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乳牙牙髓干细胞的研究进展

所属:行业资讯   来源:未知   作者:admin   点击:68次   时间:2020-11-03 09:56


文章导读:牙髓干细胞(SHED)是由早期外胚层间充质组织头部神经嵴细胞迁移而来的牙髓间充质干细胞。2003年,Miura等人从7-8岁儿童乳牙髓中分离出具有高单克隆能力、增殖能力和体内成骨能力的多... ...

牙髓干细胞(SHED)是由早期外胚层间充质组织头部神经嵴细胞迁移而来的牙髓间充质干细胞。2003年,Miura等人从7-8岁儿童乳牙髓中分离出具有高单克隆能力、增殖能力和体内成骨能力的多能干细胞,并命名为SHED。此后,许多研究进一步表明SHED具有多向分化的潜能,如成骨分化、成脂分化、神经细胞定向分化等。而且乳牙牙髓被视为生物废物,符合伦理要求,逐渐成为干细胞领域的研究热点。本文综述了SHED的基本生物学特性、培养鉴定方法、多向分化潜能及其在疾病治疗中的应用。

 

1.乳牙牙髓干细胞的基本生物学特性

目前认为干细胞主要根据以下两个特点进行检测:

(1)自我更新能力;

(2)产生可分化为特定功能的祖细胞的能力。

SHED具有上述两个特点,与DPSC的齿状回干细胞相比,SHED具有更强的增殖能力、自我更新能力和多向分化能力,SHED中端粒酶的长度是DPSC的两倍,表明其细胞活性远高于DPSC。

 

此外,许多研究表明,通过改变SHED的培养环境,可以改变SHED的增殖和分化能力。如低强度激光治疗(5J/cm2)在营养缺乏的情况下能明显促进SHED的增殖;经过一定剂量的红外LED照射后,SHED细胞的活性和成骨分化能力明显增强;但洗必泰可以抑制SHED的增殖,这将有助于以后人们将其应用于临床。研究表明,深低温保存的SHED的增殖率、端粒酶活性和多向分化能力与从组织中提取的新鲜SHED没有区别,为乳牙牙髓干细胞库的建立提供了条件,为各种疾病的治疗提供了希望。

 

 

2.乳牙牙髓干细胞的分化潜能及其在疾病治疗中的应用

SHED具有多向分化潜能,可分化为不同培养基诱导的不同细胞。已经发现Shed可以分化为神经样细胞、脂肪细胞、肝肾细胞、成骨细胞等。在不同的微环境中,SHED表现出特定的分化特征,通过改变微环境条件可以增强或抑制其分化能力,就像异基因富血小板血浆可以促进SHED的增殖和分化一样,而洗必泰可以抑制其多向分化能力。以往许多临床试验表明,SHED可通过抗炎作用、抗凋亡作用和旁分泌作用,对自身免疫性疾病、骨缺损、皮肤溃疡、脊髓损伤和新生儿缺血缺氧综合征起到治疗作用。因此,越来越多的研究者关注SHED的分化潜能及其在疾病治疗中的作用,包括骨缺损、肝肾疾病、神经系统疾病、自身免疫性疾病等。期待新的突破。

 

1)成骨分化能力及其在骨缺损修复中的应用研究:

此前许多体外实验研究表明,SHED具有明显的成骨分化诱导能力。Nourbakhsh等人发现矿化诱导液诱导后第10天可观察到茜素红染色的红色矿化结节,逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)显示骨钙素、骨涎蛋白、BSP、甲状旁腺激素受体(PTHR)和骨桥蛋白均有表达,表明SHED可进行成骨分化。郑等将小型猪的SHED和β-CP(β-磷酸钙)移植到猪的下颌骨缺损区,观察6个月后该区出现骨组织。实验结果表明,猪的舍有较强的新骨形成能力,其形成速度明显较快。Seo等人将SHED移植到以羟基磷灰石/磷酸三钙为基质的免疫缺陷小鼠体内修复颅骨缺损区。实验表明这个区域有骨组织形成。然而,没有关于修复缺失骨所需的SHED量的报告。

 

2)神经细胞的分化及其在神经系统疾病治疗中的应用:

神经细胞在患病或创伤后缺乏自我更新和分化的能力,影响正常功能的行使。多年来,人们一直在积极寻找替代或修复其功能的方法,包括补充神经营养因子、基因治疗、细胞治疗等。研究表明,在体外诱导条件下,SHED可以检测到神经嵴的表型,并分化为神经元形态。Nourbakhsh等人通过体外实验对SHED进行了神经诱导。免疫荧光染色、流式细胞术和Western实验表明,培养基中神经前体细胞的早期标志物巢蛋白连续高表达,表达量几乎不变[(90.7±8.4)%vs(95.3±2.9)%]。然而,神经元特异性标记物神经元细胞核、交感神经特异性标记物酪氨酸羟化酶和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)的表达显著增加。显微镜下,发现细胞分化成突起的神经元样形状。这些结果表明SHED可以分化为神经样细胞。同时证实了bFGF和SHH/FGF8能促进SHED的分化。此外,含有许旺细胞的神经诱导液具有很强的诱导成神经细胞的能力。免疫组织化学染色和逆转录聚合酶链反应显示特定的神经标记物在细胞表面表达。

 

一些研究将SHED应用于帕金森病的治疗,取得了良好的效果。以前的研究发现,含有表皮生长因子和碱性成纤维细胞生长因子的神经诱导液可以将SHED诱导成SHED衍生的球体,这类细胞在特定的培养基中可以进一步分化为多巴胺能神经元样细胞。2006年,索恩等人将诱导的多巴胺能神经元样细胞移植到帕金森病动物的纹状体,发现它们不起作用,这可能是由于移植的细胞是完全分化的终末细胞。

 

2010年,王等进一步完善了实验。实验将SHED及其诱导的神经球植入纹状体,发现植入部位存在th高表达的神经球。与SHED组相比,神经球组th阳性细胞率较高,神经突起明显长于后者,尤其是TH阳性细胞的神经突起。两组神经症状均有改善,神经球组效果更显著。提示SHED可用于治疗帕金森病,通过体外诱导分化后移植,可能提高SHED的分化能力。

 

3)肝肾细胞的分化及其在肝肾疾病治疗中的应用:

SHED还能表达一系列肝细胞标志物,如4α(肝核因子-4α,α-α-α-eto蛋白,胰岛素样生长因子-1),90%的细胞能表达白蛋白。此外,培养基中的尿素水平显著增加,并且细胞内糖原增加。同时发现在培养基中添加甘草或当归提取物可以提高其分化能力。这表明SHED有望用于肝癌或肝硬化的治疗。Yamaza等人在用四氯化碳诱导肝纤维化后将SHED移植到小鼠肝脏,发现SHED通过组织再生、抗炎反应和抗纤维反应促进肝脏愈合。其他研究表明,SHED可以降低自身抗体、血清肌酐和蛋白尿的水平。

 

Hattori等人发现SHED可以治疗缺血性肾损伤。当缺血性肾损伤发生时,肾上皮细胞分泌促炎性趋化因子,包括促进巨噬细胞和白细胞浸润的MIP-1和MIP-2,导致缺血-再灌注损伤(IRI)。此外,巨噬细胞分泌的IL-1β也参与炎症反应。

 

4)免疫调节功能:

有充分的研究证据显示,MSC可通过躲避免疫识别,减少免疫排斥反应的发生,亦可通过与包括T、B淋巴细胞、树突状细胞(dendritic cell,DC)、自然杀伤细胞在内的多个免疫细胞相互作用而调节机体的免疫应答。因而MSC可用于预防或治疗造血干细胞或器官移植后的排斥反应,治疗自身免疫疾病或炎症反应类疾病。那么,SHED是否亦具有同样的功能呢?Alipour等通过体外实验发现,SHED 能抑制人激活型T淋巴细胞的增殖。Yamaza等将SHED移植入患SLE相关性疾病的MRL/lpr鼠中,实验发现SHED可通过激活TGF-β、ERK、Akt、Wnt和PDGF等多个信号通路,从而抑制Th17细胞,增加调节性T细胞的数量,达到治疗的作用。

Silva Fde等则将SHED与DC 进行共培养,通过检测成熟DC 表面标记物以检测SHED对DC成熟与分化的影响。实验显示,其表面标记物中共刺激因子的表达水平较对照组显著减少,CD14表达水平增高(DC处于非成熟状态时,表达低水平的共刺激因子、高水平的CD14,前者对DC免疫功能起重要作用),且共培养液中促炎性因子白细胞介素2(IL-2)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)和干扰素γ(IFN-γ)分泌显著减少,抗炎性因子IL-10显著增加,表明SHED可抑制DC的成熟与分化,抑制炎症因子的产生。此外,实验将与SHED共培养的DC分离后与淋巴细胞进行共培养,发现CD4+ T和CD8+ T细胞的增殖速率显著降低,CD4+Foxp3+IL-10+调节性T细胞数量增加(抑制T细胞、B细胞的分化及功能行使)。该实验表明,SHED可通过抑制DC的成熟与分化,抑制其激活T淋巴细胞的能力,从而对免疫系统发挥调节作用。


3.展望

SHED 自被分离以来因具有高增殖能力、自我更新能力、多向分化潜能而备受关注。越来越多的人专注研究其多向分化潜能及在组织器官修复、疾病治疗中可能发挥的作用,结合上述已知SHED可望应用于骨组织再生、肝肾疾病、神经系统性疾病、自身免疫性疾病等疾病治疗,尽管目前SHED发挥作用的分子机制尚不完全被阐明,相关研究尚处于进行阶段,但是,随着越来越多的大量动物实验的研究,SHED将在未来多种疾病治疗领域产生深远而重大的影响。



乳牙牙髓干细胞的研究进展

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