甲状腺干细胞的研究进展

郑仁东 刘超

甲状腺干细胞的研究进展

郑仁东 刘超

甲状腺干细胞是一类具有自我复制能力及具有向甲状腺细胞分化潜能的未分化细胞。近年来，关于甲状腺干细胞的研究日益成熟，已经成功地从胚胎干细胞、甲状腺成体干细胞和骨髓干细胞诱导分化出甲状腺滤泡细胞，这类细胞能够表达甲状腺特征性基因，并具有摄碘功能。甲状腺干细胞的研究为临床甲状腺疾病的治疗，特别是甲状腺干细胞移植奠定了基础。

甲状腺；干细胞；分化；甲状腺滤泡细胞

正常的甲状腺功能对人体的发育、成长和代谢平衡至关重要，其先决条件是甲状腺发育良好，碘摄取和甲状腺激素合成功能没有异常。当甲状腺发育及甲状腺激素合成过程出现任何缺陷时，均可能导致甲状腺功能受损。晚近的研究发现，甲状腺内存在干细胞组分，后者具有多向分化潜能，并在适当的分化条件下（包括激活素A、胰岛素和胰岛素样生长因子-1）能够诱导产生甲状腺滤泡细胞和C细胞[1]。对甲状腺干细胞的研究不仅可以了解甲状腺细胞正常发育的过程，而且能够为临床治疗甲状腺疾病提供新的选择。

1 甲状腺干细胞的特征

甲状腺干细胞作为当前内分泌领域新兴的研究领域，主要关注点在于对甲状腺干细胞特征进行鉴定以及如何诱导甲状腺干细胞分化成甲状腺滤泡样细胞[2]。Arufe等[3]通过体外实验，发现CCE野生型小鼠胚胎干细胞可被诱导分化为甲状腺滤泡样细胞，而甲状腺滤泡样细胞表达促甲状腺激素受体（TSHR）及钠碘转运体（NIS），并显示出甲状腺滤泡细胞的特性，表明胚胎干细胞可以被诱导分化为甲状腺滤泡细胞。

成体甲状腺细胞培养的干细胞球主要由两部分细胞组成，即高表达干细胞标志物八聚体结合转录因子 4（OCT4）和 ATP-结合盒转运载体蛋白 2（ABCG2）的侧群细胞和表达内胚层前体细胞标志物转录因子GATA结合蛋白4-（GATA-4）、肝细胞核因子4α（HNF4α）的非侧群细胞。侧群细胞是指根据某些细胞具有ABCG2排出DNA染料Hoechst33342使细胞荧光强度减弱的特性，采用流式细胞分选技术分离出的一群特殊细胞，其特点是高度富含干细胞的活性，因此，侧群细胞具有甲状腺干细胞的特征。Hoshi等[4]研究证实，侧群细胞存在于小鼠甲状腺组织，高表达ABCG2和干细胞标记物OCT4。

甲状腺过氧化物酶（TPO）、甲状腺球蛋白（TG）、TSHR及NIS是甲状腺特征性的分化标记物。在成体甲状腺干细胞也证实了侧群细胞具有高表达ABCG2和OCT4特征，而且，在促甲状腺激素（TSH）及血清等诱导条件下，分化的甲状腺滤泡细胞表达TPO、TG、TSHR以及NIS等特征性蛋白，并具有摄碘功能[5]。

另外，从甲状腺细胞分化到器官的形成，从甲状腺发育开始到成人状态，在不同发育阶段都有甲状腺特异性转录因子进行调控[6]。甲状腺转录因子（TTF）-1、TTF-2和表型配对盒基因 8抗原（PAX8）被确定为负责调控甲状腺细胞的特定基因，特别是PAX8能够激活内源基因编码的TG、TPO和NIS的表达，对甲状腺特异性基因的转录激活及甲状腺细胞分化过程起至关重要的作用[7]。

2 甲状腺干细胞的实验研究

2.1 胚胎干细胞向甲状腺细胞的诱导分化 Lin和Davies[8]体外建立了胚胎干细胞培养体系，鉴定了胚胎干细胞在体外诱导成甲状腺滤泡样细胞的表型特征，并且阐述了关于甲状腺干细胞的分化和增殖的分子机制。认为TSH是甲状腺细胞的主要诱导分化因子，其不仅促进PAX8和TSHR基因在胚胎干细胞分化过程中表达，而且，能够促进cAMP的生成[9]。Arufe等[10]在初始阶段使用激活素A和TSH能够诱导甲状腺干细胞的分化，予以胰岛素和胰岛素样生长因子-1，能够进一步诱导分化为表达TG的甲状腺细胞。

Jiang等[11]通过实验将小鼠胚胎干细胞诱导分化，产生的细胞能够表达甲状腺细胞特异性蛋白及TTF-1和PAX8，并且发现，分化的细胞具有与成人甲状腺相似的超微结构特征。进一步的证据表明，表达PAX8和NK2相关的同源转录因子-1的小鼠胚胎干细胞，可被诱导分化成具有甲状腺特异性基因NIS、TSHR、TG和TPO的甲状腺细胞，并能形成三维滤泡细胞样结构[12]。国内亦有学者将E14小鼠胚胎干细胞添加TSH、胰岛素、碘化钾等共同培养，在诱导培养第6天后，分化细胞中存在甲状腺细胞特有基因 PAX8、NIS、TPO、TG、TSHR 的表达，从而证实胚胎干细胞在特定条件下可定向分化为甲状腺细胞[13]。

2.2 甲状腺成体干细胞向甲状腺细胞的诱导分化在小鼠和人的甲状腺内存在成体干细胞，并且，这些干细胞具有自我更新和损伤后再生的特性[14]。其实，早在1992年，Dumont等[15]就提出假设，认为在人成体甲状腺组织内存在甲状腺干细胞。2006年，Thomas等[16]分析发现，甲状腺肿的组织切片和培养的甲状腺细胞，以及 HTh74、HTC、C643、XTC133 等甲状腺癌细胞株，可表达干细胞标志物OCT4和早期的内胚层标志物GATA-4、HNF4α和PAX8。随后，Lan等[5]成功地对人甲状腺成体干细胞进行分离、培养及诱导分化，证明了在甲状腺细胞中存在一定量的干细胞，在体外能够分化成具有一定生物学功能的甲状腺细胞。同样，亦有证据表明，使用表皮生长因子和碱性成纤维细胞生长因子进行甲状腺细胞培养，获得的甲状腺干细胞具有CD34+细胞的特征，且有自我复制能力[17]。在分化条件下，尚可生成甲状腺滤泡细胞和产生甲状腺激素。

最近，国内的研究也取得积极进展。研究显示，侧群细胞显示出典型的干细胞基因表达及细胞形态特征；同时，在干细胞生长因子的刺激下，甲状腺干细胞可以悬浮细胞球的方式迅速增殖，亦表达干细胞表面分子ABCG2及OCT4[18]。在TSH的作用下，甲状腺干细胞逐渐分化为表达甲状腺分化标志物的甲状腺滤泡样细胞，并形成具有较强摄碘能力的滤泡样结构。

2.3 成人骨髓间充质干细胞向甲状腺细胞的诱导分化 目前，使用成人骨髓间充质干细胞向各种类型细胞的诱导分化成为干细胞研究的热点之一。研究人员通过分离培养骨髓间充质干细胞，应用促甲状腺素、胰岛素等试剂进行诱导。结果发现，诱导培养第7天，可见分化细胞中有甲状腺细胞的特有基因如TSHR的表达；第9天检测到TTF-1的表达[19]。提示骨髓间充质干细胞可以在体外诱导分化为甲状腺细胞。但是，仍需要更多的研究阐明骨髓间充质干细胞的分化过程以及诱导条件。

3 甲状腺干细胞与甲状腺疾病

甲状腺移植是甲状腺恶性肿瘤术后和甲状腺功能减退症患者有效的治疗方法之一，亦是未来甲状腺疾病治疗的方向。而甲状腺干细胞作为甲状腺细胞来源，对于甲状腺移植治疗具有重要作用[20]。Takano和Amino[21]对甲状腺肿瘤的形成提出假设，认为干细胞具有自我更新能力，且存在于正常组织和肿瘤组织中，正常甲状腺干细胞不仅能够分化成甲状腺滤泡细胞和C细胞，而且，在特殊基因作用下，能够演变成肿瘤干细胞，最终形成乳头状癌、滤泡细胞癌、甲状腺髓样癌以及未分化癌。

有观点认为，甲状腺结节是一种干细胞疾病，笔者研究组从甲状腺甲状腺结节组织中提取甲状腺干细胞，使用雌二醇进行诱导分化，并观察其对sphere细胞形成率和甲状腺分化标志物（TSHR、TPO、TG和NIS）的影响。发现雌二醇能够促进甲状腺干细胞增殖，同时，显著抑制TSH诱导分化的甲状腺干细胞NIS的表达[22]。这可能与女性患者甲状腺结节患病率较高有关。

值得关注的是甲状腺干细胞移植问题。Antonica等[23]在体外将小鼠胚胎干细胞诱导分化为甲状腺滤泡细胞，形成三维的滤泡结构。移植到甲状腺功能减退症模型小鼠体内，这些滤泡细胞具有明显的碘摄取功能，并且，可以合成和释放甲状腺激素，显著地改善小鼠的症状。此项研究不仅证实了在体外小鼠胚胎干细胞可以被诱导分化为甲状腺滤泡细胞，而且，通过动物实验验证了诱导分化的甲状腺细胞具有摄碘和合成甲状腺激素的功能，为临床甲状腺干细胞移植奠定了基础。

综上所述，目前已经能够在体外进行甲状腺干细胞的鉴定、诱导分化。在胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞及成体干细胞研究方面已取得一定进展，特别是在动物移植试验上取得了成功，为甲状腺干细胞移植治疗带来新的曙光。

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Update on thyroid stem cells

Zheng Rendong，Liu Chao.Endocrine and Diabetes Center，Jiangsu Province Hospital on Integration of Chinese and Western Medicine，Nanjing University of Traditional Chinese Medicine，Jiangsu Branch of China Academy of Chinese Medical Science，Nanjing 210028，China

Liu Chao，Email：liuchao@nfmcn.com

Thyroid stem cells are undifferentiated cells capable of self-replicating and differentiating intothyroid follicular cells.Researches on thyroid stem cells have become more sophisticated recently.Thyroid stem cells have been successfully cultured，identified and induced differentiation from embryonic stem cells，thyroid adult stem cells and bone marrow stem cells.It has iodine uptake function and express thyroid gene.Researches related to thyroid stem cell provide basis for clinical treatment of thyroid disease，such as thyroid stemcells transplantation.

Thyroid；Stemcells；Differentiation；Thyroid follicular cell

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：205-207）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.018

210028 南京，中国中医科学院江苏分院，南京中医药大学附属中西医结合医院内分泌代谢病院区

刘超，Email：liuchao@nfmcn.com

2014-09-18）