原可以與W8B2抗體反應(yīng)。TNAP選擇性地表達(dá)在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞上。
CD34：CD34是一種跨膜唾液黏蛋白，可能與黏附和抗黏附有關(guān)。它是間充質(zhì)干細(xì)胞的陰性標(biāo)志物，一直以來備受爭(zhēng)議[16]。爭(zhēng)議的點(diǎn)在于，分離得到的新鮮細(xì)胞（如內(nèi)皮細(xì)胞）是表達(dá)CD34的，但是隨著傳代次數(shù)的增加CD34逐漸消失，造血干細(xì)胞中也存在類似情況[17]。也就是說MSCs不表達(dá)CD34是由細(xì)胞培養(yǎng)所致，并不符合其在體內(nèi)的真實(shí)狀態(tài)，所以是否應(yīng)將CD34作為MSCs的陰性標(biāo)志物應(yīng)重新考慮。
5.1 不同來源MSC的標(biāo)志物比較
目前臨床應(yīng)用較多的為骨髓來源MSC（bone marrow-MSC, BM-MSC）、臍帶來源MSC（umbilical cord-MSC, UC-MSC）和臍血來源MSC（UCB-MSC），不同來源MSCs既存在一些共性，也具有一些不同的特性。
UC-MSC的大多數(shù)免疫標(biāo)記物與BM-MSC的表達(dá)相似，不同的是，UC-MSC中HLA-ABC和CD106的表達(dá)低于BM-MSC。這提示UC-MSC比BM-MSC具有更低的免疫原性。CD106的低表達(dá)可能是UC-MSC與BM-MSC的鑒別點(diǎn)之一。
UCB-MSC和BM-MSC細(xì)胞表面標(biāo)志物比較一致。它們均表達(dá)CD29、CD44及CD105等細(xì)胞黏附分子，而不表達(dá)CD13、CD14、CD34及CD45，其免疫表型不隨著細(xì)胞傳代的增加而改變。
6. 間充質(zhì)干細(xì)胞的應(yīng)用
間充質(zhì)干細(xì)胞的特點(diǎn)：具有自我更新，多向分化潛能，在體外能傳40代，并保持穩(wěn)定的表型和多向分化潛能。此外，它具有低免疫原性。
因此，間充質(zhì)干細(xì)胞可作為基因治療的載體細(xì)胞，修復(fù)各種組織和器官，如骨、軟骨、肌腱、皮膚、神經(jīng)組織、心肌，也可用于器官或組織移植。
目前應(yīng)用較多的有骨、軟骨和關(guān)節(jié)損傷的修復(fù)，造血干細(xì)胞移植治療移植物抗宿主病，自身免疫性疾病的治療，脊髓損傷和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療。
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