骨髓基质干细胞诱导分化为神经细胞的研究进展

杨国宏等

[摘要] 骨髓基质干细胞具有取材简单、增殖速度快、培养过程中始终保持多向分化的潜能等特点，已经成为干细胞研究领域的热点，是最好的组织工程种子细胞之一，还可以诱导分化为神经细胞。本文对骨髓基质干细胞诱导分化为神经细胞的研究进展作一综述。

[关键词] 骨髓基质干细胞；神经细胞；骨髓

[中图分类号] R329.2+4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2014）11（c）-0191-03

[Abstract] Bone marrow stromal cells has derived simple，fast growth，the training process remains much to differentiate and other characteristics，has been become the hot spot in the study of stem cells，is one of the best seed cells of tissue engineering.It can also differentiate into neural cells.The article reviewes the progress of induction of bone marrow stromal cells to neural cells and its mechanisms.

[Key words] Bone marrow stromal cells；Neural cells；Bone marrow

骨髓基质干细胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）位于骨髓中，是具有自我复制和多向分化潜能的非造血干细胞[1]。由于BMSCs具有取材容易、培养简单、增殖能力强、可以传代并且不改变生物学特性以及没有伦理学及免疫排斥等优点而备受瞩目[2-3]，BMSCs为治疗中枢神经系统疾病的一种理想供体细胞[4-6]。本文将BMSCs诱导分化为神经细胞的研究现状作一综述。

1 BMSCs定向分化为神经细胞的研究现状

1.1 体内定向分化

大量研究表明，BMSCs在体内可以分化为神经细胞。有学者将来源于人的BMSCs注入小鼠纹状体内，5～72 d后发现，在脑组织切片上有供体细胞存在，同时无明显炎症反应和排斥反应[7]。Mezey等[8]进行了雄性和雌性小鼠BMSCs移植实验，将雄性小鼠的BMSCs植入雌性小鼠体内，一段时间后进行检测发现有携带Y染色体的神经细胞出现在雌性小鼠体内，提示雄性小鼠的 BMSCs在雌性小鼠的体内分化成神经细胞。Guillermo等[9]将BrdU标记的大鼠BMSCs注入胎龄为15 d的大鼠胚胎的侧脑室内，在胎龄18、20 d时检测发现移植的细胞形成细胞团，2个月时检测仍有少量的移植细胞存活，表明BMSCs可以在脑的微环境中分化为神经细胞并存活较长时间。Chen等[10]将BMSCs应用于脑外伤动物，发现其能分化为神经细胞，并对神经功能的恢复有明显的促进作用。上述实验表明，BMSCs在体内可以迁移、存活、在相应部位的微环境影响下可分化为神经细胞，并能发挥一定的神经修复功能。

1.2 体外定向分化

能在体外分化为有较完整功能的神经细胞，是BMSCs作为神经细胞移植的来源细胞应用于临床的基础，很多学者在如何诱导BMSCs分化为神经细胞方面做了大量有益的探索，取得了较大进展，截止目前，诱导方法大致可归纳为以下五种。

1.2.1 细胞因子诱导 细胞生长因子是目前主要的诱导剂，大量实验证明细胞因子对于具有BMSCs较强的诱导分化作用。有学者用浓度为10 ng/ml的碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）和10 ng/ml的表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）以及1 ng/ml的血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）联合诱导BMSCs，7 d后，部分细胞表达烯醇化酶和γ-氨基丁酸（GABA）等标志物[11]，该实验表明细胞因子和药物同时使用可在短时间内使BMSCs分化为神经细胞，但以何种剂量效果最好还有待进一步研究。

1.2.2 化学药物诱导 应用二甲基亚砜（DMSO）、β-巯基乙醇和丁羟茴香醚（BHA）体外诱导人和大鼠的BMSCs分化，所产生的细胞同时表达神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）和神经丝蛋白（NF-M）等神经元标志物，提示BMSCs被诱导分化成神经细胞[12]。Black等[13]对Woodbury的实验进行改良，先用EGF和bFGF促进BMSCs增殖，再用DMSO和BHA联合诱导BMSCs分化成神经细胞，结果显示，BMSCs高表达NSE，说明细胞因子和化学药物有协同诱导BMSCs分化成神经细胞的作用。使用升白细胞药阿魏酸钠体外诱导BMSCs 3 h后，发现30%的BMSCs表达nestin，6 h后表达NSE和GFAP的细胞达67%，表明阿魏酸钠可以在体外诱导BMSCs分化为神经细胞[14]。

1.2.3 细胞共培养诱导 细胞共培养是指BMSCs和其他细胞一起培养，被其他细胞诱导分化为神经细胞。将BMSCs与鼠神经细胞共同培养，结果表明BMSCs与鼠脑细胞联合培养的情况下，BMSCs向神经细胞分化的能力明显强于BMSCs单独培养，可能由于两种细胞的接触加速了BMSCs的分化[15]。嗅鞘细胞（olfactory ensheathing cells，OECs）作为一种胶质细胞，具有促进神经细胞的生长和存活的作用，还可以通过分泌多种营养因子和黏附分子FNL、Tenacisn和laminin等来促进神经细胞的生长[16]；李升等[17]报道，将OECs和BMSCs联合培养，结果发现OECs能明显促进BMSCs向神经细胞分化。这些研究结果表明，OECs可能是通过分泌NGF、PDGF、神经营养素和脑源性营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）等多种神经营养因子来促进BMSCs向神经细胞分化。王鹏等[18]观察发现鼠脑胶质瘤细胞上清液可诱导人BMSCs表达神经细胞胞体和突起的特异性中间纤维，Hall等[19]发现BMSCs能在神经胶质瘤周围促进肿瘤间质生成，修复肿瘤周围受损的神经细胞，这为神经胶质瘤的治疗带来了福音。endprint

1.2.4 自体分化诱导 BMSCs在加入EGF、bFGF和其他细胞因子的培养基中能够分化成神经细胞，那么BMSCs能否利用本身分泌的生长因子诱导自体分化为神经细胞呢？Na等[20]的实验回答了这个问题：将BMSCs加入缺乏诱导因子的培养基中，发现BMSCs能自发分化成神经元样细胞，并表达巢蛋白、β微管蛋白3和NSE等神经元标志物。因此认为BMSCs能够利用自身分泌的生长因子诱导自体分化为神经元样细胞。

1.2.5 中药诱导 近年来有学者[21-22]发现，丹参、枸杞子等中药的提取液能够有效诱导BMSCs向神经细胞分化，为临床将BMSCs和中药联合移植治疗神经系统疾病提供了实验依据。

2 定向分化的机制

目前认为有以下三种可能的机制。

2.1 细胞融合

该机制认为，BMSCs在移植入异体后所分化成的神经细胞其实是与受体神经细胞发生了细胞融合过程。Alvarez-Dolado等[23]发现，BMSCs可以和小脑组织中的浦肯野细胞融合形成多倍体细胞，该研究提示细胞融合可能是BMSCs分化为神经细胞的重要机制之一。

2.2 细胞毒性机制

细胞毒性机制认为化学诱导剂诱导BMSCs分化为神经样细胞，其实并未生成新的神经细胞，而是化学诱导剂的细胞毒性作用引起的形态学假相。为了证明化学诱导剂诱导BMSCs分化为神经样细胞是一种细胞毒性作用，有学者将BMSCs放于各种应激条件下，均发现BMSCs表现为神经细胞样形态并且经检测NSE和NeuN表达正常，提示细胞内的该两种物质密度增高是细胞毒性作用引起细胞体积变小进而导致的一种病理变化[24]。

2.3 转分化机制

转分化机制是指BMSCs作为中胚层的细胞成分却分化为外胚层的神经细胞，是一种在以自身基因表达调整、微环境作用条件下发生的基因转化现象。Woodbury等[12]研究表明，未经诱导的BMSCs可表达NF-M、MAP2和nestin等标志物，诱导后这些标志物表达均上调。以上这些研究再次确证了BMSCs具有多向分化的潜能，而且这种分化是通过部分基因表达量的调整而不是特异性基因表达的开启而实现的，但是目前这种基因表达调控的具体方式和过程还不十分清楚，可能是多种调控因子共同作用的结果。

3 问题与展望

BMSCs具有取材方便，扩增迅速，能在体内迁移、可自体移植且可作为基因治疗、细胞因子和药物的载体发挥中枢神经系统疾病的治疗作用，具有广阔的应用前景。目前其在临床上的应用才刚刚开始，其作用机制还需要进一步探讨，相信随着研究的深入，未来BMSCs一定会在中枢神经系统疾病的治疗方面发挥不可替代的作用。

[参考文献]

[1] Lu P，Tuszynski MH.Can bone marrow derived stem cells differentiate into functional neurons[J].Exp Neurol，2005，193（9）：273-278.

[2] 孙丽，于丽，张华芳，等.人脐带血间充质干细胞的分离培养及生物学特性[J].解剖科学进展，2011，17（2）：131-134.

[3] 杜莉莉，金玉楠，李昆，等.胎盘来源的间充质干细胞体外分离培养及向软骨细胞分化研究[J].解剖科学进展，2008，14（1）：83-86.

[4] 朱磊，李鲲鹏，马捷.VEGF基因转染间充质干细胞移植与单纯间充质干细胞移植对大鼠心肌梗死的疗效对比[J].中国当代医药，2014，21（9）：9-11.

[5] 张继峰，雒晓甜，侯林义，等.骨髓间充质干细胞对脓毒症急性肺损伤大鼠肺内NF-κB影响的研究[J].中国当代医药，2014，21（13）：4-6.

[6] 王宏兰，盛学东，张 梅，等.骨髓间充质干细胞对D-半乳糖衰老模型小鼠的实验研究[J].中国当代医药，2009，16（8）：5-7.

[7] Azizi SA，Stokes D，Augelli BJ，et al.Engraftment and Migration of human bone marrow stromal cells implanted in the brain of adult rats similarties to astrocyte grafts[J].Proc Natl Sci USA，1998，95（7）：3908-3913.

[8] Mezey E，Chandross KJ，Harta G，et al.Turning blood into brain Cells bearing neuronal antigens generated in vivo from bone marrow[J].Science，2000，290（14）：1779-1782.

[9] Guillermo ME，Akiva JM，Thomas M，et al.Adult bone marrowstromal cells in the embryonic brain：Engraftment，migration，differentiation，and long-term survival[J].J Neurosci，2004，24（19）：4585-4595.

[10] Chen J，Li Y，Zhang，et al.Combination therapy of stroke in rats with a nitric oxide donor and human bone marrow stromal cells enhances angiogenesis and neurogenesis[J].Brain Res，2004，100（5）：21-28.endprint

[11] Deng W，Obrocka M，Fischer I，et al.In vitro differentiation of human marrow stromal cells into early progenitors of neural cells by conditions that increase intracellular cyclic AMP[J].Biochem Biophys Res Commun，2001，282（1）：148-152.

[12] Woodbury D，Schwarz EJ，Prockop DJ，et al.Adult rat and human bone marrow stromal cells differentiate into neurons[J].J Neurosci Res，2000，61（4）：364-370.

[13] Black IB，Woodbury D.Adult rat and human bone marrow stromal stem cells differentiate into neurons[J].Blood Cells Mol Dis，2001，27（3）：632-636.

[14] Brazelton TR，Rossi FM，Keshet GI，et al.From marrow to brain：expression of neuronal phenotypes in adult mice[J].Science，2000，290（5497）：1775-1779.

[15] Jin GZ，Cho SJ，Choi EG，et al.Rat mesenchymal stem cells increase tyrosine hydroxylase expression and dopamine content in ventral mesencephalic cells in vitro[J].Cell Biol Int，2008，32（11）：1433-1438.

[16] Hofstetter CP，Schwarz EJ，Hess D，et al.M arrow stromal cells form guiding strands in the injured spirnal cord and promote recovery[J].Proc Nat1 Acad Sci USA，2002，99（6）：2199-2204.

[17] 李升，曾水林，王磊，等.嗅鞘细胞对神经干细胞增殖与分化的影响[J].神经解剖学杂志，2006，22（4）：432.

[18] 王鹏，潘绵顺，方兴根，等.鼠脑胶质瘤细胞上清液诱导人骨髓间充质干细胞向神经元样细胞的分化[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12（51）：10139-10141.

[19] Hall B，Andreeff M，Marini F.The Participation of mesenchymal stem cells in tumor stroma formation and their application as targeted-gene delivery vehicles[J].Handb Exp Pharmacol，2007，（180）：263-283.

[20] Na L，Hui Y，Ling LL，et al.Spontaneous expression of neural phenotype and NGF，TrkA，TrkB genes in marrow stromal cells[J].Biochem Biophys Res Commun，2007，356（3）：561-568.

[21] 杨立业，刘相名，惠国桢，等.丹参诱导鼠骨髓间充质细胞向神经元分化[J].中华神经外科疾病研究杂志，2003，2（1）：29-32.

[22] 刘树辉，马云胜，曹中伟 ，等.枸杞多糖诱导大鼠骨髓间充质细胞向神经元样细胞转化的实验研究[J].华北煤炭医学院学报，2006，8（3）：281-283.

[23] Alvarez-Dolado M，Pardal R，Garcia-Verdugo JM，et al.Fusion of bone marrow derived cells with Purkinje neurons，cardiomyocytes and hepatocytes[J].Nature，2003，425（6961）：968-973.

[24] Lu P，Blesch A，Tuszynski MH.Induction of bone marrowstromal cells to neurons：Differentiation，transdifferentiation，or artifactj[J].J Neurosci Res，2004，77（2）：174-191.

（收稿日期：2014-11-03 本文编辑：郭静娟）endprint