论点丨关于间充质干细胞是不是干细胞的思考?

2020
12/25

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干细胞者说
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目前间充质干细胞已成为全球开展临床研究项目数最多的细胞,全球有近十款间充质干细胞药物上市。任何有关间充质干细胞的讨论,对提高临床研究的科学性和严谨性都是非常有意义的。



正文


撰文:东海先生

首发:间充质干细胞


●     ●       

先简要回顾间充质干细胞(MSC)研究历程上的一些重要事件:

1

干细胞的定义问题

“干细胞”一词,最早出现在1868年德国著名生物学家恩斯特·海克尔(Haeckel)的著作中。海克尔是达尔文进化论的坚定支持者,他绘制了许多系统发育树来代表生物从共同祖先进化而来,并将这些树称为“Stammbäume”(即为familytrees or ‘‘stem trees’’)。因此,1868年海克尔使用术语“Stammzelle”(德语为干细胞的意思),他推测所有多细胞有机体都是从其进化而来的祖先单细胞有机体,并提出受精卵也被称为干细胞。

1896年,埃德蒙·B·威尔逊(Edmund B.Wilson)在他的著作《The Cell In Development And Inherence》中用英语中普及了干细胞一词。大约在同一时间,造血系统的发育和再生的研究同样面临着一个问题,即血液中是否存在各种细胞类型的共同前体细胞。早在1896年,Pappenheim就用干细胞描述了一种能够同时产生红血球和白血球的前体细胞Pappenheim,1896。随后的世纪之交那几年,多个血液学专家开始使用干细胞这个术语来指代血液系统的共同前体细胞。

因此,干细胞一词起源于当时的两个主要胚胎学知识:生殖细胞-形成物的连续性(the continuity of the germ-plasm)和造血系统的起源(the origin of the hematopoietic system[1]

在维基百科网站上对干细胞定义如下:

Stem cells are undifferentiated biological cells that can differentiate into specialized cells and can divide (through mitosis) to produce more stem cells (themselves). 

干细胞是一种未分化的细胞,具有分化为其他特定细胞的功能(分化)和通过有丝分裂产生更多的自己(自我复制更新/增殖)。即,干细胞被定义为具有自我更新和分化细胞的能力[2]。只要符合这两个条件,那就是干细胞。根据这个定义,受精卵只具有分化功能,并不能自我复制增殖,所以受精卵并不是干细胞。

目前,对干细胞的认识方式,绝大部分来源于对造血干细胞的认知。干细胞自我更新的典范是造血干细胞,基于表型定义的造血干细胞在致死照射的小鼠的一生中具有连续重建造血的能力[3]。随后对其他器官的研究也继承了同样的思路,即假设所有的干细胞层级结构都遵循造血系统的层次分化。

谱系追踪技术使组织干细胞的研究发生了革命性的变化。因此,造血干细胞层次结构的关键特征(干细胞稀有、特异性标志物表达、静止、不对称分裂和单向分化)不能推广到其他组织。不对称干细胞分裂似乎并不是干细胞数量保持不变的主要机制,生态位的大小决定了许多固体器官的生态位中保留的干细胞的数量[4]。根据这些见解,有荷兰专家于2019年对干细胞提出了一个修正的、可概括的定义:通过细胞分裂来替换丢失的组织细胞的能力[4]。根据这个概念,胚胎干细胞、iPS和造血干细胞(HSC)、间充质干细胞(MSC)都属于真正的干细胞。 


2

间充质干细胞的定义问题

1992年,Caplan教授团队证明经过体外培养扩增的异体骨髓MSC,如果固定在多孔磷酸钙盐腔室里面避免被机体免疫细胞所接触,皮下种植在免疫缺陷小鼠(裸鼠)皮下,MSC能分化为成骨细胞;但是如果允许MSC自由扩散,则皮下种植的MSC不能分化为成骨细胞[5]这个实验就已经证明了移植到体内的MSC,如果接触免疫细胞,那么MSC就注定被清除而无法长期存活,导致没有足够的时间来进行分化。

2000年,美国费城儿童医院的团队分别给妊娠65天和85天的绵羊进行羊胎儿腹腔注射人骨髓MSC,MSC移植后在骨髓、脾脏、软骨和肺等多个组织中存活长达13个月,而且分化为软骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞和心肌细胞、骨髓基质细胞和胸腺基质细胞[6]

2005年,卡罗林斯卡大学哈丁格医院团队报道了1例诊断为严重的成骨不全的女性胎儿,曾在子宫内多发骨折,在妊娠第32周接受了异体配型不相符的男性MSC移植;出生9个月大的时候,骨组织学显示骨小梁排列整齐、形态规则,并发现来源于男性MSC的阳性骨细胞的中位数为7.4%(6.8%~16.6%),随访2年骨发育正常,证明了即使HLA配型不相符,异体MSC也可以移植到人类胎儿体内并分化为骨细胞[7]

2007年,意大利的Paolo Bianco团队证明骨髓MSC群体中的祖细胞(高表达CD146)自我更新的证据,经过8周的时间,皮下移植用纤维蛋白凝胶包裹的羟基磷灰石/三磷酸钙颗粒和MSC混合物,能重建骨髓造血微环境和形成骨组织,而且连续体内移植均可以产生克隆性增殖,从而支持MSC真正的干细胞身份[8]

2012年西班牙巴塞罗那的团队给妊娠新西兰大白兔(孕13~15天)进行羊水或肝内注射增强绿色荧光蛋白修饰的MSC,发现兔胎儿时期注射MSC后在全身多处均发现MSC的存在,但MSC依然没法长期存活,在移植后16周时受体幼兔所有组织器官中仅有少量MSC存在;而且MSC移植时的胎儿发育阶段与MSC的植入效率呈负相关,在胎儿发育的早期注射,MSC的存活时间越长[9]这个实验进一步证明了在个体的发育过程中,机体逐渐建立起内在的清除机制,自动识别没有巢(niche)这个局部微环境保护的MSC,并给与清除。

有意思的是,分布从骨髓、肌肉、骨膜、脐血中获得MSC,这些不同组织的MSC表达MCAM/CD146有明显的差异,而且在分化潜能和转录水平上与骨髓MSC有很大差异,这反映了它们不同的发育起源[10]。其实,这篇文章的结果应该这样解读:不同组织中MSC,处于特异性的微环境中,所以在分化潜能和转录水平上与骨髓MSC有很大差异;这些结果并不能反映发育起源,而且很可能反映了不同组织的MSC处于不同的发育阶段。更重要的是,这篇文章的组织来源并不能排除不同个体之间的差异。

所以,为何依然有部分专家认为MSC不是干细胞?是因为这些人:1)只看到了MSC回输到存在免疫系统的体内后并不是通过分化来发挥治疗作用,2)选择性忽视了MSC子宫腔内胎儿移植后分化为多种细胞的实验数据,3)没认识到MSC一旦离开原本的自己微环境(Niche)后,无法长时间存活,注定是被机体所清除(这也是机体的一种自我保护,干细胞不能随意在某个地方就发挥分化作用,否则容易出现异常分化,即癌变)


3

文末结论

当然,如果根据造血干细胞的特征来定义干细胞,那么获得诺贝尔奖的胚胎干细胞(ESC)和诱导多能干细胞(iPSC)都不符合干细胞的定义。举一个通俗的例子,以女性的特征来定义“人类”,那么男性就不属于“人类”。所以,在纠结MSC是否是干细胞之前,需要对“干细胞”的定义进行更为科学和规范的界定。

根据通用的定义:具有自我更新和分化细胞的能力,那么毫无疑问,MSC就是干细胞。

参考文献:(略)  

    目前,间充质干细胞临床试验已经超过900项,用于治疗各种难治性疾病。通常,间充质干细胞移植后会很快消失,可能是通过旁分泌发挥功能。诸多证据表明,间充质干细胞治疗是一种基于其独特的免疫调控功能和血管再生功能的细胞治疗。与传统意义上的干细胞移植治疗(细胞替代)有很大不同,也有些专家认为其不属于干细胞治疗的范畴。

    东海先生的这篇文章,提出了自己对间充质干细胞的认识,很有意思。

              -----步步先生


本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
造血干细胞,论点,充质,胎儿,机体,组织

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