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干细胞在创伤愈合中的作用

目录
朱晶晶　邓呈亮　王达利
ZHU Jing-jing, DENG Cheng-liang, WANG Da-li

基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (81060157); 贵州省优秀科技教育人才省长专项资金项目黔省专合字 (2010) 70 号作者单位: 563003　贵州　遵义, 遵义医学院附属医院烧伤整形外科
Foundation Project: National Natural Science Foundation of China (81060157); Special Governor Projects of Excellent Technology and Edu- cation Talents of Guizhou Province (2010) No 70
Affiliations: Burn and Plastic Department of Affiliated Hospital of Zunyi Medical College, Zunyi, 563003, Guizhou Province, China

【摘要】干细胞 (stem cells) 是一类具有自我复制能力的多潜能细胞, 在一定的环境条件下, 它可分化成具有不同生理功能的细胞, 近年来对它在创伤愈合和组织修复过程中的作用日益受到更多研究者的重视。本文将不同组织来源的干细胞, 包括骨髓来源干细胞、脂肪来源干细胞、皮肤来源干细胞、脐带及羊膜来源干细胞以及相关生长因子等在创伤愈合中所产生的有益作用作一综述。
【关键词】干细胞; 创伤愈合; 组织修复; 原位再生
【标识符】doi: 10． 3969 / j． issn． 1001-0726． 2011． 05． 011
【文章类型】综述

【Abstract】Stem cells are a kind of pluripotent cells which have the ability of self-renewal, and can differentiate into various of cells under certain conditions. Recently, the important role of stem cells in wound healing and tissue repai- ring has been paid great attention by more and more researchers. In this review, we mainly discussed functions of stem cells from different histological origins (bone marrow, adipose, skin, umbilical cord, amniotic membrane) and related growth factors in the process of wound healing.
【Key words】Stem cell; Wound healing; Tissue repairing; Skin Regenerative Restoration

      创伤愈合是一个复杂的过程，它需要经过细胞迁徙和增殖、细胞外基质沉积、血管再生和组织重构等一系列复杂的生物和分子水平改变共同作用完成[1]。由于干细胞能进行不对称自我复制从而具有分化为不同组织的能力，因此它可能会创造出这种复杂结构以促进创面的愈合。目前，已经从骨髓、脂肪组织、脐带、皮肤及毛囊等多种组织中分离出干细胞，并且用于调节急慢性创伤的愈合。
1．干细胞的概要
      干细胞(stemcells)是根据ErmestA、McCul-lon及JamesE．Till的研究发现来定义的，具有如下特征:①具有长期的自我更新能力;②能通过不对称复制分化为成熟阶段的不同类型组织[2~3]。干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞，其中胚胎干细胞是一种全能干细胞，可以分化为任何类型细胞和组织，也可发育为完整的个体[4]。但是，由于其取材及伦理学等方面的原因，在研究及应用上将受到很大的限制。研究证实，成体干细胞存在于哺乳动物的多种成体组织(如骨髓、脂肪组织、皮肤和神经等)中，这些成体干细胞不仅能分化成其所在组织的细胞，而且还可以分化为其他系统的细胞，这就说明成体干细胞同样具有很强的可塑性，为进一步研究和治疗某些疾病提供了更为丰富的干细胞来源。有资料表明，干细胞在创伤愈合和组织修复过程中起着非常重要的作用[5~6]，一些相关生长因子，如成纤维生长因子FGF10、FGF22[7]和转化生长因子β(TGF-β)等[8]也在创伤愈合过程中起着积极作用。
2．干细胞与创伤愈合
      2．1．骨髓来源干细胞骨髓来源干细胞是成体干细胞中的主要部分，它包含两大类:间充质干细胞与造血干细胞。造血干细胞的分化潜能包含了内、中、外三个胚层，分化的终末组织细胞，除造血系的细胞外，还包括肌细胞、肝细胞以及肺、肝、肾、皮肤等的上皮细胞。骨髓间充质干细胞( bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)是近年来研究的热点，它来源于中胚层，具有较强的自我更新和增殖能力，且取材方便，易培养，不涉及伦理道德等问题，因此被认为是组织工程学理想的种子细胞[9]。与此同时，BMSCs在用于慢性创伤治疗中的作用也已广受关注。艾国平等[10]将骨髓来源的间充质干细胞用于治疗合并放射损伤所致的皮肤难愈性创面，发现其具有明显的促进创面愈合的作用。另有学者也证实，BMSCs确实参与了皮肤创面的愈合过程，并且在皮肤创伤修复中起着重要作用[11~12]，主要机制可能是它所分泌的生长因子具有加速皮肤创伤愈合的作用。Nakagawa等[13]研究表明，BMSCs联合碱性成纤维细胞生长因子可以加速损伤皮肤的愈合。Fathke等[14]实验表明，在嵌合体小鼠模型中，BMSCs有助于皮肤创伤后真皮成纤维细胞的重建。进一步研究发现，与正常真皮成纤维细胞相比，BMSCs高表达胶原、成纤维细胞生长因子和血管内皮生长因子，提示这些生长因子在加速创面愈合方面发挥潜在作用[15]。Liu等[16]研究也发现BMSCs表达转化生长因子-β1、表皮生长因子、血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子等，这些因子在调节细胞表型、创面修复和组织重建中均起着重要的作用。不少动物实验已证实，BMSCs能够促进其实验动物创伤的愈合[17~21]。在临床应用方面，已有将BMSCs用于患者的报道，在大面积烧伤患者的创面涂抹自体BMSCs悬液，可利于创面皮肤再生和血管的新生[22]。
2．2．脂肪来源干细胞
      近年来，脂肪来源干细胞(Adipose - derived stem cells ADSCs)陆续被人们发现并迅速进入种子细胞研究领域。它在人体中分布较广、取材时创伤较小、细胞获得量多、并能对患者进行重塑体形，现已成为新的研究热点。目前有研究证实，从成体脂肪组织中分离出来的干细胞具有和骨髓来源的干细胞类似的生物学特性和分化潜能[23]。Zuk等[24]首先通过脂肪抽吸法获得了一种纤维样的细胞成分，经免疫荧光和流式细胞仪检测表明，该细胞主要来源于中胚层与间叶，并且在一些特异性诱导因子的作用下，于体外能够分化为成脂细胞、成骨细胞以及成肌细胞，表明了所分离的纤维样细胞具有类似干细胞样的多向分化能力。将ADSCs应用于创面修复，发现它能够通过影响成纤维细胞(Fi-broblast，FB)来促进创伤愈合。FB是创面修复中起主要作用的细胞，创伤能够刺激FB活化，通过增殖、迁移、合成和分泌细胞外基质等方式，参与肉芽组织及瘢痕形成和创面的重塑。其中FB的增殖、迁移是创面愈合的两个重要因素。Kim等[25]通过将培养在ADSCs-CM中的融合FB进行划痕实验来模拟机体创伤后FB的改变，结果发现，实验组FB的迁移速度约为对照组的1．9倍，说明了ADSCs对FB的迁移具有积极地促进作用。另外，ADSCs还有促进恢复创伤部位血供的能力，Kim等[26]进行的干细胞向血管内皮分化的诱导实验发现，ADSCs比BMSCs能够形成更多完整的管状结构，认为ADSCs在促血管形成方面更具有优势。但也有学者持不同观点，Nakagami等[27]则认为，ADSCs在促血运恢复能力方面和BMSCs没有显著差别。ADSCs也能够分泌多种生长因子，而各种生长因子的表达量并不完全相同，其中促血管再生的VEGF、PLGF、TGF-β和HGF的表达较其他活性因子高，说明ADSCs可促进缺血部位血管新生和重建。ADSC对创伤愈合的促进作用已在动物实验中得到证实，并在临床应用研究方面取得了阶段性的成果[28~29]。另有研究发现，成熟的脂肪细胞具有去分化后增殖再分化的能力[30]，国内学者研究也证实，成熟的脂肪细胞在体外培养条件下可成为去分化型脂肪细胞，这种细胞有较强的增殖活性，表达部分干细胞的特殊表型蛋白，并且具有向成骨细胞、软骨细胞分化的能力，具有与干细胞相似的特性[31]。说明成熟脂肪细胞在组织工程学中同样具有应用前景。
2．3．皮肤来源干细胞
      皮肤组织具有更新速度快，再生能力强的特点，因此来自皮肤局部的干细胞也同样受到了重视。史春梦等[32]从大鼠真皮中分离和培养出一种多能间充质干细胞，鉴定发现这种细胞具有高度的增殖能力和多向分化潜能，也具有干细胞的特性，它是一种新发现的来源于真皮的多能干细胞，有研究发现，这种真皮多能干细胞对皮肤创伤愈合具有显著的促进作用。同年，Toma等[33]从幼年及成熟动物体内分离出来源于真皮的干细胞，该细胞同样具有高度的增殖能力，并可分化为神经元、神经胶质、平滑肌细胞和脂肪细胞。另外，皮肤毛囊是另外一种具有应用前景的间充质干细胞的来源。鼠科动物细胞移植模型试验[34]表明，毛囊来源间充质干细胞可以迁徙到达表皮、皮脂腺和毛囊的上皮层，而Roh等[35]在人的毛囊隆突部分离获得干细胞，并发现此种干细胞能够分化形成表皮细胞和皮脂细胞，具有多向分化潜能。对于毛囊干细胞参与创伤修复过程的机制尚未明确，一些理论认为创伤后引起毛囊和表皮干细胞反应性脱离原微环境，再次归巢于创伤部位的空壁龛，这与骨髓干细胞移植后在受体骨髓的空壁龛归巢相似[36]。随着近些年对毛囊干细胞参与创伤后表皮修复过程研究的深入，发现这些过程还受不同信号通路的调节，如Wnt、BMP、FGF等[37~39]。由于皮肤来源干细胞相对容易获得，在成体干细胞的研究中具有明显优势，因此它将成为治疗皮肤创伤的重要来源之一。此外，有报告指出在愈合的溃疡创面上存在有成熟表皮细胞向表皮干细胞或干细胞样细胞去分化现象[40]，国内学者研究证实，表皮细胞去分化同样参与了创伤组织的修复[41]。
      2．4．脐带及羊膜来源干细胞人的脐带血含有丰富的造血干细胞，同样可被用于临床治疗。有人将脐带血作为初级免疫干细胞的来源。目前，在脐带血中是否存在间充质干细胞还尚有争议。Erices等[42]研究发现在早产儿的血中存在间充质干细胞和定向造血母体细胞，但Mares-chi等[43]未能从早产儿的脐带血中分离出这两种细胞。值得一提的是，脐带血分离的干细胞通常属于同种异体来源类型，因此在移植或输血中可能导致免疫排斥。Romanov等[44]发现脐带的脉管系统中包含大量的间充质干细胞样成分，这些成分在培养中增殖并形成纤维样细胞，表明脐带间质可以作为间充质干细胞的另一个来源。Phan等最近的研究发现，脐带具有非常丰富的干细胞，可用于烧伤表面损伤组织的重建，所分离的细胞被称为“脐带内膜干细胞”。后者可以分为上皮细胞亚群(脐带内膜上皮细胞)和间充质细胞亚群(脐带内膜间充质细胞)。表达干细胞的表面标志，如:Oct-4、Nanog，还能培养出健康的细胞群。这些干细胞可用于治疗浅层烧伤以及慢性糖尿病患者的伤口。让这些细胞生长繁殖在特殊的“支架”上，而后用于创伤的治疗，且在临床试验中还没观察到免疫排斥现象[45]。有研究表明，羊膜来源的细胞也同样具有分化为不同细胞的能力，提示羊膜组织中也含有干细胞;源于羊膜的干细胞具有较强的增殖能力[46]和低免疫原性[47]，因此在创伤修复中也具有应用前景。
3．展望
      近年来，随着细胞研究的不断深入，细胞疗法逐渐成为临床治疗疾病的新策略，其目的是替代、修复受损的组织和加强器官的生物学功能。干细胞具有自我更新与多向分化的生物学特性，因而使之成为细胞疗法中应用最广泛的靶细胞。国内学者徐荣祥教授建立体内干细胞原位组织培植技术研究体系，目的是通过治疗药物和技术，激活和调动器官组织局部的干细胞潜能，在创伤原位再生组织和器官，直接修复和修补损伤的组织器官，达到治疗器官组织损伤的目的，尤其是应用成体干细胞原位再生疗法治疗深度烧伤创面方面，已取得显著的效果[48]。另一个值得注意的问题是，干细胞可能也与创面过度愈合有关[49]，如何有效调控用于创面愈合的干细胞尚需要进一步深入研究。我们相信，随着对各种来源干细胞以及原位干细胞激活或是原位成体细胞去分化诱导等的不断深入研究，干细胞在创伤愈合中的作用必将被阐明，细胞疗法用于创面愈合也将指日可待。

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