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解析干细胞新进展
点击次数:367 发布时间:2012-7-13
干细胞(stemcells,SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonicstemcell,ES细胞)和成体干细胞(somaticstemcell)。根据干细胞的发育潜能分为三类:干细胞(totipotentstemcell,TSC)、多能干细胞(pluripotentstemcell)和单能干细胞(unipotentstemcell)。干细胞(StemCell)是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称为“万用细胞”。
干(四声)细胞即为起源细胞。简单来讲,它是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞,是形成哺乳类动物的各组织器官的原始细胞。干细胞在形态上具有共性,通常呈圆形或椭圆形,细胞体积小,核相对较大,细胞核多为常染色质,并具有较高的端粒酶活性。干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。
历史情况
干细胞的研究被认为开始于1960年代,在加拿大科学家恩尼斯特·莫科洛克和詹姆士·堤尔的研究之后。
体外培养的神经干细胞
1959年,美国报道了通过体外受精(ⅣF)动物。
60年代,几个近亲种系的小鼠睾丸畸胎瘤的研究表明其来源于胚胎生殖细胞(embryonicgermcells,EG细胞),此工作确立了胚胎癌细胞(embryoniccarcinomacells,EC细胞)是一种干细胞。
1968年,Edwards和Bavister在体外获得了*个人卵子。
70年代,EC细胞注入小鼠胚泡产生杂合小鼠。培养的SC细胞作为胚胎发育的模型,虽然其染色体的数目属于异常。
1978年,*个试管婴儿,LouiseBrown在英国诞生。
1981年,Evan,Kaufman和Martin从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠ES细胞。他们建立了小鼠ES细胞体外培养条件。由这些细胞产生的细胞系有正常的二倍型,像原生殖细胞一样产生三个胚层的衍生物。将ES细胞注入上鼠,能诱导形成畸胎瘤。
1984—1988年,Anderews等人从人睾丸畸胎瘤细胞系Tera-2中产生出多能的、可鉴定的(克隆化的)细胞,称之为胚胎癌细胞(embryoniccarcinomacells,EC细胞)。克隆的人EC细胞在*的作用下分化形成神经元样细胞和其他类型的细胞。
1989年,Pera等分离了一个人EC细胞系,此细胞系能产生出三个胚层的组织。这些细胞是非整倍体的(比正常细胞染色体多或少),他们在体外的分化潜能是有限的。
1994年,通过体外授精和病人捐献的人胚泡处于2-原核期。胚泡内细胞群在培养中得以保存其周边有滋养层细胞聚集,ES样细胞位于*。
1998年美国有两个小组分别培养出了人的多能(pluripotent)干细胞:JamesA.Thomson在Wisconsin大学领导的研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。他们使用的方法是:人卵体外受精后,将胚胎培育到囊胚阶段,提取innercellmass细胞,建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面marker和酶活性,证实他们就是干细胞。用这种方法,每个胚胎可取得15-20干细胞用于培养。JohnD.Gearhart在JohnsHopkins大学领导的另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是:从受精后5-9周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞(primordialgermcell)。由此培养的细胞株,证实具有干细胞的特征。
2000年,由Pera、Trounson和Bongso领导的新加坡和澳大利亚科学家从治疗不育症的夫妇捐赠的胚泡内细胞群中分离得到人ES细胞,这些细胞体外增殖,保持正常的核型,自发分化形成来源于三个胚层的体细胞系。将其注入免疫缺陷小鼠错开内产生畸胎瘤。
2003,建立了人类皮肤细胞与兔子卵细胞种间融合的方法,为人胚胎干细胞研究提供了新的途径。
2004年,MassachusettsAdvancedCellTechnology报道克隆小鼠的干细胞可以通过形成细小血管的心肌细胞修复心衰小鼠的心肌损伤。这种克隆细胞比来源于骨髓的成体干细胞修复作用更快、更有效,可以取代40%的瘢痕组织和恢复心肌功能。这是显示克隆干细胞在活体动物体内修复受损组织。
来自中科院上海生科院/上海交大医学院健康所,南加州大学等处的研究人员发表了题为“Mesenchymalstemcells:adouble-edgedswordinregulatingimmuneresponses”的文章,发现间充质干细胞(MSCs)的免疫调节作用受到炎症反应状态和一氧化氮/IDO产生量的影响,这对间充质干细胞的临床应用具有重要的实践意义。
文章的通讯作者是中科院上海生科院时玉舫研究员,时玉舫研究员是激活诱导淋巴细胞死亡和c-myc对T细胞凋亡调节作用的发现者,他证实了Fas介导的淋巴细胞凋亡与应激反应所致的免疫抑制的关系;证明了CD4+T细胞在哮喘中的决定性作用,为过敏性哮喘的治疗提出了新的方向。参与这一研究的还包括博士生李文钊,以及美国南加州大学施松涛教授(专访施松涛:不同以往的干细胞发现)。
间充质干细胞(MSCs)是在机体内广泛存在的一种具有多向分化潜能的组织干细胞。更由于其具有重要的免疫调节作用而受到重视,近些年来在疾病模式动物模型和临床研究上MSCs被尝试应用于治疗免疫紊乱疾病。尽管有不少文章报道称MSCs有非常良好的治疗效果,但是其治疗适应症、诊疗时机选择和作用机制等有待进一步研究。
时玉舫研究组此前的工作已发现MSCs在炎症因子刺激下能够分泌大量的趋化因子和具有免疫抑制特性的一氧化氮或者是吲哚2,3-双加氧酶(IDO)。在趋化因子的作用下,免疫细胞被趋化到MSCs周围并被其局部高浓度的一氧化氮或者IDO引起的*缺乏所抑制。
然而在研究中,MSCs被发现在一定条件下同样可以促进免疫反应。首先,如果MSCs所处环境中没有足够的促炎症细胞因子诱导其产生足量的一氧化氮,MSCs是可以增强免疫反应的。其次,即便在能引起MSCs发挥免疫抑制的环境中,当一氧化氮的形成被阻断的时候,MSCs同样可以显著地增强T细胞的增殖,这一现象在体外的细胞增殖实验以及迟发超敏反应的疾病动物模型中都得到了充分的验证。进一步的研究发现,iNOS缺失的MSCs能明显抑制黑色素瘤在小鼠上的生长。
而在CCR5和CXCR3这两种趋化因子受体缺失的小鼠体内没有发现这种免疫促进作用,表明MSCs介导的免疫促进作用依赖于其自身产生的趋化因子。
因此,一氧化氮是控制MSCs介导的免疫调节作用的核心调控因素。当一氧化氮的合成被阻断时,促炎症因子激活的MSCs可以通过趋化作用吸引免疫细胞聚集到其周围进而促进免疫反应。同样的,在人来源的MSCs中当阻断IDO的作用时也能观察到免疫促进的现象。
总之,MSCs发挥免疫调节作用受到炎症反应状态和一氧化氮/IDO产生量的影响:当一氧化氮和IDO产生量较高的时候可以抑制免疫反应,反之则可以通过其产生的趋化因子对免疫细胞的募集来促进免疫反应。这些发现对间充质干细胞的临床应用具有重要的实践意义。在疾病动物模型和临床治疗应用中,须评价和调节患者炎症状况和能影响iNOS/IDO表达的药物,以建立新的优化治疗策略。