干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用

1、干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容前景前景臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)研究概述概述干細(xì)胞定義：干細(xì)胞定義：干細(xì)胞（干細(xì)胞（stem cells, SCs）是一類具有自我更新和多向）是一類具有自我更新和多向分化潛能的細(xì)胞。分化潛能的細(xì)胞。成體干細(xì)胞（成體干細(xì)胞（adult stem cells, ASCs）據(jù)發(fā)育階段據(jù)發(fā)育階段胚胎干細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells, ESCs）單能干細(xì)胞（單能干細(xì)胞（unipotent stem cells, USCs）據(jù)發(fā)育潛能據(jù)發(fā)育潛能全能干細(xì)胞（全能干細(xì)胞（totipotent stem cel

2、ls, TSCs）多能干細(xì)胞（多能干細(xì)胞（pluripotent stem cells, PSCs）20世紀(jì)初20世紀(jì)60年代1963197819811991199219982006 近30年來，干細(xì)胞的研究取得了突破性進(jìn)展，主要包括以下兩個方面:1、成功建立了可分化為人體任何組織類型成熟細(xì)胞的人類 胚胎干細(xì)胞系；2、發(fā)現(xiàn)成體各種組織中均有未分化成熟的干細(xì)胞分布，包 括骨髓、血液、腦、皮膚、肌肉、臍帶、胎盤、脂肪等。干細(xì)胞研究歷史：干細(xì)胞研究歷史：內(nèi)源性因素：內(nèi)源性因素：1、細(xì)胞內(nèi)蛋白對細(xì)胞分裂的影響，如膜收縮蛋白；2、轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，如Oct-4。外源性因素：外源性因素：1、體內(nèi)微環(huán)境中分泌的

3、因子影響，如TGF家族；2、膜蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間相互作用的影響，如Notch信號；3、整合素與細(xì)胞外基質(zhì)的影響，如 1 integrin。干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境的影響：干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境的影響：ESCs：自1981年首次成功分離培養(yǎng)獲得小鼠ESCs系，國內(nèi)外研究 人員已在鼠、 兔、豬、牛、羊、猴和人都分離獲得了ESCs 系，可作為體外研究細(xì)胞分化和發(fā)育調(diào)控機(jī)制的模型及基 因重組的載體2007 Nobel Prize 。且已證明，無論是在體外還是體內(nèi)環(huán)境中，ESCs都能被誘 導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型，這將為移植醫(yī)學(xué)帶來一 場革命。 2009年1月，美國FDA批準(zhǔn)美

4、國杰龍生物醫(yī)藥公司開展利用 胚胎干細(xì)胞療法治療脊髓損傷的臨床試驗。 2010年11月，美國FDA批準(zhǔn)美國先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)公司開展利用 胚胎干細(xì)胞療法治療黃斑變性的臨床試驗。ESCs研究的兩個方向：1、培育成體生命最終成果便是“多利羊” ；2、獲取治療用干細(xì)胞對ESCs的生長環(huán)境加以調(diào)節(jié),使其 在體外大量增殖，在數(shù)量上滿足臨床治療的需要，即為 細(xì)胞重新編寫發(fā)育程序。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）2006年，日本京都大學(xué)山中申彌教授等在Cell雜志上報道，利用病毒載體 轉(zhuǎn)染四種轉(zhuǎn)錄因子（Oct4，Sox2，Klf4和

5、c-Myc）將小鼠皮膚成纖維細(xì)胞 重編程，可發(fā)生轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的iPS細(xì)胞在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺 傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面 都與ESCs相似。 2007年11月20日，美國威斯康星大學(xué)的研究小組和日本京都大學(xué)的研究 小組同一天分別在Science雜志和Cell雜志上發(fā)表將終末分化的皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn) 變成iPS細(xì)胞的研究成果。 緊接著美國另一研究小組將來自患病小鼠尾巴的皮膚細(xì)胞產(chǎn)生了iPS細(xì)胞。 2009年2月3日，日本東京大學(xué)的研究小組宣布，在世界上首次利用iPS方 法，將人類皮膚細(xì)胞“制成”血小板。 2010年，利用iPS方法的又培養(yǎng)出聽神經(jīng)組細(xì)胞和肝細(xì)

6、胞。羊膜干細(xì)胞（羊膜干細(xì)胞（amnion stem cells）：）： 是界于胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞之間的一種干細(xì)胞狀態(tài)。2009年11月， 美國研究者發(fā)現(xiàn)羊膜干細(xì)胞能夠形成三維聚合體細(xì)胞 胚樣小體(embryoid bodies,EBs)，該階段的細(xì)胞可直接發(fā)育成人 體所有類型的細(xì)胞，首次證明了羊膜干細(xì)胞的全能性。研究表明羊膜干細(xì)胞具有以下特性，被認(rèn)為是一種非常有治療應(yīng)用 前景的干細(xì)胞：A、在體外培養(yǎng)中不需飼養(yǎng)層細(xì)胞及LIF等因子；B、能在多次傳代后依然保持正常的核型和三胚層的分化能力；C、被注射到裸鼠皮下不會形成畸胎瘤；D、正常羊水中有大約1%的這種全能干細(xì)胞，方便分選及保存?zhèn)溆谩９Y和教

7、授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過移植人類的羊膜細(xì)胞，使一只脊椎受損的猴子重新長出了神經(jīng)纖維，恢復(fù)了運動功能。神經(jīng)干細(xì)胞（神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cells, NSCs）：）：1、定義：NSCs是來源于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多能干細(xì)胞，具有自我更新和多向 分化潛能，可以分化成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各類細(xì)胞，包括神經(jīng)元、星形膠 質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞（1992）。2、鑒定標(biāo)志物：表達(dá)Nestin（Neuroepithdial stem protein）。3、體內(nèi)分布：普遍存在于腦組織中，包括紋狀體、海馬、 嗅球、大腦皮 質(zhì)、間腦、中腦、室管膜區(qū)、室管膜下區(qū)等。 4、基礎(chǔ)研究：主要是針對對增殖、分化、遷移調(diào)控相關(guān)影響

8、因素的研究 神經(jīng)遞質(zhì)：Glu、5-HT、GABA、Gly、Ach、NO等 細(xì)胞外基質(zhì)：細(xì)胞黏附因子、糖蛋白等 細(xì)胞生長因子：EGF、bFGF、NGF等 基因調(diào)控：notch、bhlh、同源盒基因等 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：Notch、Janus、JAK-STAT等5、臨床研究： 細(xì)胞移植治療：目前無任何嚴(yán)重的不良副反應(yīng)。 基因載體治療：將編碼特定神經(jīng)遞質(zhì)或蛋白質(zhì)因子的基因轉(zhuǎn)導(dǎo)入NSCs載體。6、用于移植治療的可能機(jī)制：A、具有多向分化潛能而起到細(xì)胞替代作用；B、可分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子和細(xì)胞因子，改善內(nèi)環(huán)境；C、具趨化歸巢能力，可聚集于損傷部位進(jìn)行修復(fù)；D、可增強(qiáng)神經(jīng)突觸之間的聯(lián)系，建立新的神經(jīng)環(huán)路 。7

9、、常用的移植方法： 腰椎穿刺蛛網(wǎng)膜下腔注射 通過手術(shù)或立體定位法植入 8、目前有報道的可用NSCs移植進(jìn)行治療的疾病有： 中風(fēng)（腦梗塞、腦出血）、腦外傷后遺癥、脊髓損傷、共濟(jì)失調(diào)、腦癱、 腦萎縮、PD、MS、ALS、MSA、面癱、視神經(jīng)萎縮 。間充質(zhì)干細(xì)胞（間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells, MSCs）:1、來源：最初來源于骨髓，現(xiàn)已從脂肪、肝臟、肌肉、羊水、胎盤、臍帶血、 臍帶、牙髓等多種組織分離得到了MSCs 。2、生物學(xué)特性：A、具有自我更新能力、多向分化及跨胚層分化潛能；B、有造血支持的作用；C、可抑制免疫反應(yīng)；3、鑒定：缺乏特異的標(biāo)記物，以下三點為國際細(xì)胞治

10、療協(xié)會（ISCT）規(guī)定鑒 定人MSCs的最低標(biāo)準(zhǔn)。（1）在體外標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)條件下貼壁生長；（2）CD105+、CD73+ 、CD90+，CD34-、CD45-、CD11a-、CD19-、HLA-DR- ；（3）在體外可誘導(dǎo)分化為成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和軟骨細(xì)胞。4、用于移植治療的可能機(jī)制：A、可分化為功能細(xì)胞，促進(jìn)缺損組織更新；B、可分泌多種細(xì)胞因子和營養(yǎng)因子，通過旁分泌作用改善受體微環(huán)境； C、能通過細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸及分泌可溶性因子的方式抑制免疫反 應(yīng)，增強(qiáng)受體宿主的免疫耐受能力；D、通過抑制促炎性因子、促進(jìn)抑炎性因子的分泌和表達(dá)，來調(diào)節(jié)炎癥 反應(yīng)，發(fā)揮抗炎作用；E、通過調(diào)節(jié)天生和獲得性免疫系統(tǒng)

11、中的T細(xì)胞、B細(xì)胞、DC細(xì)胞、NK 細(xì)胞等，來發(fā)揮免疫抑制作用。F、多種趨化因子及其受體、整合素、選擇素、粘附分子共同參與所抑制 MSCs向受損和炎癥部位的趨化歸巢。5、動物模型移植治療： 研究表明，對神經(jīng)損傷（腦損傷、脊髓損傷）、肝損傷、GvHD、心肌 梗死、重癥肌無力、腎損傷、骨創(chuàng)傷、皮膚損傷等50多種疾病的動物模 型進(jìn)行MSCs移植治療，均有一定的療效。6、臨床應(yīng)用： 臨床上對GvHD、惡性血液病、實體腫瘤、免疫異常性疾病、遺傳病、 重癥肌無力、腦中風(fēng)、心肌梗死、腎功能不全、急慢性肝損傷、股骨頭 壞死、脊髓損傷、運動神經(jīng)元病等60多種疾病進(jìn)行MSCs移植治療，均 在不同程度上顯示了有治療

12、作用。 截至2010年4月，全球被批準(zhǔn)進(jìn)行利用MSCs治療的臨床試驗已有80項。 且MSCs已被FDA批準(zhǔn)用于治療GvHD。臍帶來源臍帶來源MSCsMSCs的優(yōu)勢：的優(yōu)勢：1、來源更容易，廢物利用，不涉及倫理道德問題；2、采集方便，易于保存和運輸；3、供者無痛苦，對母嬰均無損害；4、臍帶中MSCs較骨髓中含量更為豐富；5、細(xì)胞更原始，分化潛能更大，擴(kuò)增效應(yīng)更強(qiáng)；6、組織相容性抗原表達(dá)低或不表達(dá)，更適宜于異體間的移植治療。臍帶臍帶MSCs因數(shù)量豐富、增殖力強(qiáng)、安全可靠、調(diào)節(jié)免疫、因數(shù)量豐富、增殖力強(qiáng)、安全可靠、調(diào)節(jié)免疫、 適用面廣，將有可能成為最具臨床應(yīng)用前景的多能干細(xì)胞。適用面廣，將有可能成為

13、最具臨床應(yīng)用前景的多能干細(xì)胞。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞庫：臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞庫： 細(xì)胞產(chǎn)品國家工程研究中心間充質(zhì)干細(xì)胞庫（細(xì)胞產(chǎn)品國家工程研究中心間充質(zhì)干細(xì)胞庫（2007全球首家）全球首家） 天津昂賽細(xì)胞基因工程有限公司天津昂賽細(xì)胞基因工程有限公司 山東省人類臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞庫（山東省人類臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞庫（2009）軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 吳祖澤院士吳祖澤院士 深圳市北科生物科技有限公司下屬有深圳市間充質(zhì)干細(xì)胞庫。深圳市北科生物科技有限公司下屬有深圳市間充質(zhì)干細(xì)胞庫。 黑龍江省干細(xì)胞庫在開展臍帶黑龍江省干細(xì)胞庫在開展臍帶MSCs的儲存項目。的儲存項目。干細(xì)胞應(yīng)用前景：干細(xì)胞應(yīng)用前景：現(xiàn)有的基礎(chǔ)研

14、究和臨床應(yīng)用結(jié)果證明，干細(xì)胞在治療中確實 發(fā)揮了作用，應(yīng)用前景非常樂觀。國內(nèi)外知名干細(xì)胞研究機(jī)構(gòu)有： 國外國外 國內(nèi)國內(nèi)加州再生醫(yī)學(xué)研究所 科技部國家干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心哈佛干細(xì)胞研究所 細(xì)胞產(chǎn)品國家工程研究中心京都大學(xué)iPS細(xì)胞研究與應(yīng)用中心 人類胚胎干細(xì)胞國家工程研究中心澳大利亞干細(xì)胞中心 華南干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究所羅斯林研究所 四大細(xì)胞庫（北京、華東、南方、倫敦環(huán)球大學(xué)干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)中心 中國科學(xué)院）蘇格蘭愛丁堡大學(xué)再生醫(yī)學(xué)中心在真正進(jìn)行干細(xì)胞治療的臨床推廣前，還需要更多的、更長期的研究 證據(jù)，以確保治療的有效性和安全性，如：A、目前治療的患者數(shù)量還比較少，治療后的療效觀察時間還很短；B、干細(xì)胞增殖、分化的條件和調(diào)控機(jī)制還不明確；C、干細(xì)胞分離純化