成體干細(xì)胞中的SP細(xì)胞群

1、綜述成體干細(xì)胞中的SP細(xì)胞群*王紅暉聶捷琳李瑩輝*戴鐘銓?zhuān)ê教灬t(yī)學(xué)工程研究所北京100094）摘要成體干細(xì)胞研究中，SP細(xì)胞是近年來(lái)在多種不同種屬的哺乳動(dòng)物組織中被發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞群體，是另一類(lèi)主要在骨髓和肌肉中發(fā)現(xiàn)的多潛能干細(xì)胞，具有向不同于本身起源組織的多種細(xì)胞類(lèi)型分化的能力。它們數(shù)目較少，且分布、分化、表面標(biāo)志和功能等都不是十分清楚。綜述了SP細(xì)胞的命名，分離獲取方法，多種組織細(xì)胞中SP細(xì)胞群的表面標(biāo)志、分化特征。此外，SP細(xì)胞表型的基因調(diào)控，SP細(xì)胞在干細(xì)胞移植尤其是在未來(lái)臨床治療方面的應(yīng)用。最后，對(duì)SP細(xì)胞的研究進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞成體干細(xì)胞SP細(xì)胞表面標(biāo)志應(yīng)用收稿日期：20050610修回

2、日期：20050928*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30370365)1SP細(xì)胞的獲取方法要想獲得SP細(xì)胞，需用流式細(xì)胞儀進(jìn)行分選3,4。大致步驟為：(1)細(xì)胞獲取，首先分離制備所需組織細(xì)胞的細(xì)胞懸液；(2)Hoechst染色，在獲取的細(xì)胞懸液中加入Hoechst33342，使其終濃度為5g/ml；混勻細(xì)胞，37恒溫水浴90min（此溫度和時(shí)間要求精確，不同物種，不同組織的細(xì)胞染色時(shí)間略有不同），然后4低溫離心1 000r/min，10min；收集沉淀，在4用含2g /ml碘化丙啶（PI）的Hanks平衡鹽溶液平衡沉淀即為染色好的細(xì)胞；(3)流式細(xì)胞儀檢測(cè)分選，激發(fā)光波長(zhǎng)為350nm，采集波長(zhǎng)為

3、450nm和675nm（在分選前標(biāo)本必須保持在4）這樣得到發(fā)光偏弱的就是SP細(xì)胞。2SP細(xì)胞的表面標(biāo)志及特性CD34是表達(dá)在造血細(xì)胞，血管內(nèi)皮細(xì)胞，胚胎纖維原細(xì)胞表面的糖蛋白。CD34的表達(dá)是造血干細(xì)胞的一個(gè)重要特征。雖然部分SP細(xì)胞能夠通過(guò)其獨(dú)特的抗原標(biāo)志被識(shí)別，但它們并不與干細(xì)胞表型完全一致。以易于被檢測(cè)到的水平而言，大約一半的SP細(xì)胞表達(dá)CD34，三分之一的SP細(xì)胞表達(dá)ckit+,Sca1+,Lin,CD34。大部分SP細(xì)胞保持原始細(xì)胞ckit+,Sca1+,Thy1+,CD31+，CD135,Lin的表型5。早期的研究顯示3，大約在Sca1+ CD34的鼠骨髓細(xì)胞中有10%的SP細(xì)胞，

4、它們表達(dá)CD117，CD43和CD45。鼠骨髓來(lái)源的SP細(xì)胞能夠修復(fù)損傷的心肌細(xì)胞，這些細(xì)胞除表達(dá)CD117外還一致表達(dá)CD31。肌肉SP細(xì)胞表達(dá)造血干細(xì)胞標(biāo)志Sca1，CD45，但不表達(dá)衛(wèi)星細(xì)胞的標(biāo)志；它們?cè)隗w外不能分化為肌細(xì)胞，而衛(wèi)星細(xì)胞卻能夠生成肌細(xì)胞，但不表達(dá)Sca1和CD45，也不形成造血細(xì)胞克隆。最近研究6發(fā)現(xiàn)，SP細(xì)胞也存在于小豬以及鼠的神經(jīng)祖細(xì)胞中，它們?nèi)狈D117，CD43和CD45等骨髓細(xì)胞來(lái)源的SP細(xì)胞表型。Montanaro等7鑒定了成年鼠皮膚SP細(xì)胞，這些細(xì)胞的表面標(biāo)志和分離到的骨骼肌SP細(xì)胞相似，但不同于骨髓SP細(xì)胞，且不表達(dá)造血細(xì)胞的標(biāo)志。Terunuma等8比

5、較了SP角化細(xì)胞和角化干細(xì)胞的標(biāo)志后發(fā)現(xiàn)，SP角化細(xì)胞表達(dá)低水平的6、1整合蛋白，明顯不同于傳統(tǒng)的角化干細(xì)胞。不成熟的鼠睪丸中亦含有SP細(xì)胞，其表面標(biāo)志為： Sca1+，EpCAM+，EE2+，6整合蛋白陽(yáng)性，(v) 整合蛋白陰性9。成人外周血Lin的SP細(xì)胞表達(dá)高水平的CD45，CD59，CD43，CD49d，CD31和整合素標(biāo)志，缺乏CD343。對(duì)異搏定敏感的肺SP細(xì)胞10能夠被進(jìn)一步分離，CD45的肺SP細(xì)胞表達(dá)間葉細(xì)胞和vCE細(xì)胞特性的標(biāo)志。SP細(xì)胞在細(xì)胞周期中相對(duì)靜止；在生長(zhǎng)周期中，少數(shù)SP細(xì)胞（<2%）有再生能力，不同于在G0/G1期的細(xì)胞。骨髓來(lái)源的SP細(xì)胞在體內(nèi)有著大約1

6、 000倍的淋巴和骨髓的造血活性。肌肉來(lái)源的SP細(xì)胞能夠重建造血巢，但不如骨髓來(lái)源的SP細(xì)胞有效，提示微環(huán)境因子在SP細(xì)胞功能可塑性方面的重要性3。組織來(lái)源的CD45+SP細(xì)胞在對(duì)ABC盒轉(zhuǎn)錄抑制子敏感性方面和骨髓來(lái)源的SP細(xì)胞相似。功能上，這些細(xì)胞在體外有著比CD45的非SP細(xì)胞更強(qiáng)的形成造血細(xì)胞克隆的能力。Nakauchi等11研究認(rèn)為，CD34lo/Kit+Sca+Lin細(xì)胞和SP細(xì)胞有一個(gè)大的交叉，在SP細(xì)胞中有相當(dāng)數(shù)目的細(xì)胞不是CD34lo/ Kit+Sca+Lin細(xì)胞。而長(zhǎng)期的骨髓造血活性只發(fā)現(xiàn)在CD34lo/Kit+Sca+Lin的SP細(xì)胞中。3SP細(xì)胞表型的基因調(diào)控ABCG2/

7、BCRP1基因表達(dá)可能是不同來(lái)源干細(xì)胞的一個(gè)重要標(biāo)志，也是SP細(xì)胞表型的一個(gè)重要決定因素。Zhou等12證實(shí)了ABCG2在SP細(xì)胞表型中的決定性作用。他們檢驗(yàn)和觀察到ABCG2在鼠胚胎期的表達(dá)以及在卵黃囊血島和組織包括心臟發(fā)生過(guò)程中的強(qiáng)表達(dá)。胚胎后期，在器官發(fā)生的少數(shù)細(xì)胞群中存在ABCG2。成體心臟包含ABCG2表達(dá)的SP細(xì)胞群，這些前體細(xì)胞能夠增殖和分化。原位雜交顯示，ABCG2/BCRP1 mRNA也存在于肝臟卵圓細(xì)胞中，通過(guò)ABCG2/BCRP1的表達(dá)，獲得SP細(xì)胞的表型，且ABCG2/BCRP1 在mRNA水平上的結(jié)構(gòu)改變與肝臟卵圓細(xì)胞的數(shù)量有很好的相關(guān)性。提示肝臟卵圓細(xì)胞可能即是肝臟

8、中的干細(xì)胞。Akt是一種重要的細(xì)胞存活，生長(zhǎng)和糖代謝的調(diào)控因子，這一信號(hào)分子的作用在造血干細(xì)胞中沒(méi)有被完全闡明。慢病毒介導(dǎo)的Akt1的過(guò)表達(dá)顯著地增加骨髓中SP細(xì)胞的數(shù)量，而來(lái)源于Bcrp(/)的鼠骨髓則不受影響，說(shuō)明Akt信號(hào)是通過(guò)調(diào)節(jié)Bcrp1的表達(dá)來(lái)調(diào)控SP細(xì)胞表型的13。2005, 25(12)王紅暉 等： 成體干細(xì)胞中的SP細(xì)胞群中國(guó)生物工程雜志 China Biotechnology Vol.25 No.12 20054SP細(xì)胞在干細(xì)胞移植中的應(yīng)用4.1骨髓移植目前用于移植的骨髓干細(xì)胞成分大體分為5種：骨髓單個(gè)核細(xì)胞群，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，造血干細(xì)胞，邊緣細(xì)胞群（SP細(xì)胞）和特殊細(xì)胞

9、群等。Gussoni等14證實(shí)：來(lái)源于成人骨髓的SP細(xì)胞，能重構(gòu)受輻射的mdx大鼠的骨髓，并且以后這些細(xì)胞從骨髓中再動(dòng)員，參與肌肉修復(fù)。有人用同樣的方法，從成熟大鼠中分離出肌肉SP細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)盡管只有100個(gè)左右的SP細(xì)胞，卻能夠重建整個(gè)受致命輻射損傷大鼠的骨髓。4.2修復(fù)損傷心肌局部缺血損傷的哺乳動(dòng)物心肌常常導(dǎo)致不可逆的心肌功能受損。美國(guó)的Jackson等15獲取了Rosa26轉(zhuǎn)基因鼠純化的骨髓SP細(xì)胞，將它們移植到受致死劑量照射且冠狀動(dòng)脈局部缺血的小鼠心肌或血管。結(jié)果在潛在梗死區(qū)和鄰近小血管的梗死區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了SP細(xì)胞來(lái)源的心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。證明了心肌分化潛能的造血干細(xì)胞的存在，為造血干細(xì)胞移

10、植治療心肌梗死掀開(kāi)了嶄新的一頁(yè)。但目前對(duì)于骨髓干細(xì)胞到底能否分化為心肌細(xì)胞尚存在爭(zhēng)論，Charles等16在最近一期英國(guó)自然雜志網(wǎng)絡(luò)版中撰文稱(chēng)，有助于治療心臟病的骨髓干細(xì)胞，并不像人們以前認(rèn)為的那樣能夠直接分化成心肌細(xì)胞。4.3其他 Wulf 等17用肝SP細(xì)胞進(jìn)行原位肝移植后，供體肝SP細(xì)胞再生了成熟的肝實(shí)質(zhì)和膽管上皮細(xì)胞。OlmstedDavis等18將鼠SP移植到受致死劑量照射的鼠體內(nèi)時(shí)，單基因標(biāo)記的鼠SP細(xì)胞再生了被耗竭的骨祖細(xì)胞池，這一發(fā)現(xiàn)闡明了成骨細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中未被弄清的環(huán)節(jié)，同時(shí)促進(jìn)了SP細(xì)胞在基于干細(xì)胞治療骨代謝紊亂以及在臨床整形外科中的應(yīng)用。5結(jié)束語(yǔ)在干細(xì)胞研究中，干細(xì)胞的

11、分離和純化本身就是一個(gè)難題。SP細(xì)胞有著和組織特異的干細(xì)胞幾乎相同的功能和分子特點(diǎn)，快速的Hoechst染料排斥特性可以應(yīng)用到其它的器官系統(tǒng)干細(xì)胞的分離和純化中，為干細(xì)胞研究提供了更為便利的途徑。近年來(lái)，干細(xì)胞移植方面的研究發(fā)展迅速。尤其是20世紀(jì)90年代以來(lái)，造血干細(xì)胞移植技術(shù)飛速發(fā)展，并且安全有效，已成為治愈多種良性、惡性血液病與遺傳性疾病的重要手段。SP細(xì)胞在骨髓移植中的應(yīng)用還僅僅停留在動(dòng)物試驗(yàn)階段，真正有價(jià)值的臨床應(yīng)用有待科學(xué)家進(jìn)行更深入的探索，SP細(xì)胞有望成為骨髓移植細(xì)胞中能夠重建造血系統(tǒng)的更為高效的細(xì)胞群體。此外，某些特異的組織干細(xì)胞，例如肌源干細(xì)胞研究中，SP細(xì)胞和肌肉中的衛(wèi)星細(xì)

12、胞是目前發(fā)現(xiàn)的兩類(lèi)細(xì)胞。但究竟SP細(xì)胞和衛(wèi)星細(xì)胞的關(guān)系如何？SP細(xì)胞是衛(wèi)星細(xì)胞的起源，或是衛(wèi)星細(xì)胞的亞群？亦或是存在于骨骼肌中的一個(gè)具有獨(dú)立來(lái)源的細(xì)胞群體？有關(guān)這方面的進(jìn)一步研究是十分必要的。SP細(xì)胞是近幾年才被發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞群體，是另一類(lèi)主要在骨髓和肌肉中發(fā)現(xiàn)的多潛能干細(xì)胞。那么它究竟是存在于組織中的干細(xì)胞還是干細(xì)胞亞群？是否所有的組織和器官中都存在SP細(xì)胞，它們有何共同的分子標(biāo)記，它們的功能是什么？等等一系列問(wèn)題的回答對(duì)于近年來(lái)廣泛關(guān)注的干細(xì)胞的研究均有著十分重要的意義。參考文獻(xiàn)1 Goodell M A, Brose K, Paradis G, et al. Isolation and fu

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23、第7頁(yè))The Side Population Cells in the Adult Stem Cell PopulationsWANG HonghuiNIE JielinLI YinghuiDAI Zhongquan（Institute of Space MedicoEngineeringBeijing100094, China）AbstractSidepopulation (SP) cells are a recently described rare cell population detected in selected tissues of various mammalian species in adul