间充质干细胞的特性及临床应用前景
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中国老年学杂志 2013 年 2 月第 33 卷
间充质干细胞的特性及临床应用前景
张 平 张本恕1 （ 河北大学附属医院神经内科，河北 保定 071000）
〔关键词〕 间充质干细胞； 生物学特性； 临床应用 〔中图分类号〕 R392 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1005-9202（ 2013） 03-0726-05； doi： 10. 3969 / j. issn. 1005-9202. 2013. 03. 115
临床上获得 MSCs 的方法最通常是从骨髓中分离，常用的 骨髓 MSCs 分离与培养方法有贴壁培养筛选法、密度梯度离心 法、流式细胞仪或免疫磁珠分选法。贴壁筛选法是根据干细胞 贴壁特性，定期换液除去不贴壁细胞，如造血系细胞、内皮细胞 等，达到分离纯化干细胞的目的，此方法操作简单，对细胞损伤 小。密度梯度离心法是根据骨髓中细胞成分比重的不同，提取 单核细胞进行贴壁培养。虽然密度梯度离心法理论上可以在 原代获得较纯化的细胞，但 MSCs 公认的密度尚未明确，离心过 程中不可避免地造成细胞损失，且离心后仍需用贴壁法进一步 纯化，其优势并不明显。近年人们又根据骨髓 MSCs 表达的某 些细胞表面抗原进行收集〔11，12〕，或根据其表面不表达的抗原进 行负选〔13 ～ 15〕，采用流式细胞筛选法和免疫磁珠法来分选细胞。 这两种方法因骨髓 MSCs 缺乏特异性的表面标志，成本高、技术
2007 年英国科学家 Chamberlain 等〔1〕在 Stem Cell 杂志上 撰文指出： 成体干细胞对人体自我修复和组织再生至关重要， 成体干细胞的减少是人体衰老的主要原因。这一发现对于人 类理解衰老过程以及干细胞移植具有重要的意义，这也是近年 干细胞和再生医学研究蓬勃发展的原因。目前，科学家致力于 发现和制造一种无伦理学限制、无免疫排斥、对供受者无损害、 取材方便、纯度高而又保持生物特性的干细胞，以满足基础研 究和临床应用的需要。间充质干细胞（ MSCs） 是成体干细胞家 族的重要成员，最近医学领域乃至整个生命科学领域的研究重 点和前沿。
基金项目： 河北省科学技术研究与发展计划项目（ No. 08206120D） 1 天津医科大学总医院神经内科 第一作者： 张 平（ 1970-） ，女，博士，主任医师，主要从事痴呆与锥体外
系疾病研究。ຫໍສະໝຸດ 难度大，所需骨髓量大，并且对细胞的活性影响较大而未广泛 应用。因此目前常用方法仍为贴壁法和密度梯度离心法。
2. 2 MSCs 具有多向分化特性 近年来发现这种细胞在特定 条件下可分化为多种组织谱系的细胞，包括脂肪细胞、成肌纤 维细胞、成骨细胞、内皮细胞、软骨细胞、心肌细胞、肝细胞、骨 骼肌细胞、肾小管细胞、神经细胞等。目前相当多的实验已证 实，在适当的条件下，MSCs 可以分化为脂肪、成骨、软骨、骨骼 肌、心肌、肌腱等中 胚 层 来 源 的 细 胞，而 且 还 可 以 横 向 分 化〔20〕 为外胚层，如神经 细 胞〔21〕及 内 胚 层 细 胞，如 肝 细 胞 和 胰 岛 细 胞〔22，23〕。另外 MSCs 的多向分化潜能具有高度的进化保守性， 人、狒狒、犬、兔、大鼠和小鼠，甚至禽类的骨髓 MSCs 均有相似 的特点〔24〕。 2. 3 MSCs 具有“归巢” MSCs 有归巢现象，尤其组织有损伤 或在病理条件下。在体内，植入的 MSCs 可以在体内损伤组织 微环境的 作 用 下，迁 移 定 位 并 分 化 为 相 应 的 组 织 细 胞。 Jiang 等〔24〕将预先标记的骨髓 MSCs 经静脉植入急性心肌缺血模型 的大鼠体内，术后在心肌缺血组织中发现了骨髓 MSCs 分化的 心肌细胞，说明植入的骨髓 MSCs 归巢（ homing） 至受损部位并
2 MSCs 的生物学特性
2. 1 MSCs 的形状和超微结构 原代培养的骨髓 MSCs 形态 多样，主要可分为三种形态： ①细胞呈纺锤形或梭形，数量较 少； ②细胞呈扁平状，多角形，立体感不强，数量比较多； ③细胞 呈轻度的立方形，数量少，此类细胞增殖速度快，多向分化能力 强〔16〕。传代 后 的 骨 髓 MSCs 形 态 不 同 实 验 室 报 道 有 所 不 同〔17，18〕。人骨髓 MSCs 在透射电镜下表现为两种不同的形态 结构类型： ①相对静息期的细胞： 核较大，椭圆形，仅含 1 个核 仁，核质比较大，胞质内细胞器少； ②处于相对活跃期的细胞： 细胞体积大于前者，核呈不规则形，有核袋及核突，含 2 ～ 3 个 核仁，核质比较小，胞质中有丰富的细胞器，如核糖体、线粒体、 粗面内质网、高尔基复合体等，提示该细胞具有较强的蛋白质 合成能力，是其能够分泌许多生长因子维持自身生长分化、支 持造血干细胞造血的结构基础。在相邻细胞间可见到一些细 胞膜局部电子密度增高、细胞膜内颗粒相互融合的缝隙连接， 缝隙连接可加强相邻细胞的连接，且是细胞的一种通讯结构， 有利于细胞 间 信 息 传 递，与 细 胞 分 泌、增 殖、分 化 相 关。 骨 髓 MSCs 间缝隙连接揭示骨髓 MSCs 有分泌生长调节因子的能力， 增殖能力强，分化程度低。扫描电镜下 MSCs 呈长梭形、鱼群状 排列，表面有许多微绒毛〔19〕，说明细胞功能活跃，分泌能力强， 可摄取大量营养物质以供较强生长增殖所需。
1 MSCs 概述 MSCs 源于发育早期的中胚层和外胚层，具有自我复制能力和 多向分化潜能的成体干细胞，属于非终末分化细胞，它既有间 质细胞，又有内皮细胞及上皮细胞的特征。1976 年 Friedenstein 和他的同事〔2〕证实了骨髓 MSCs 的存在，起初认为此种细胞仅 存在 于 骨 髓，然 而 近 几 年 发 现，MSCs 还 可 来 源 于 其 他 组 织〔3 ～ 6〕，如脂肪组织、胎儿组织、羊水、骨膜。研究证实人体各 个器官和组织都存在 MSCs〔7，8〕，并且从不同的动物猫、狗、狒 狒、猪均可获得。MSCs 的数量随着年龄增长〔9〕和身体虚弱〔10〕 下降，新生 儿 的 MSCs 的 量 最 多，然 后 到 80 岁 时 大 约 下 降 50%〔9〕。
中国老年学杂志 2013 年 2 月第 33 卷
间充质干细胞的特性及临床应用前景
张 平 张本恕1 （ 河北大学附属医院神经内科，河北 保定 071000）
〔关键词〕 间充质干细胞； 生物学特性； 临床应用 〔中图分类号〕 R392 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1005-9202（ 2013） 03-0726-05； doi： 10. 3969 / j. issn. 1005-9202. 2013. 03. 115
临床上获得 MSCs 的方法最通常是从骨髓中分离，常用的 骨髓 MSCs 分离与培养方法有贴壁培养筛选法、密度梯度离心 法、流式细胞仪或免疫磁珠分选法。贴壁筛选法是根据干细胞 贴壁特性，定期换液除去不贴壁细胞，如造血系细胞、内皮细胞 等，达到分离纯化干细胞的目的，此方法操作简单，对细胞损伤 小。密度梯度离心法是根据骨髓中细胞成分比重的不同，提取 单核细胞进行贴壁培养。虽然密度梯度离心法理论上可以在 原代获得较纯化的细胞，但 MSCs 公认的密度尚未明确，离心过 程中不可避免地造成细胞损失，且离心后仍需用贴壁法进一步 纯化，其优势并不明显。近年人们又根据骨髓 MSCs 表达的某 些细胞表面抗原进行收集〔11，12〕，或根据其表面不表达的抗原进 行负选〔13 ～ 15〕，采用流式细胞筛选法和免疫磁珠法来分选细胞。 这两种方法因骨髓 MSCs 缺乏特异性的表面标志，成本高、技术
2007 年英国科学家 Chamberlain 等〔1〕在 Stem Cell 杂志上 撰文指出： 成体干细胞对人体自我修复和组织再生至关重要， 成体干细胞的减少是人体衰老的主要原因。这一发现对于人 类理解衰老过程以及干细胞移植具有重要的意义，这也是近年 干细胞和再生医学研究蓬勃发展的原因。目前，科学家致力于 发现和制造一种无伦理学限制、无免疫排斥、对供受者无损害、 取材方便、纯度高而又保持生物特性的干细胞，以满足基础研 究和临床应用的需要。间充质干细胞（ MSCs） 是成体干细胞家 族的重要成员，最近医学领域乃至整个生命科学领域的研究重 点和前沿。
基金项目： 河北省科学技术研究与发展计划项目（ No. 08206120D） 1 天津医科大学总医院神经内科 第一作者： 张 平（ 1970-） ，女，博士，主任医师，主要从事痴呆与锥体外
系疾病研究。ຫໍສະໝຸດ 难度大，所需骨髓量大，并且对细胞的活性影响较大而未广泛 应用。因此目前常用方法仍为贴壁法和密度梯度离心法。
2. 2 MSCs 具有多向分化特性 近年来发现这种细胞在特定 条件下可分化为多种组织谱系的细胞，包括脂肪细胞、成肌纤 维细胞、成骨细胞、内皮细胞、软骨细胞、心肌细胞、肝细胞、骨 骼肌细胞、肾小管细胞、神经细胞等。目前相当多的实验已证 实，在适当的条件下，MSCs 可以分化为脂肪、成骨、软骨、骨骼 肌、心肌、肌腱等中 胚 层 来 源 的 细 胞，而 且 还 可 以 横 向 分 化〔20〕 为外胚层，如神经 细 胞〔21〕及 内 胚 层 细 胞，如 肝 细 胞 和 胰 岛 细 胞〔22，23〕。另外 MSCs 的多向分化潜能具有高度的进化保守性， 人、狒狒、犬、兔、大鼠和小鼠，甚至禽类的骨髓 MSCs 均有相似 的特点〔24〕。 2. 3 MSCs 具有“归巢” MSCs 有归巢现象，尤其组织有损伤 或在病理条件下。在体内，植入的 MSCs 可以在体内损伤组织 微环境的 作 用 下，迁 移 定 位 并 分 化 为 相 应 的 组 织 细 胞。 Jiang 等〔24〕将预先标记的骨髓 MSCs 经静脉植入急性心肌缺血模型 的大鼠体内，术后在心肌缺血组织中发现了骨髓 MSCs 分化的 心肌细胞，说明植入的骨髓 MSCs 归巢（ homing） 至受损部位并
2 MSCs 的生物学特性
2. 1 MSCs 的形状和超微结构 原代培养的骨髓 MSCs 形态 多样，主要可分为三种形态： ①细胞呈纺锤形或梭形，数量较 少； ②细胞呈扁平状，多角形，立体感不强，数量比较多； ③细胞 呈轻度的立方形，数量少，此类细胞增殖速度快，多向分化能力 强〔16〕。传代 后 的 骨 髓 MSCs 形 态 不 同 实 验 室 报 道 有 所 不 同〔17，18〕。人骨髓 MSCs 在透射电镜下表现为两种不同的形态 结构类型： ①相对静息期的细胞： 核较大，椭圆形，仅含 1 个核 仁，核质比较大，胞质内细胞器少； ②处于相对活跃期的细胞： 细胞体积大于前者，核呈不规则形，有核袋及核突，含 2 ～ 3 个 核仁，核质比较小，胞质中有丰富的细胞器，如核糖体、线粒体、 粗面内质网、高尔基复合体等，提示该细胞具有较强的蛋白质 合成能力，是其能够分泌许多生长因子维持自身生长分化、支 持造血干细胞造血的结构基础。在相邻细胞间可见到一些细 胞膜局部电子密度增高、细胞膜内颗粒相互融合的缝隙连接， 缝隙连接可加强相邻细胞的连接，且是细胞的一种通讯结构， 有利于细胞 间 信 息 传 递，与 细 胞 分 泌、增 殖、分 化 相 关。 骨 髓 MSCs 间缝隙连接揭示骨髓 MSCs 有分泌生长调节因子的能力， 增殖能力强，分化程度低。扫描电镜下 MSCs 呈长梭形、鱼群状 排列，表面有许多微绒毛〔19〕，说明细胞功能活跃，分泌能力强， 可摄取大量营养物质以供较强生长增殖所需。
1 MSCs 概述 MSCs 源于发育早期的中胚层和外胚层，具有自我复制能力和 多向分化潜能的成体干细胞，属于非终末分化细胞，它既有间 质细胞，又有内皮细胞及上皮细胞的特征。1976 年 Friedenstein 和他的同事〔2〕证实了骨髓 MSCs 的存在，起初认为此种细胞仅 存在 于 骨 髓，然 而 近 几 年 发 现，MSCs 还 可 来 源 于 其 他 组 织〔3 ～ 6〕，如脂肪组织、胎儿组织、羊水、骨膜。研究证实人体各 个器官和组织都存在 MSCs〔7，8〕，并且从不同的动物猫、狗、狒 狒、猪均可获得。MSCs 的数量随着年龄增长〔9〕和身体虚弱〔10〕 下降，新生 儿 的 MSCs 的 量 最 多，然 后 到 80 岁 时 大 约 下 降 50%〔9〕。