骨髓间充质干细胞体外诱导分化研究进展

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1、骨髓间充质干细胞体外诱导分化研究进展【摘要】骨髓间充质干细胞（MSC）是存在于骨髓中的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的干细胞群体，MSC既具有干细胞的特性又具有明显的可塑性，获取简便，体外培养条件不高，分离增殖能力强，可以自身获取，因此它可以作为种子细胞。与造血干细胞相比，MSC在疾病治疗上更为理想。目前MSC及其在组织工程方面的研究已取得较大进展。【关键词】骨髓间充质干细胞；体外诱导分化；组织工程修复干细胞是指具有高度增殖和多向分化潜能的幼稚细胞。骨髓间充质干细胞（mesenchymalstemcells,MSC）是存在于骨髓中的具有高度自我更新能力和多向分

2、化潜能的干细胞群体，能在适宜的条件下分化再生骨、软骨、肌肉、肌膜等间充质组织。现将骨髓间充质干细胞体外诱导分化研究进展综述如下。　　1不同诱导条件下的多向分化　　MSC低密度接种后，可呈克隆样生长，其中部分具有多方向分化潜能，部分只有单一的分化潜能。骨祖细胞有两种类型，第一类可以在体外标准的培养环境中（维生素C，β磷酸甘油钠盐，胎牛血清），不需外源性诱导物质的条件下自动分化成骨。而另一类则需加入诱导剂，如地塞米松或类固醇。人类MSC在体外培养中，其向成骨方向分化能力能保持40代。该过程中许多外源性的因子起双相性作用—抑制或促进。与作用时间，浓度或是否有其他因子参

3、与有关。某些生长因子和（或）分化因子，在MSC分化的不同阶段所起作用也不相同。骨形态发生蛋白（BMP）在MSC选择分化中起一定作用。若选择性地阻断BMP的受体IB（BMPRIB），则MSC向脂肪细胞方向分化。若IA型BMP受体（BMPRIA）过度表达，可以阻止MSC向脂肪细胞方向分化，促进成骨。所以BMP受体的短暂表达或缺失在MSC的选择性分化中起决定性作用。碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）与BMP对于MSC的成骨能力有协同作用。在MSC的培养液中加入成纤维细胞生长因子4（kFGF）可以减缓细胞衰老，延长增殖时间。糖皮质激素诱导的骨祖细胞大约分裂8次，才能

4、变成明显的立方形，并有基质沉积。依据MSC发育分化成为可以分泌基质的成骨细胞的过程中基因表达的变化，大致将其分为三个阶段：细胞增殖期；细胞外基质发育成熟期；矿化期。在细胞增殖期原癌基因cfos及cmyc等表达。骨桥蛋白在增殖期可以增加2倍，然后下降，在骨涎蛋白和骨钙素高峰前再次增加。细胞周期素B，E在增殖期后表达提高。碱性磷酸酶（ALP）在矿化过程中先增高后降低；骨涎蛋白出现于成骨细胞分化成熟后，骨钙素出现于矿化过程中。不同的成骨细胞其骨桥蛋白，骨钙素及骨涎蛋白表达不同，据此可将成熟的成骨细胞区分为若干亚群。1997年CandeliereGA等[1]指出21胎

5、鼠颅骨内不同部位的成骨细胞在mRNA及蛋白质表达两个水平骨桥蛋白，骨涎蛋白，骨钙素。软骨内成骨的重要调节因子甲状旁腺激素相关多肽PTHrP，原癌基因cfos，生长发育的调控基因同源异型核基因msx2等表达均不相同，提示成骨细胞可细分为不同的亚群，其分泌的非胶原骨基质也各不相同。说明MSC分化成为成骨细胞过程中，依该细胞所在骨组织的位置不同，可能有不同的路径。2005年丁亮华等[2]建立的成人MSC分离扩增以及诱导和分化为成骨细胞的体外培养方法稳定且实用。MSC可以向软骨细胞方向分化，用于软骨修复。肥大的软骨细胞可以进一步分化成为成骨细胞。高度分化的脂肪细胞可以

6、逆转至低分化、高增殖的成纤维细胞前体表型，进一步转变为具有成骨的细胞表型。分化至已表达骨钙素的成骨细胞（骨钙素是成骨细胞成熟的晚期标志物）可以在适当的培养条件下迅速完全转变为具有成脂肪表型的细胞。1999年AndradesJA等[3]分离了Fischer344大鼠MSC，在含0.5%胎牛血清（FBS）的胶原凝胶培养基中培养，发现MSC必须依靠外源生长因子而存活。该作者制备了重组人转化生长因子（rhTGFβF2）融合蛋白，这种融合蛋白含有辅助胶原结合域，可以支持这种培养状态下的细胞生长，而TGFβ不能支持。培养10d后，接受TGFβF2作用的细胞在10%

7、FBS中培养，DNA合成，ALP表达及骨钙素合成明显。该作者进一步报道了另一种rhTGFβF2融合蛋白，内含一个vonSC的分化。除了各种生长因子外，生物力学因素也可影响间充质组织的增生及分化。在低应力应变区内可以直接膜内成骨；低至中度的张应变和流体静力学张应力可刺激膜内骨化；血供较差可刺激软骨形成；流体静力学压应力可刺激软骨形成；高的张应变可以刺激网状纤维组织的形成；张应变与过分施加的流体静力学压应力可以加速纤维软骨的形成。　　2MSC与组织工程修复　　将骨髓来源的MSC吸附于一种含有酯化透明质酸和明胶的复合基质进行体外培养，在TGFβ诱导下，细胞外基

8、质中检测到