脐血干细胞的分化潜能及其临床应用研究进展

孙秀芳

(泰安市第一人民医院，山东泰安271000)

自1988年Gluckman等［1］首次应用人类白细胞抗原(HLA)相合的同胞脐血干细胞移植治疗Fanconi贫血获得成功以来，人们对脐血的基础研究和临床应用逐渐增多。2000年，Erices等［2］报道脐血中含有丰富的造血干细胞(HSCs)和间充质干细胞(MSCs/MPCs)。Allen等［3］认为，MSCs由不均一的能产生生长因子、基因蛋白并且增殖过程中相互影响的细胞群组成，主要包括网状内皮细胞、成纤维细胞、脂肪细胞和成骨细胞，其形态和生物学特点与骨髓源性MSCs相似。近年研究显示，脐血干细胞是一类具有与骨髓干细胞相似多向分化潜能的原始祖细胞，具有更新能力较强、抗原性弱、相对功能不成熟、移植物抗宿主病(GVHD)发生风险低等特点，且来源广泛，应用不受伦理和道德限制，在应用再生医学方面有巨大潜能。现将脐血干细胞分化潜能及其临床应用研究综述如下。

1 脐血干细胞的分化潜能

1972年，Caplan等将来源于鸟胚胎肢芽的MSCs分化成了软骨、骨和肌肉;1976年，Friededstein发现骨髓中的MSCs可分化为骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。多项实验证实，脐血MSCs不仅支持造血系统，还可向中胚层和外胚层来源的组织分化，即在一定条件下分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、神经细胞、肝细胞、骨骼肌细胞等。

1.1 分化为肝样细胞 有研究［4］发现，经过碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、肝细胞生长因子(HGF)和制瘤素M(OSM)4周的诱导，MSCs成功分化为肝样细胞，后者表达肝细胞特异基因，并且能够分泌白蛋白和尿素。将分化后的肝样细胞移植到肝脏损伤大鼠肝脏中后，大鼠血液中可检测到人血白蛋白。新近研究［5］发现，“两步诱导法”可使脐血中的MSCs分化为肝样细胞、脂肪细胞和成骨细胞，且诱导后的肝样细胞可检测到肝细胞标志物及肝细胞功能性基因表达。提示脐血MSCs可作为良好的种子细胞用于肝病再生医学治疗。

1.2 分化为神经样细胞 诱导脐血干细胞向神经样细胞分化的方法是近年来研究的热点之一。有研究［6］表明，从脐血中分离出的干细胞可以诱导分化为神经样细胞，后者对于脑局部缺血、神经变性疾病和动物脊髓损伤有治疗作用。

1.3 分化为软骨细胞 有学者［7］将分离后的脐血MSCs培养于软骨细胞诱导培养基中，并在培养基中加入10 ng/mL的转化生长因子-β3，结果发现细胞在培养过程中聚团生长，第14～28天收集细胞聚集球，甲醛固定并蜡片包埋后染色分析显示为软骨细胞。另有研究者［8］用胰岛素样生长因子1诱导MSCs，培养12 d后苏木精—伊红染色见细胞分泌少量细胞外基质，且在电子显微镜下呈现多边形、蜘蛛网样(外围被细胞外基质围绕)等软骨细胞特点。

1.4 分化为胰岛样细胞 1型糖尿病是一种自身免疫系统缺陷病，遗传缺陷是此病的发病基础。目前治疗该病的最佳方法是胰岛细胞移植，但胰岛细胞来源匮乏。研究［9］表明，脐血 MSCs在 bFGF、表皮生长因子、B27和尼克酰胺等的作用下，可诱导分化为散在的胰岛样细胞及成群的胰岛样细胞群，且胰岛样细胞种类较多、大小不均一。

1.5 分化为心肌样细胞 汤天军等［10］用不同浓度的5-氮杂胞苷诱导脐血干细胞，结果透射电镜下发现脐血干细胞内有明显的肌丝、横纹样结构形成，免疫组化和RT-PCR检查均显示有心肌样细胞特异蛋白和基因表达。提示人脐血干细胞经5-氮杂胞苷诱导后可分化为具有典型结构的心肌样细胞。另有研究者［11］证实，脐血干细胞诱导分化成的心肌样细胞具有心肌特异性动作电位。

2 脐血干细胞的临床应用

2.1 用于血液系统疾病治疗 HSCs移植是目前治疗血液系统疾病最主要、最有效的手段。有研究［12］报道了22例成人高危急性淋巴细胞白血病患者，其中18例接受脐血HSC移植，患者3年移植相关死亡率(TRM)、总生存率和复发率分别为27%、50%和36%，并且在首次缓解期移植的患者TRM较低、总生存率较高;随访发现，移植后生存期超过2 a的患者均无复发。有研究者［13］用减低剂量预处理的双份脐血HSC治疗28例血液病患者，中位随访期21个月，预计5年总生存率为56%、无病存活率为48%，认为减低剂量预处理的双份脐血HSC移植治疗成人血液病安全、有效。

2.2 用于软骨修复和成骨 Wakitani等［14］于1994年首先报道MSCs移植修复兔软骨缺损获得成功，随后该研究团队不断有利用软骨组织工程修复关节软骨缺损的成果报道［15］。Guillot等［16］观察了成骨不全孕小鼠子宫内移植脐血MSCs的效果，发现未移植组和移植组新生小鼠骨折发生率分别为97.9%、58.6%，且后者骨骼强度、厚度、长度均有所改善。近期，中国台湾、新加坡与瑞典的医学研究团队［17］公布了台湾首个胎儿期干细胞移植治疗“玻璃娃娃”的案例，研究人员分别在其胚胎期及一岁半左右(因生长缓慢)进行干细胞移植，目前患儿四岁，出生后未发生此种遗传疾病常见的骨折。

2.3 用于神经系统疾病治疗 有学者将脐血干细胞移植到神经退行性病变和脊髓损伤动物模型体内，结果发现脐血干细胞在受损部位存活，并且能够增加受损细胞的生存期、减少受损部位神经胶质细胞死亡。另有学者［18］在动物脊索损伤部位直接注射脐血MSCs，并通过磁共振、体感诱发电位及组织病理学检查等对治疗效果进行评价，结果移植组脊索修复效果及神经传导功能明显优于对照组。

2.4 用于肝脏疾病治疗 有学者将脐血干细胞经腹腔注射到肝损伤动物模型体内，结果流式细胞术、免疫组化及RT-PCR法均检测到人肝脏细胞标志物的表达，且干细胞能显著增加损伤肝脏的再生功能、显著减少肝损伤小鼠的病死率［19］。

2.5 用于心肌疾病治疗 近年来，干细胞移植在治疗心血管疾病方面显示了传统治疗方法所无可比拟的优越性。Henning等［20］将脐血单个核细胞注射至大鼠心肌梗死周边区，结果发现移植的细胞能在宿主体内存活并改善心功能。尹俊等［21］将脐血干细胞注射至急性心肌梗死兔模型心肌内，结果发现实验组左心室收缩压和左心室最大变化速率均明显高于对照组，而左心室舒张压显著低于对照组、心肌梗死面积明显小于对照组，差异均具有统计学意义。

2.6 用于糖尿病治疗 美国佛罗里达大学的学者［22］对平均年龄5岁、平均病程9个月的1型糖尿病患者进行了治疗，通过静脉注射将脐血干细胞回输到体内，随访1 a所有患者病情稳定。Norman等［23］将脐血单个核细胞通过静脉回输的方式注入2型糖尿病小鼠体内，结果小鼠糖尿病症状、肾小球肥大和肾小管扩张缓解，存活时间显著延长。

2.7 其他 自1988年Gluckman成功进行第一例同胞脐血MSCs移植以来，该方法已经成为MSCs移植的主要形式之一。大量循证医学资料表明，脐血MSCs移植治疗白血病效果确切，其白血病复发率、无病生存率、长期生存率与骨髓MSCs移植/外周血干细胞移植相当或更好。但单份脐血造血干/祖细胞含量有限、临床应用受限。目前，80%的脐血用于儿童相关疾病的治疗，成人患者则存在移植细胞数量不足、在体内难以重建免疫机制等不足。为此，双份或多份脐血混合移植用于成人患者已成为研究的新热点。与单份脐血移植相比，两份或多份脐血混合移植具有植入成功率高、TRM及复发率低、GVHD发生率无增加、移植物抗白血病(GVL)效应增强等优点。值得注意的是，在双份脐血移植中，两种脐血的植入状况不均衡，受者移植术后长期的造血和免疫功能重建来自其中的一份脐血，另一份脐血则被排斥。此外，移植脐血所含总有核细胞(TNC)及CD3+4细胞数、供受者之间HLA配型相合程度、血型是否相合等因素均和哪一份脐血最终植入无明确关系，淋巴细胞间的免疫反应可能为脐血最终植入的关键因素。

总之，脐血干细胞具有多项分化潜能，且临床应用效果确切、应用范围不断拓展。随着人们对脐血中非造血干细胞研究的深入，未来细胞治疗和再生医学将展示出更广阔的前景。目前，脐血干细胞的临床应用亟需相关部门出台统一的规范和制度，其治疗疾病的具体作用机制也需要进行更深入的研究。

［1］Gluckman E，Broxmeyer HA，Auerbach AD，et al.Hematopoietic reconstitution in a patient with Fanconi's anemia by means of umbilical-cord blood from an HLA-identical［J］.N Engl J Med，1989，321(17):1174-1178.

［2］Erices A，Conget P，Minguell JJ.Mesenchymal progenitor cells in human umbilical cord blood［J］.Br J Haematol，2000，109(1):235-242.

［3］Allen TD，Dexter TM，Simmons PJ.Marrow biology and stem cells［J］.Immunol Ser，1990，49(38):1.

［4］Onga SY，Dai H，Leonga KW.Inducing hepatic differentiation of human mesenchymal stem cells in pellet culture［J］.Biomaterials，2006，27(22):4087-4097.

［5］Doan CC，Le TL，Hoang NS，et al.Differentiation of umbilical cord lining membrane-derived mesenchymal stem cells into hepatocyte-like cells［J］.Iran Biomed J，2014，18(2):67-75.

［6］Harris DT.Cord blood stem cells:a review of potential neurological applications［J］.Stem Cell Rev，2008，4(4):269-274.

［7］Shetty P，Cooper K，Viswanathan C.Comparison of proliferative and multilineage differentiation potentials of cord matrix，cord blood，and bone marrow mesenchymal stem cells［J］.Asian J Transfus Sci，2010，4(1):14-24.

［8］解继胜，黄海玲，唐毓金，等.人脐带血间充质干细胞分离培养及向软骨细胞的分化［J］.中国组织工程研究与临床康复［J］.2008，14(16):3065-3068.

［9］侯萍，赵冬阳，李革飞，等.不同细胞因子组合体外诱导人脐血干细胞向胰岛样细胞分化［J］.中国组织工程研究与临床康复，2009，13(6):1073-1076.

［10］汤天军，杨波，杨汉东，等.人脐带血间充质干细胞体外诱导分化为心肌细胞的实验研究［J］.实用医学杂志，2005，21(21):2412-2414.

［11］冯应君，杨汉东，汤天军，等.脐带血干细胞诱导分化为心肌样细胞电生理特性的实验研究［J］.实用医学杂志，2007，23(5):613-615.

［12］Bachanova V，Vemeris MR，DeFor T，et al.Prolonged survival in adults with acute lymphoblastic leukemia after reduced-intensity conditioning with cord blood or sibling donor transplantation［J］.Blood，2009，113(13):2902-2905.

［13］马骁，吴德沛，孙爱宁，等.成人双份脐血造血干细胞移植治疗血液病的临床研究［J］.苏州大学学报(医学版)，2009，29(6):1177-1178.

［14］Wakitani S，Goto T，Pineda SJ，et al.Mesenchymal cell-based repair of large，full-thickness defects of articular cartilage［J］.J Bone Joint Surg Am，1994，76(4):579-592.

［15］Jäger M，Zilkens C，Bittersohl B，et al.Cord blood—an alternative source for bone regeneration［J］.Stem Cell Rev，2009，5(3):266-277.

［16］Guillt PV，Abass O，Bassett JH，et al.Intrauterine transplantation of human fetal mesenchymal stem cells from first trimester blood repairs bone and reduces fractures in osteogenesis imperfect mice［J］.Blood，2007，29(10):1182-1190.

［17］Götherström C，Westgren M，Shaw SW，et al.Pre-and postnatal transplantation of fetal mesenchymal stem cells in osteogenesis imperfecta:a two-center experience［J］.Stem Cells Transl Med，2014，3(2):255-264.

［18］Lim JH，Byeon YF，Ryu HH，et al.Transplantation of canine umbilical cord bIood derived mesenchymaI stem cells in experimentally induced spinal cord injured dogs［J］.J Vet Sci，2007，8(3):275-282.

［19］Di Campli C，Piscaglia AC ，Pierelli L，et al.A human umbilical cord stem cell rescue therapy in a murine model of toxic liver injury［J］.Dig Liver Dis，2004，36(9):603-613.

［20］Henning R，Abu-Ali H，Balis JU，et al.Human umbilical cord blood mononuclear cells for the treatment of acute myocardial infarction［J］.Cell Transplant，2004，13(7-8):729-739.

［21］尹俊，石刚刚，李春海，等.人脐带血干细胞移植防治兔急性心肌缺血的实验研究［J］.诊断学理论与实践，2006，5(6):511-514.

［22］Haller MJ，Viener HL，Wasserfall C，et al.Autologous umbilical cord blood infusion for type 1 diabetes［J］.Exp Hematol，2008，36(6):710-715.

［23］Ende N，Chen R，Reddi AS.Transplantation of human umbilical cord blood cells improves glycemia and glomerular hypertrophy in type 2 diabetic mice［J］.Biochem Biophys Res Commun，2004，321(1):168-171.