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不同来源的间充质干细胞,为什么建议首选脐带
间充质干细胞,简称MSC,因其独特的组织修复能力而受到日益重视。值得一提的,MSC并不依赖于分化为特定的组织细胞来实现修复功能,而是通过分泌细胞因子发挥修复作用,这些细胞因子可以有效地减少炎症、降低组织细胞的凋亡,消除纤维化,并促进人体内源性组织器官的祖细胞的增殖。
间充质干细胞最先在骨髓中被发现,并广泛分布在人体里,比如骨髓、脐带、脂肪、脐带血、羊膜、(胎盘)绒毛膜、牙髓、胸腺、滑膜、胎儿血和肝脏等。目前认为MSC在体内存在于大血管周围。
虽然不同组织来源的间充质干细胞均能符合2006年国际细胞治疗协会(ISCT)制定的最低标准(定义),依然有不少研究的结果提示不同组织来源的MSC具有某些差异性,那么,究竟哪种来源的MSC更好呢?今天我们重点阐述不同来源MSC在含量与增殖能力、免疫调节能力和分泌细胞因子谱这几方面的差异。
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不同组织的MSC含量及增殖能力有差异
骨髓:根据成纤维细胞克隆形成单位(CFU-F)实验,骨髓MSC的含量大概占单个核细胞(MNC)的0.001%-0.01%,同时骨髓也是目前研究最广泛的MSC组织来源。然而,骨髓MSC的增殖能力相较于其他组织来源并不占优势。
细胞核型分析显示,骨髓MSC在培养至18代时出现染色体异常和端粒酶缩短的现象。此外,随着年龄的增长,骨髓MSC的数量和增殖能力出现明显的下降。性别也会影响骨髓MSC的大小和增殖能力,女性骨髓MSC的细胞直径和倍增时间均优于男性骨髓MSC。
脐带:有研究显示,从羊膜和脐带分离到的单个核细胞中,MSC的含量高达80%-100%。脐带来源的MSC具有较短的倍增时间和较强的克隆形成能力,显示出其增殖优势。甚至有实验室能到将脐带MSC的培养有效扩增到40代,依然具有多向分化潜能。而且细胞核型分析显示,脐带MSC在培养至30代才出现染色体异常。
当然,即使是脐带来源,脐带的不同部位(脐带膜、脐带膜下层、脐带血管周、华通氏胶)的MSC也存在一定程度的差异性;华通氏胶(Wharton's Jelly)的MSC含量最多,增殖能力最强。
脐带血:有研究显示,从脐带血中分离的单个核细胞中只有8%是MSC,而脐带血中的MSC数量极少,导致了从脐带血中分离并能培养成功的概率只有5.7%-10% ,比如一研究小组分离118份脐带血的单个核细胞(MNC),只有11份能培养出MSC;甚至有研究提示这些极少的数量经常是检测不到的,无法进行体外扩增。
脂肪:目前不清楚MSC在单细胞脂肪消化液中的比例是多少,但是有相关研究提示其含量不超过50%,而且这50%中还包含内皮细胞、脂肪基质细胞。脂肪来源的MSC与骨髓MSC分离后的P1代细胞长满均需要15-22天左右的时间,两者的倍增时间没有明显差异。
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不同组织的MSC免疫调节功能有差异
骨髓:骨髓来源的MSC具有较高的免疫原性,其HLA-DR的表达较高,受到炎症环境的影响。在给予TNF-α和IFN-γ刺激时,骨髓MSC会上调HLA-DR的表达。然而,机体内IFN-γ的局部浓度可能影响其作用。
脐带:脐带来源的MSC具有较低的免疫原性和更强的免疫调节作用。其HLA-DR的低表达不受炎症环境的影响。
脐带和羊膜来源的间充质干细胞的免疫调节能力(抑制率分别为80.6%± 4.2%、85.6%±1.2%)明显优于骨髓来源(69.3%±4.7%)和脐带血(44.8%±4%)
脐带血:脐带血来源的间充质干细胞的免疫抑制能力最差。
脂肪:脂肪来源的MSC的免疫调节能力明显优于骨髓MSC,和骨髓MSC相比,对树突状细胞具有更强大的调节能力。
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不同组织的MSC分泌细胞因子谱有差异
骨髓:骨髓MSC促进造血干细胞克隆形成的能力存在争议,有研究认为优于脐带血和脐带来源,也有研究认为不如脐带血和脐带来源。骨髓MSC分泌的VEGF量较高,在促进血管新生方面有一定优势。此外,骨髓MSC表达较高的NGF。
脐带:脐带MSC分泌的细胞因子(如G-CSF、GM-CSF、HGF、IL-6、IL-8、IL-11)远高于骨髓MSC,支持造血干细胞克隆形成的效果优于骨髓MSC。然而,也有研究显示其促进造血干细胞克隆形成的能力不如骨髓MSC。此外,脐带MSC高表达HGF而低表达VEGF。
脐带血:脐带血MSC分泌更多支持造血的细胞因子,因此支持造血干细胞克隆形成的效果优于骨髓来源的间充质干细胞。
脂肪:脂肪MSC表达BDNF的量高于骨髓MSC,但增殖能力和趋化能力存在差异。商品化的骨髓MSC和脂肪MSC有相似的增殖能力和趋化能力,但实验室培养的不同个体的脂肪MSC的增殖能力和趋化能力却出现明显的差异。
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总结
①MSC在组织中的含量(细胞丰度):脐带的含量毫无疑问为最高,羊膜和脂肪次之;而脐带血中含量极少,导致检测不到之事常用发生;
②MSC增殖能力:由于MSC具有年龄特性,脐带和羊膜来源的MSC具有明显的优势,脂肪和骨髓次之,脐带血体外扩增能力较差;
③免疫调节能力:脐带、羊膜和脂肪来源的MSC优于骨髓MSC,而胎盘MSC的免疫调节能力最差,脐带血来源的MSC免疫抑制能力最差;
④分泌细胞因子谱:脐带MSC分泌细胞生长因子的总量明显高于骨髓MSC,但是不同来源的分泌细胞因子谱有明显的特点;