骨髓间质干细胞向心肌细胞分化的

骨髓间质干细胞向心肌细胞分化的可塑性及应用研究进展*张发宝杨黄恬#（中国科学院上海生命科学研究院/上海交通大学医学院，健康科学研究所，分子心脏学课题组；中国科学院上海生命科学研究院干细胞生物学重点实验室，上海200025）摘要减少心肌缺血后损伤，促进心肌细胞和血管再生是治疗心肌缺血损伤、心力衰竭的重要思路，而干细胞移植为该思路带来了新的曙光。

骨髓间质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs），也称为骨髓基质细胞，能分化为骨、软骨和脂肪细胞表型。

研究表明，MSCs还能分化为内皮细胞、神经细胞、平滑肌细胞、骨骼肌细胞和心肌细胞表型。

MSCs具有多向分化的潜能，且自体移植可以避免免疫排斥反应，同时也易于在体外大量扩增。

研究显示，MSCs移植能抑制损伤心肌的重塑和改善心肌功能。

因此，骨髓间质干细胞移植给人们展示了一个诱人的前景。

本文综述了近年来有关MSCs特性的新认识，尤其是MSCs向心肌细胞方向分化的可塑性、影响因素和信号转导机制，以及MSCs治疗心肌梗死的动物实验和临床研究进展。

关键词骨髓间质干细胞；分化；可塑性；细胞治疗；心肌细胞中图分类号Q291Plasticity of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Differentiating into Cardiomyocytes and the Potential of Cardiac Therapeutics ZHANG Fa-Bao，YANG Huang-Tian（Laboratory of Molecular Cardiology，Institute of Health Sciences，Shanghai Institute for Biology Sciences，CAS&Shanghai Jiao Tong University，School of Medicine；Key Laboratory of Stem Cell Biology，Shanghai Institute for Biology Sciences，CAS，Shanghai200025，China）Abstract Current treatments for ischemic cardiomyopathy aim at minimizing the deteriorated conse-quences of damaged myocardium.Recent stem cell researches have provided major impetus for the possi-bility of treating heart failure by generating new myocardium and vascular structures.Bone marrow mes-enchymal stem cells（MSCs），also referred to as marrow stromal cells，differentiate readily into chondro-cytes，adipocytes，and osteocytes.Recent provocative data suggest that they can also express phenotypic characteristics of endothelial，neural，smooth muscle，skeletal myoblasts，and cardiac myocytes.The multilineage potential，no immune reaction if self-transplantation，and the relative easiness of expansion in culture make MSCs a promising source of cells for medical therapies.Recent researches demonstrate that implantation of intramyocardial MSCs can prevent deteriorated remodeling and improve cardiac func-tion，although the underling mechanisms need to be further clarified.This review summarized recent studies in the recognization of MSCs，particularly the MSC plasticity into cardiomyocytes，factors and sig-nal pathways that mediate MSC differentiation，and animal studies as well as clinic trials of the implanta-tion of MSCs in postinfarct myocardium.Key words mesenchymal stem cells；differentiation；plasticity；cell therapy；cardiomyocytes*国家“973”子项目（G2000056904）及上海市科委重点资助项目（03DJ14019）和教育部资助项目（［2001］345）#通讯作者成体干细胞的可塑性研究是干细胞研究领域的热点之一，其中发现最早并且研究最多的是骨髓间质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，MSCs）。

研究表明，MSCs不仅可分化为骨、软骨、脂肪等基质细胞，而且具有分化为中胚层、外胚层和内胚层细胞的潜能，如心肌细胞、神经细胞和内皮细胞等，这种跨系统甚至跨胚层的分化特性称为“转分化（transdifferentiation）”或“可塑性（plasticity）”［1］。

目前，对MSCs可塑性仍存在较大的争议。

大量实验证明MSCs具有向基质细胞、神经细胞、心肌细胞、肝细胞等方向分化的可塑性；同时，另外一些实验则证明MSCs可能并不具备可塑性或仅具有限的可塑性。

与胚胎干细胞相比，MSCs来源更方便，而且在一定条件下，能在体外大量扩增，同时自体移植没有伦理学和免疫相关问题。

近年对心肌梗死病人的试验性自体MSCs移植表明，MSCs能在一定程度上改善病变的心脏功能，提示了细胞移植成体干细胞的临床应用前景。

因此，近年来MSCs的研究受到高度重视，对MSCs的特性、可塑性和应用价值认识也在不断更新。

本文综述了近年有关MSCs表型鉴定、向心肌细胞分化的可塑性、信号转导机制，以及MSCs移植治疗动物或人心肌梗死、心力衰竭的应用研究进展，为MSCs作为心肌损伤的细胞移植供源提供参考。

一、MSCs生物学特征和特征性标志物MSCs是来源于骨髓的非造血类细胞，可以贴壁生长，形态类似成纤维细胞，有一定的自我更新能力，可以分化为骨、软骨和脂肪等多种类型的基质细胞［1］。

然而迄今为止，还没有找到非常明确的鉴定MSCs的标志，即“通用”标志。

不同学者采用不同的抗原标志物筛选出的MSCs可能在生长和可塑性等特征上存在一定的差异，也因此出现了不同的命名和称呼。

如间质祖细胞（mesenchymal progenitor cell，MPC）、多潜能的间质干细胞（multipotent adult progenitor cells，MAPC）、亚全能干细胞（Flk-1+/ CD31-/CD34-progenitors）等（表1）。

表1 不同来源的骨髓间质干细胞的特性名称特征动物来源（参考文献）非造血组织前体细胞骨髓中贴壁细胞群，包括成纤维样细胞、内皮细胞、单核/巨噬细胞豚鼠（Friedenstein等.1970）；小鼠（Friedenstein等.1976）克隆形成单位成纤维状细胞克隆，伴有少量单核/巨噬细胞人（Castro-Malaspina等.1980）；小鼠（Friedenstein等.1982，Mori等.1987）；兔（Owen等.1987）骨髓间质干细胞骨髓中可以贴壁的一类成纤维样细胞，具有自我更新能力和一定的可塑性人（Caplan等.1991）骨髓基质细胞骨髓中可以贴壁生长一类细胞，包含有或不含有贴壁成纤维状细胞，内皮细胞，单核/巨噬细胞小鼠（Prockop等.1997，Mori等.1978，Piersma等.1985）骨髓基质（干）细胞（BMSSCs），骨髓基质祖细胞（SPCs）骨髓间质来源的非造血细胞，具有成纤维细胞形态小鼠（Simonsen等.2002）；人（Shi等.2002，Bianco等.2000）RS-1，RS-2，mMSCs（RS：再循环干细胞；m：成熟）RS-1：细长，三角状；RS-2：中等细长，三角状；mMSCs：宽形，多角状人（Colter等.2000、2001）多潜能成体祖细胞（MAPCs）骨髓源性祖细胞人（Gronthos等.2003）；小鼠和大鼠（Herzog等.2003）骨髓源性间质祖细胞5%～20%含有静息状态，非定向，不分化的间质细胞人（Conget等.2001）Flk1+/CD31-/CD34-标志的骨髓来源的祖细胞（亚全能干细胞）可以扩增超过50个倍增周期，且不出现老化和潜能丢失的一类间质来源的祖细胞人（Fang等.2004，Deng等.2005）虽然MSCs缺乏通用的抗原标志，但近年来不同的抗原进行的大量筛选研究，已勾画出MSCs抗原标志的轮廓（表2），按MSCs的抗原特性，一般可以分为以下几大类：（1）相对特异性的表面抗原，如SH2、SH3、SH4和STRO-1，这些抗原在MSCs中表达阳性，但并不是MSCs唯一表达的抗原；（2）细胞因子和生长因子及其受体。

如干细胞因子（stem cell factor，SCF）及其受体（SCFR）等；（3）粘附因子类，如整合素（integrin v3，v5），细胞间粘附分子2（in-tercellular adhesion molecule-2，ICAM-2）等；（4）细胞外基质，如I、III、IV、V和VI型胶原，纤粘蛋白（fibronectin）、层粘蛋白（laminin）等；（5）阴性标志，主要用于与造血细胞和内皮细胞相区分的标志如CD34、CD43、CD31、CD14等。

一般多采用阳性和阴性标志物联合鉴定的方式进行筛选。

表2 鉴定MSCs的常用标志物标志物分类名称相对特异性抗原SH2（CD105）、SH3（CD73）、SH4，STRO-1、α-平滑肌肌动蛋白、MAB1740、CD44、CD71、Thy1（CD90）、CD117（c-kit）、CD120a、CD124、CD164细胞因子及生长因子白介素1α、6、7、8、11、12、14、15和27，以及LIF、SCF、Flt-3ligand、GM-CSF、G-CSF、M-CSF细胞因子及生长因子受体IL-1R（CD121）、IL-3R（CD123）、IL-4R、IL-6R（CD126）、IL-7R（CD127）、IL-10R、IL-13R、IL-17R、LI-FR、SCFR、G-CSFR、IFNγR（CDw119）、TNFαR（CD120a）、TGFR、bFGFR、PDGFR（CD140a）、EGFR、Flk1粘附分子整合素β1（CD29）、CD49e、ICAM-1（CD54）、ICAM-2、VCAM-1（CD106a）、NCAM（CD56）、LCAM-1、LFA-3（CD58）、L-selectin（CD62L）、endoglin、HCAM（CD44）细胞外基质分子胶原蛋白I、III、IV、V和VI型，以及fibronectin、laminin、proteoglycans阴性表达的标志物CD14、CD34、CD45、CD56、CD133、ESA、vWF、HLA-1、HLA-DR、B7-1（CD80）、B7-2（CD86）、IL-2R （CD25）、p-选择素（CD62P）、PECAM-1（CD31）、LFA-1α（CD11a）、Mac1（CD11b）二、MSCs向心肌细胞分化的可塑性早在上世纪60年代初，骨髓间质细胞就被发现能分化为成骨细胞。