牙髓干细胞研究现状
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[ 2]
分离猪第三磨牙牙胚 , 制备单细胞悬液, 并接种到
可降解的聚合物支架上, 植入大鼠肠系膜内生长 20~ 30 周 , 可成功地构建出牙齿结构, 包括含成熟牙釉质 的釉 器 官、 牙 本 质、 成 牙 本 质 细 胞、 髓 室、 推定 的 H ert w ig / s上皮根鞘和成牙骨质细胞, 证实在猪第三磨 牙有上皮和间充质干细胞的存在。 M iu ra 等
[ 8]
2 DPSC s的定位、 分离和鉴定
Gronthos等
[ 1]
推测 DPSCs可能来源于血管周围的
[ 6]
微环境 ( perivascular niche) 。 Shi等
研究发现, DPSCs
和 B M SCs 存在于它们起源组织的微血管周围 , 应 用 STRO 1抗体 ( 血管周细胞表面标志 ) 对 DPSCs 和 B M SCs进行免疫筛选, 然后对新分离的 STRO 1 阳性 DP SCs和 B M SC s进行免疫组化、 荧光激活细胞分选和免 疫磁珠分选检测 , 发现它们均不表达内皮细胞标志 von W illebrand 因子, 均表达管周抗原标志 CD146 , 平滑肌 细胞标志 平滑肌肌动蛋白和一种外皮细胞相关抗原 3G5 。 DPSCs和 B M SC s前两种标志物表达基本相同, 但
落乳牙中分离到干细胞, 其具有较 DPSCs和 BM SCs 更 高的增生能力和克隆形成能力, 并可以分化成神经细 胞、 脂肪细胞和成牙本质细胞, 回植小鼠体内后可形成 骨和牙本质, 注射入小鼠脑内生存可超过 10 d , 并可表
第 5期
丁
刚等 : 牙髓干细胞研究现状
661
达神经标记物神经微丝 ( neuro fila m en, t NFM )。他们把 这种干细胞命名为脱落乳牙干细胞 ( stem ce lls from hu m an ex foliated dec iduous teeth , S H ED)。
[ 5]
发现在小鼠切牙颈环星
Biblioteka Baidu
网状层中心的上皮细胞层存在干细胞 , 维持小鼠切牙
[ 3]
培养发育早期的牙髓 , 发 甘
现可分化形成成牙本质细胞, 在培养体系中加入
从人脱
油磷酸钠诱导分化后, 牙髓细胞出现极化 , 其突起排 列成一个方向 , 而且相互之间形成连接复合体, 并分 泌富含 ∀ 型胶原的基质, 而后出现矿化 , X 线显微分 析表明有钙、 磷的沉积 , 电子衍射证明矿化中存在羟
2008 年 第 29卷
10 月 第 5期
首 都 医 科 大 学 学 报 Journal of C apitalM ed ical U niversity
O ct . 2008 Vo. l 29 N o . 5
综
述
牙髓干细胞研究现状
丁 刚
1 , 2
刘
怡
1
王松灵
1 *
( 1. 首 都医科大学口腔医学院涎腺疾病中心及基因治疗分子生物学实验室 ; 2. 山东省潍坊市益都中心医院口腔科 ) 摘要 ! 牙髓干细胞是一种具有高度增生、 自我更新能力和多相分化潜能的成体干 细胞 , 在牙髓修复 和牙齿再 生中发挥重 要作 用。近年来对牙髓干细胞的培 养、 细胞表型和功能等方面已进行了大量研究 , 本文就牙髓干细胞的研究现状作一综述。 关键词 ! 成体干细胞 ; 牙髓干细胞 ; 再生 ; 牙组织工程 中图分类号 ! R 78
[ 1]
首先提出 DPSCs 的概念, 把具有克
隆形成能力的高增殖率的牙髓细胞命名为 DPSCs 。他 们应用酶消化法对成人第三磨牙牙髓细胞进行体外培 养 , 并与骨 髓基质干 细胞 ( bone m arrow strom al ce lls , BMSCs)进行比较。结果表明, 这两种细胞具有相似的 免疫表型, 但 DPSCs具有更高的克隆形成率和增生率, 经体外诱导后能形成分散而高密度 的钙化小节。将 DPSC s与 HA /TCP 支架共同培养后回植到小鼠背侧皮 下 , 能观察到类似牙本质 牙髓复合体样的结构。 Young 等
应用基因芯片技术研究 DPSCs 和 B M SCs的基因
表达情况, 发现二者在人类将近 4 400个基因表达水平 上是一致的 , 包括表达细胞外基质成分、 细胞 黏附分 子、 生长因子、 转录调节因子等的基因。但同时发现, DPSC s较高表达 & ∋% 1 型胶原、 胰岛素样生长因子
2 、 盘状结构域酪氨酸激酶、 NAD ( P ) H 维生素 K3 氧化 周期素依赖性蛋白激酶 6 等, BMSCs较高表达 大多数 DPSCs 表达 3G5 , 只有少数 BM SCs 表达 3G5 。 还原酶、 [ 9] ∀ 2型胶原。 L iu 等 研究表明, 这两种干细胞都与其周围的血管组织密切 胰岛素样生长因子连接蛋白 7 和 相关。 T ecles等
R esearch Progress of D ental P ulp Ste m Cells
D ing Gang , L iu Y i , W ang Songling ( 1. Salivary G land D isease Center and theM o lecular Laboratory for G ene Therapy, Co llege of S tom atology, Cap italM ed ical Un iver sity;
2. D ep ar t m ent of S to m atology, Y idu Cen tralH osp ita l of Shandong W eifang ) AB STRACT! D enta l pulp ste m cells( DPSCs) a re a kind of adult ste m ce lls in the denta l pu lp and possess high proliferation ra te , se lf renewa l capab ility and mu lti lineage d ifferentiation capab ility , w hich p lay an i m portant ro le in den tal pu lp repa ir and tooth regene ra tion. R ecently, there are p lenty o f studies about cu lture , ce ll phenotype and func tion o f DPSCs . The research progress of DPSC s is rev ie w ed in th is paper . KEY W ORDS! adult stem cel;l denta l pulp ste m ce l; l regenera tion ; denta l tissue eng ineering
1, 2 1 1*
干细胞是一类具有自我更新、 高度增生能力和多 相分化潜能的细胞 , 能够产生高度分化的功能细胞, 包括胚胎干细胞和成体干细胞。目前已在体外成功 地扩增出人体多种组织的成体干细胞 , Gronthos等
[ 1]
磷灰石晶体结构 , 证实牙髓中有能分化为成牙本质细 胞的祖细胞。 Gronthos等
[ 4]
在 2000 年发现人牙髓组织中 同样存在成体干细胞, 即牙髓干细胞 ( den tal pu lp stem ce lls, DPSCs)。本文 就 DPSCs的研究现状做一综述。
1 DPSC s的提出和概念
牙髓是结缔组织 , 有一定修复再生的能力。由于 成牙本质细胞是一种终末细胞 , 一旦分化后就不再分 裂 , 因此, 普遍认为在成牙本质细胞遭受损伤后 , 牙髓 内存在的未分化前体细胞可分化为成牙本质细胞 , 并 分泌细胞基质。 H arada 等 终生不断萌出。 Couble 等
牙分为 3组, 一组制备累及牙本质的浅洞, 一组制备暴 露牙髓的深洞, 一组不做处理 , 分别在含 Brdu的培养基 中培养, 以观察牙髓内干细胞的活化和迁移。结果发 现, 深洞组培养 1 d 后可见 Brdu 位于血管周围细胞的 胞核内, 而且越靠近牙洞 Brdu 表达越强, 培养 2 周后, Brdu 位于牙洞的周围, 培养 4周后, Brdu 只位于牙洞区 的牙髓组织内。在浅洞组和未处理组未见有 B rdu 标 记。作者认为, 血管周围存在干细胞, 在成牙本质细胞 损伤后可活化并向损伤区迁移。 [ 1] Gronthos等 利用酶消化法 ( 3 g /L 的 ∀ 型胶原 酶和 4 g /L 的 d ispase) 37 # 消化牙髓组织 1 h , 通过 70 m 的细胞筛获得单细胞悬液, 在含有 20 % 胎牛血 清、 100 m ol /L 的 L 抗坏血酸 2 磷酸、 2 mm o l/L的 L 谷氨酰胺的 MEM 培养基中培养 , 然后测定其克隆 形成率和增生能力, 证实牙髓组织中存在具有克隆形 成能力和高度增生能力的 DPSC s 。 干细胞表面的分子标记是鉴定和研究干细胞功能 的重要手段, 目前发现明确的干细胞标记不多, 对 DP SCs的标记物研究也不够深入。 G ronth os 等 应用免 疫组化技术研究 DPSC s的表面分子标记, 并与 BM SCs 比较。结果表明 , DPSCs和 B M SC s的蛋白表达极为相 似, 均不表达造血细胞标记物 CD14 、 CD45 、 CD34 以及 其他组织标记物 M yoD、 神经微丝、 ∃ 型胶原、 过氧化物 酶体增殖激活受体 ! 2 均表达与内皮细胞 ( 血管细胞黏
[ 7]
选取拔除的根尖孔未形成的第三磨
研究发现, DPSCs分化时, 初始 Runx2 、 TGF 相关基因、 胶原代谢相关基因上调, 碱性磷酸酶活性上升, 后均下 降 , 而细胞外基质磷糖蛋白 ( m atrix extracellu lar phos phog lycopro tein , MEPE)是 DPSC s分化过程中唯一下降 的标记物, 作者认为, MEPE 是矿化的抑制剂, 在 DPSC s 分化时下调, 可作为 DPSC s分化时的检测指标。
附分子 1 、 CD146)、 平滑肌细胞 ( 平滑肌肌动蛋白 )、 骨细胞 (碱性磷酸酶、 ∀ 型胶原、 骨连接素、 骨桥素、 骨钙 素 ) 和成纤维细胞 ( %型胶原、 成纤维细胞生长因子 2) 有关的分子标记。 DPSCs 不表达骨基质蛋白、 骨涎蛋 白 , 而在 B M SCs为低水平表达。用 N orthern blot ing 方 法研究发现 DPSCs不表达成牙本质细胞的特异性标记 物牙本质涎磷蛋白 ( dentin sialophosphoprote in , DSPP ), 说明 DPSC s处于未分化状态, 尚未分化为成熟的成牙 本质细胞。为进一步比较 DPSCs和 B M SC s的性质 , Shi 等
[ 10] 4 4
从 3 个月的原代 DPSC s移植物中分离出基质样细胞 , 在体外培养 扩增后植于小鼠皮下, 结果形成牙本质 牙髓复合体样结构。对形成的牙本质样结构进行免 疫组化 检测 , 发 现其 牙本 质 涎蛋 白 ( dent in sialopro tein , DSP )表达阳性, 证实 DPSC s具有自我更新能力。 3. 2 多相分化潜能 成体干细胞的一个重要特征是具有可塑性 ( plas
[ 1]
3 DPSC s的特性
3. 1 高度增生能力和自我更新能力 [ 1] Gronthos等 在 体 外 培 养 的 第 一 代 DPSCs 和 BM SC s中加入 Brdu 后检测细胞的增生率, 结果发现 , DPSCs的增生率高于 BM SCs , DPSCs约有 72 % 的阳性 细胞 , BMSC s 约有 46 % 的阳 性细胞。研究 还 发现 , DPSCs的克隆形成率为 22~ 70 /10 个克隆细胞 , 远高 于 BM SC s的 2 . 4~ 3 . 1 /10 个克隆细胞。他们将 DP SC s与 HA /TCP 支架复合后植于小鼠背侧皮下 , 发现 能形成牙本质样结构 , 并通过偏振光发现胶原基质沉 积与成牙本质样细胞层相垂直。后来, G ronthos等
分离猪第三磨牙牙胚 , 制备单细胞悬液, 并接种到
可降解的聚合物支架上, 植入大鼠肠系膜内生长 20~ 30 周 , 可成功地构建出牙齿结构, 包括含成熟牙釉质 的釉 器 官、 牙 本 质、 成 牙 本 质 细 胞、 髓 室、 推定 的 H ert w ig / s上皮根鞘和成牙骨质细胞, 证实在猪第三磨 牙有上皮和间充质干细胞的存在。 M iu ra 等
[ 8]
2 DPSC s的定位、 分离和鉴定
Gronthos等
[ 1]
推测 DPSCs可能来源于血管周围的
[ 6]
微环境 ( perivascular niche) 。 Shi等
研究发现, DPSCs
和 B M SCs 存在于它们起源组织的微血管周围 , 应 用 STRO 1抗体 ( 血管周细胞表面标志 ) 对 DPSCs 和 B M SCs进行免疫筛选, 然后对新分离的 STRO 1 阳性 DP SCs和 B M SC s进行免疫组化、 荧光激活细胞分选和免 疫磁珠分选检测 , 发现它们均不表达内皮细胞标志 von W illebrand 因子, 均表达管周抗原标志 CD146 , 平滑肌 细胞标志 平滑肌肌动蛋白和一种外皮细胞相关抗原 3G5 。 DPSCs和 B M SC s前两种标志物表达基本相同, 但
落乳牙中分离到干细胞, 其具有较 DPSCs和 BM SCs 更 高的增生能力和克隆形成能力, 并可以分化成神经细 胞、 脂肪细胞和成牙本质细胞, 回植小鼠体内后可形成 骨和牙本质, 注射入小鼠脑内生存可超过 10 d , 并可表
第 5期
丁
刚等 : 牙髓干细胞研究现状
661
达神经标记物神经微丝 ( neuro fila m en, t NFM )。他们把 这种干细胞命名为脱落乳牙干细胞 ( stem ce lls from hu m an ex foliated dec iduous teeth , S H ED)。
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发现在小鼠切牙颈环星
Biblioteka Baidu
网状层中心的上皮细胞层存在干细胞 , 维持小鼠切牙
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培养发育早期的牙髓 , 发 甘
现可分化形成成牙本质细胞, 在培养体系中加入
从人脱
油磷酸钠诱导分化后, 牙髓细胞出现极化 , 其突起排 列成一个方向 , 而且相互之间形成连接复合体, 并分 泌富含 ∀ 型胶原的基质, 而后出现矿化 , X 线显微分 析表明有钙、 磷的沉积 , 电子衍射证明矿化中存在羟
2008 年 第 29卷
10 月 第 5期
首 都 医 科 大 学 学 报 Journal of C apitalM ed ical U niversity
O ct . 2008 Vo. l 29 N o . 5
综
述
牙髓干细胞研究现状
丁 刚
1 , 2
刘
怡
1
王松灵
1 *
( 1. 首 都医科大学口腔医学院涎腺疾病中心及基因治疗分子生物学实验室 ; 2. 山东省潍坊市益都中心医院口腔科 ) 摘要 ! 牙髓干细胞是一种具有高度增生、 自我更新能力和多相分化潜能的成体干 细胞 , 在牙髓修复 和牙齿再 生中发挥重 要作 用。近年来对牙髓干细胞的培 养、 细胞表型和功能等方面已进行了大量研究 , 本文就牙髓干细胞的研究现状作一综述。 关键词 ! 成体干细胞 ; 牙髓干细胞 ; 再生 ; 牙组织工程 中图分类号 ! R 78
[ 1]
首先提出 DPSCs 的概念, 把具有克
隆形成能力的高增殖率的牙髓细胞命名为 DPSCs 。他 们应用酶消化法对成人第三磨牙牙髓细胞进行体外培 养 , 并与骨 髓基质干 细胞 ( bone m arrow strom al ce lls , BMSCs)进行比较。结果表明, 这两种细胞具有相似的 免疫表型, 但 DPSCs具有更高的克隆形成率和增生率, 经体外诱导后能形成分散而高密度 的钙化小节。将 DPSC s与 HA /TCP 支架共同培养后回植到小鼠背侧皮 下 , 能观察到类似牙本质 牙髓复合体样的结构。 Young 等
应用基因芯片技术研究 DPSCs 和 B M SCs的基因
表达情况, 发现二者在人类将近 4 400个基因表达水平 上是一致的 , 包括表达细胞外基质成分、 细胞 黏附分 子、 生长因子、 转录调节因子等的基因。但同时发现, DPSC s较高表达 & ∋% 1 型胶原、 胰岛素样生长因子
2 、 盘状结构域酪氨酸激酶、 NAD ( P ) H 维生素 K3 氧化 周期素依赖性蛋白激酶 6 等, BMSCs较高表达 大多数 DPSCs 表达 3G5 , 只有少数 BM SCs 表达 3G5 。 还原酶、 [ 9] ∀ 2型胶原。 L iu 等 研究表明, 这两种干细胞都与其周围的血管组织密切 胰岛素样生长因子连接蛋白 7 和 相关。 T ecles等
R esearch Progress of D ental P ulp Ste m Cells
D ing Gang , L iu Y i , W ang Songling ( 1. Salivary G land D isease Center and theM o lecular Laboratory for G ene Therapy, Co llege of S tom atology, Cap italM ed ical Un iver sity;
2. D ep ar t m ent of S to m atology, Y idu Cen tralH osp ita l of Shandong W eifang ) AB STRACT! D enta l pulp ste m cells( DPSCs) a re a kind of adult ste m ce lls in the denta l pu lp and possess high proliferation ra te , se lf renewa l capab ility and mu lti lineage d ifferentiation capab ility , w hich p lay an i m portant ro le in den tal pu lp repa ir and tooth regene ra tion. R ecently, there are p lenty o f studies about cu lture , ce ll phenotype and func tion o f DPSCs . The research progress of DPSC s is rev ie w ed in th is paper . KEY W ORDS! adult stem cel;l denta l pulp ste m ce l; l regenera tion ; denta l tissue eng ineering
1, 2 1 1*
干细胞是一类具有自我更新、 高度增生能力和多 相分化潜能的细胞 , 能够产生高度分化的功能细胞, 包括胚胎干细胞和成体干细胞。目前已在体外成功 地扩增出人体多种组织的成体干细胞 , Gronthos等
[ 1]
磷灰石晶体结构 , 证实牙髓中有能分化为成牙本质细 胞的祖细胞。 Gronthos等
[ 4]
在 2000 年发现人牙髓组织中 同样存在成体干细胞, 即牙髓干细胞 ( den tal pu lp stem ce lls, DPSCs)。本文 就 DPSCs的研究现状做一综述。
1 DPSC s的提出和概念
牙髓是结缔组织 , 有一定修复再生的能力。由于 成牙本质细胞是一种终末细胞 , 一旦分化后就不再分 裂 , 因此, 普遍认为在成牙本质细胞遭受损伤后 , 牙髓 内存在的未分化前体细胞可分化为成牙本质细胞 , 并 分泌细胞基质。 H arada 等 终生不断萌出。 Couble 等
牙分为 3组, 一组制备累及牙本质的浅洞, 一组制备暴 露牙髓的深洞, 一组不做处理 , 分别在含 Brdu的培养基 中培养, 以观察牙髓内干细胞的活化和迁移。结果发 现, 深洞组培养 1 d 后可见 Brdu 位于血管周围细胞的 胞核内, 而且越靠近牙洞 Brdu 表达越强, 培养 2 周后, Brdu 位于牙洞的周围, 培养 4周后, Brdu 只位于牙洞区 的牙髓组织内。在浅洞组和未处理组未见有 B rdu 标 记。作者认为, 血管周围存在干细胞, 在成牙本质细胞 损伤后可活化并向损伤区迁移。 [ 1] Gronthos等 利用酶消化法 ( 3 g /L 的 ∀ 型胶原 酶和 4 g /L 的 d ispase) 37 # 消化牙髓组织 1 h , 通过 70 m 的细胞筛获得单细胞悬液, 在含有 20 % 胎牛血 清、 100 m ol /L 的 L 抗坏血酸 2 磷酸、 2 mm o l/L的 L 谷氨酰胺的 MEM 培养基中培养 , 然后测定其克隆 形成率和增生能力, 证实牙髓组织中存在具有克隆形 成能力和高度增生能力的 DPSC s 。 干细胞表面的分子标记是鉴定和研究干细胞功能 的重要手段, 目前发现明确的干细胞标记不多, 对 DP SCs的标记物研究也不够深入。 G ronth os 等 应用免 疫组化技术研究 DPSC s的表面分子标记, 并与 BM SCs 比较。结果表明 , DPSCs和 B M SC s的蛋白表达极为相 似, 均不表达造血细胞标记物 CD14 、 CD45 、 CD34 以及 其他组织标记物 M yoD、 神经微丝、 ∃ 型胶原、 过氧化物 酶体增殖激活受体 ! 2 均表达与内皮细胞 ( 血管细胞黏
[ 7]
选取拔除的根尖孔未形成的第三磨
研究发现, DPSCs分化时, 初始 Runx2 、 TGF 相关基因、 胶原代谢相关基因上调, 碱性磷酸酶活性上升, 后均下 降 , 而细胞外基质磷糖蛋白 ( m atrix extracellu lar phos phog lycopro tein , MEPE)是 DPSC s分化过程中唯一下降 的标记物, 作者认为, MEPE 是矿化的抑制剂, 在 DPSC s 分化时下调, 可作为 DPSC s分化时的检测指标。
附分子 1 、 CD146)、 平滑肌细胞 ( 平滑肌肌动蛋白 )、 骨细胞 (碱性磷酸酶、 ∀ 型胶原、 骨连接素、 骨桥素、 骨钙 素 ) 和成纤维细胞 ( %型胶原、 成纤维细胞生长因子 2) 有关的分子标记。 DPSCs 不表达骨基质蛋白、 骨涎蛋 白 , 而在 B M SCs为低水平表达。用 N orthern blot ing 方 法研究发现 DPSCs不表达成牙本质细胞的特异性标记 物牙本质涎磷蛋白 ( dentin sialophosphoprote in , DSPP ), 说明 DPSC s处于未分化状态, 尚未分化为成熟的成牙 本质细胞。为进一步比较 DPSCs和 B M SC s的性质 , Shi 等
[ 10] 4 4
从 3 个月的原代 DPSC s移植物中分离出基质样细胞 , 在体外培养 扩增后植于小鼠皮下, 结果形成牙本质 牙髓复合体样结构。对形成的牙本质样结构进行免 疫组化 检测 , 发 现其 牙本 质 涎蛋 白 ( dent in sialopro tein , DSP )表达阳性, 证实 DPSC s具有自我更新能力。 3. 2 多相分化潜能 成体干细胞的一个重要特征是具有可塑性 ( plas
[ 1]
3 DPSC s的特性
3. 1 高度增生能力和自我更新能力 [ 1] Gronthos等 在 体 外 培 养 的 第 一 代 DPSCs 和 BM SC s中加入 Brdu 后检测细胞的增生率, 结果发现 , DPSCs的增生率高于 BM SCs , DPSCs约有 72 % 的阳性 细胞 , BMSC s 约有 46 % 的阳 性细胞。研究 还 发现 , DPSCs的克隆形成率为 22~ 70 /10 个克隆细胞 , 远高 于 BM SC s的 2 . 4~ 3 . 1 /10 个克隆细胞。他们将 DP SC s与 HA /TCP 支架复合后植于小鼠背侧皮下 , 发现 能形成牙本质样结构 , 并通过偏振光发现胶原基质沉 积与成牙本质样细胞层相垂直。后来, G ronthos等