体外培养间充质干细胞的群体不均一性及其治疗意义

我们最近的研究发现：体外培养的人、兔、狗、小鼠、大鼠及高原鼠兔骨髓间充质干细胞（MSC），按照其增殖活性和细胞颗粒度均可分为三群，即不增殖／低颗粒度（NL细胞）、增殖旺盛／中颗粒度和增殖／大颗粒度。对人MSC的进一步研究表明，NL细胞群呈现ES细胞的标记，如膜碱性磷酸酶、OCT-4、NANOG-3、ABCG2及CXCR-4等。那么，哪群细胞是维系MSC体外增殖的源泉？这三群细胞的细胞因子分泌、分化能力、免疫调控、造血支持及体内植入等功能有何差异？引起这种差异的机制是什么？通过何种措施提高某一群细胞的比例？本课题拟主要利用细胞筛选、示踪、分化诱导、表型及基因差异分析以及几种疾病动物模型，从分子、细胞及整体水平回答上述问题，并探讨细胞不均一性在缺血性疾病、肝脏损伤及移植物抗宿主病治疗中的意义。研究将不但加深人们对MSC的认识，也将为以干细胞为基础的组织再生治疗，提供新的干细胞来源。

作为一种成体干细胞，间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSC）已经被加拿大、新西兰和韩国等政府批准，以细胞药物的形式应用于临床，用于儿童移植物抗宿主病（graft-versus-host disease, GVHD）的治疗。然而，对于MSC本身的生物学特性，尤其是体外培养过程中MSC的异质性引起的细胞本质的改变，至今尚不清楚。因此，利用人骨髓或脐带MSC，本课题对培养中的细胞异质性，培养后细胞免疫调节功能，对GVHD、胶原诱导的关节炎（collagen-induced arthritis, CIA）和肢体缺血的治疗作用等，进行了系统的研究。结果发现：体外培养的人MSC群体中，有一群特殊的小细胞；与其它大多数细胞相比，这些细胞增殖功能极为低下，但却高表达胚胎干细胞的标记NANOG-3。然而，在传代至第五代时，这群细胞几乎消失，其意义尚不能明确。利用小鼠GVHD模型研究发现，MSC能通过T细胞免疫发生的多个环节抑制GVHD的发生发展。但是，MSC不但对CIA无治疗作用，相反，可加重CIA病理损伤。因此，MSC的体内调节作用，可能受体内固有的免疫环境影响，提示在使用MSC治疗某些免疫性疾病时应慎重。此外，课题组利用大鼠肢体缺血模型，对MSC的治疗效果极其作用机制进行了探讨。发现MSC在低氧环境下，可以释放大量的称为膜微囊的膜性结构，而其中的某些血管新生相关因子而不是MSC本身，可能是MSC治疗促进肢体缺血组织血管再生的重要机制。