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中药及其单体对骨髓间充质干细胞诱导分化的研究进展

2022-12-27斌,王楠,谭睿,王琴*,顾健*

中草药 2022年24期
关键词:充质成骨细胞心肌细胞

杨 斌,王 楠,谭 睿,王 琴*,顾 健*

·综 述·

中药及其单体对骨髓间充质干细胞诱导分化的研究进展

杨 斌1,王 楠1,谭 睿2,王 琴1*,顾 健1*

1. 西南民族大学药学院,四川 成都 610041 2. 西南交通大学生命科学与工程学院,四川 成都 611756

骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)是骨髓内的非造血干细胞,具有自我更新能力和多向分化潜能,在一定条件下可以分化为成骨细胞、心肌细胞、神经细胞和肝细胞,是目前组织工程、基因工程较为理想的种子细胞。通过归纳总结现有文献,主要从BMSCs的生物学特性、中药及其单体诱导BMSCs多向分化进行探讨,以期为后续的研究提供一定的理论依据。

中药;单体;骨髓间充质干细胞;成骨细胞;心肌细胞;神经细胞;肝细胞

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一种存在于体内多种组织和器官间充质中的一种成体干细胞,具有自我更新、高繁殖能力、低免疫原性等特点[1]。MSCs主要来源于骨髓和脂肪组织,临床上常用于受损组织的修复与再生[2-5]。其中,在骨髓中被发现分离的MSCs称为骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)。在一定诱导条件下,BMSCs可分化为成骨细胞、心肌细胞、神经细胞和肝细胞等[6]。BMSCs自Friedenstein等[7]发现以来引起了广泛的关注。BMSCs具有取材方便、易于分离、在体外易于培养、分化能力强且不存在配型及免疫排斥反应、多次传代甚至50代后仍具有干细胞的特性等特点,使其持续成为组织工程和基因工程等领域的研究热点[8]。通过显微镜观察,BMSCs在形态上呈现出纤维细胞样,主要是梭形和彷锤形结构,细胞体积小,核浆较大,贴壁生长,增殖可形成群落。在人体内,BMSCs的含量很低,仅占有骨髓中单个核细胞的0.001%~0.01%[9-10]。为了获得更多的BMSCs满足组织工程、基因工程等领域的需求,可通过建立一种提取、分离、纯化和体外扩增BMSCs的方法,确保在有限的时间内获得大量及纯度较高的BMSCs。目前,从骨髓中分离BMSCs的方法主要有贴壁分离法、骨组织离心法、密度离心法、流式细胞仪分选法和磁珠分选法[11-14]。BMSCs不属于永生细胞,其增殖能力和分化能力也会收到其他因素,如来源患者的年龄、受损部位的程度、体外培养的环境等的调控[15-18]。目前尚未发现BMSCs的特异性表面标记分子,国际细胞治疗协会对BMSCs的鉴定提出以下标准[11,19]:(1)BMSCs能够在体外贴附于塑料表面,有贴壁生长的特点;(2)在标准的体外诱导条件下,可以分化为软骨细胞、成骨细胞和脂肪细胞;(3)在流式细胞术的检测下,BMSCs能够稳定表达CD73、CD90、CD105等表面标志物。BMSCs的提取、分离及鉴定见图1。

图1 BMSCs的提取、分离及鉴定

BMSCs具有强大的自我更新能力和多向分化潜能,是研究最早的、最深入的成体干细胞之一。在特定的刺激和诱导下可以分化为成骨细胞、心肌细胞、神经细胞和肝细胞等。BMSCs的分化受到多种因素的调控,如生长因子、化学物质、基因编辑和物理因素等。BMSCs是治疗成骨分化相关疾病、神经系统疾病、心血管疾病和肝脏修复等疾病的种子细胞,可为此类疾病的治疗提供一种新方法。在体外培养时,转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)[20]、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)[21]和表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)[22]等能够促进BMSC的成骨分化。在一定条件下,5-氮杂胞苷可诱导BMSCs不同程度的向心肌细胞分化治疗心肌梗死、减轻心肌缺血和心肌损伤等疾病[23-25]。进一步研究发现,5-氮杂胞苷和剪切应力、其他机械力、超重力等联合诱导BMSCs心肌分化时,可以增强心脏基因的表达并获得更成熟的心肌细胞样细胞[26-27]。然而,5-氮杂胞苷具有一定的毒性和致癌性[28],已逐渐被其他诱导方式所取代。微核糖核酸(microRNAs,miRs)是内源性短非编码RNA,广泛应用于生物过程中,具有调节干细胞的增殖、迁移和分化等作用[29]。miRs对BMSCs的神经分化发挥着重要的调节作用,一些miRs有助于修复受损的神经组织并参与神经细胞的再生。研究发现,携带miRs的外泌体对受损的神经组织具有关键的修复作用,如移植miR-133b转染的BMSCs可减轻脑出血大鼠的损伤[30]。此外,物理因素能诱导BMSCs向肝细胞分化,其操作方法简便安全、对BSMCs的损伤小、具有很强的可控性。Sun等[31]采用超声靶向微泡破坏技术诱导BMSCs向肝细胞分化;在此过程中联合肝细胞生长因子(hematopoietic growth factor,HGF),可提高BMSCs的肝归巢效率,抑制肝细胞凋亡及促进肝细胞增殖,进一步促进急性肝损伤和肝纤维化的修复。研究表明,BMSCs和中药及其单体的相互作用能够调节干细胞的分化方向并影响干细胞的功能,故而在很大程度上影响BMSCs的分化方向和分化能力。BMSCs具有高度的可塑性,其增殖和分化的特异性是其自身特性和不同体外环境联合作用的结果,其中体外环境起主导作用。在不同的体外环境下,BMSCs可以分化为各种组织细胞,如可分化为中胚层的成骨细胞、心肌细胞;还可以跨越胚层界限,分化为外胚层的神经细胞和内胚层的肝细胞。BMSCs的分化潜能在组织工程、基因工程等领域应用最为广泛,成为多种疾病治疗的种子细胞。大量研究选用中药及其单体作为诱导剂与传统的诱导剂相比,能选择的作用靶点更广泛,且价格更低廉。详细了解BMSCs和中药及其单体相互作用以及定向调控BMSCs的分化可以显著提高BMSCs的治疗效果。

《素问·金匮真言论》中记载:“夫精者,身之本也。故藏于精者,春不病温。夏暑汗不出者,秋成风疟。此平人脉法也”。中医认为“夫精者”中的“精”有2层含义:其一为“先天之精”,是生命繁衍最基本的物质;其二为“后天之精”,是维持生命体中各个器官组织所需的基本物质并促进其生长繁殖[32]。现代医学表明干细胞可在不同的诱导条件下分化为各种组织细胞。因此,中医认为中医学的“精”与干细胞有很大的相关性,将干细胞归结于中医所说的“人体之精”[33]。目前,一些中药及其单体成分能有效诱导BMSCs向成骨细胞、心肌细胞、神经细胞和肝细胞分化。中药诱导BMSCs分化的主要研究方向是复方中药、单味中药和中药有效成分的提取物等方面。运用中药及其单体研究其对BMSCs的诱导作用,这为中药在干细胞的发展奠定了坚实的基础。本文结合近几年国内外对BMSCs的相关研究,从中药及其单体诱导BMSCs的分化等方面的研究进展进行分析和探讨,以期为后续的研究提供一定的理论依据。

1 中药及其单体诱导BMSCs分化为成骨细胞

中药诱导BMSCs向成骨细胞分化的研究已有长足进展。中药及其单体有温阳补肾、强筋健骨等功效,可作为成骨细胞分化的诱导剂,为中药治疗骨科疾病的临床应用提供新的科学依据。淫羊藿苷具有补肾壮阳、祛风湿、强筋骨等作用。研究发现,不同浓度的淫羊藿苷可诱导BMSCs增殖分化为成骨细胞,并能提高碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性和增加钙化结节数[34-36]。进一步研究表明,淫羊藿苷诱导BMSCs的成骨细胞分化是通过激活Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路上调基因[如、Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,)]、蛋白(如尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1、CBF1、Jagged-1)的表达来实现的[37-38]。更深入的研究表明,氯化锂与淫羊藿苷联合调控Wnt信号通路诱导BMSCs向成骨细胞分化治疗骨质疏松症的潜力优于单独治疗骨质疏松症的潜力,其机制是通过调节Wnt信号通路糖原合成酶激酶-3β的磷酸化从而抑制胞质内β-catenin的磷酸化和降解,进而增加胞质内β-catenin聚集并转入细胞核来实现的[39]。除此之外,淫羊藿总黄酮在治疗骨科疾病方面具有骨修复和骨再生的作用,其单体成分如朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿次苷起主要治疗作用。研究发现朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿次苷在BMSCs的成骨细胞分化中具有促进作用,其中朝藿定C、淫羊藿次苷的作用效果更显著,作用机制可能是调控骨形态蛋白-2(bone morphogenetic protein-2,BMP-2)/RunX2/成骨相关转录因子(osterix,OSX)信号通路促进BMSCs定向成骨细胞分化[40-41]。补骨脂是常用的补肾壮阳药,其主要有效成分为香豆素类物质。雌激素可以预防骨吸收和募集成骨细胞的祖细胞来增加骨形成。王振涛等[42]用补骨脂素联合17β-雌二醇在体外诱导BMSCs分化为成骨细胞,酶联免疫吸附测定和聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)检测结果表明成骨标志物I型胶原、关键因子RunX2的表达水平均上调,这说明17β-雌二醇和补骨脂素具有促进BMSCs增殖和成骨细胞分化的作业,并且RunX2参与了该调控过程。补肾活血方由鹿角胶、补骨脂、淫羊藿、丹参、黄芪、熟地黄、白芍等中药组成,利用其诱导BMSCs分化为成骨细胞,经ALP鉴定胞浆呈蓝色,经茜素红染色细胞呈红色钙结节,有典型的成骨细胞表达,最终实现对BMSCs成骨细胞分化的促进作用[43]。利用补肾类复方中药的含药血清诱导BMSCs,发现其均表现出成骨细胞特征[44-47]。李小冬等[48]用活骨灌注液对激素在体外诱导大鼠BMSCs定向分化为成骨细胞,结果表明活骨灌注液不仅能有效促进BMSCs增殖分化,还可以提高基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)的表达,并促进BMSCs向坏死区迁移,同时促进沉默调节蛋白1(recombinant sirtuin 1,Sirt1)核转移和微管相关蛋白轻链3蛋白介导自噬泡形成,使细胞自噬水平增加,可介导Sirt1激活BMSCs自噬拮抗地塞米松对成骨细胞分化的抑制作用。研究发现,补肾类单味和复方中药对BMSCs向成骨细胞分化的促进作用与中医辨证理论相吻合,其中复方中药更能体现BMSCs向成骨细胞分化的中医理论。

2 中药及其单体诱导BMSCs分化为心肌细胞

随着中药提纯技术的不断提高和血清药理学的不断发展,一些复方中药、单味中药和中药单体成分能有效诱导BMSCs定向分化为心肌细胞,对心血管疾病有一定的改善作用,为应用中药及其单体作为心肌分化的诱导剂奠定坚实的基础。丹参酚酸B和丹参酮IIA分别是丹参最主要的活性成分[49]。研究发现,丹参酚酸B和BMP-2可联合诱导大鼠BMSCs心肌分化,通过RT-PCR检测发现GATA结合蛋白4基因和转录因子基因表达增强,联合诱导14 d后,细胞开始表达α-心肌肌球蛋白重链(myosin heavy chainalph,)基因,证明丹参酚酸B联合BMP-2诱导BMSCs可分化为心肌样细胞,且联合诱导效果明显优于二者单独使用[50-51]。近一步研究发现,丹参酮IIA联合5-氮杂胞苷诱导大鼠BMSCs定向分化,5-氮杂胞苷作为对照组,联合组细胞呈现长圆柱状排列更加紧密,免疫细胞化学显示各诱导组心肌肌钙蛋白T(cardiac troponin T,cTnT)、结蛋白(desmin)、α-横纹肌肌动蛋白(α-SCA-actin)均为阳性表达,证明5-氮杂胞苷联合丹参酮IIA共同诱导BMSCs向心肌细胞分化的阳性率明显高于5-氮杂胞苷和丹参酮IIA单独诱导分化的阳性率,联合诱导的方式更加高效[52]。丹参酮IIA和丹参酚酸B联合其他中药也能促进BMSCs向心肌细胞分化,丹参酮IIA和丹参酚酸B联合川芎嗪体外诱导BMSCs向心肌样细胞分化也具有相似的效果[53-54]。因此,丹参酮IIA和丹参酚酸B可以联合传统心肌缺血类中药诱导BMSCs向心肌细胞分化,还可以联合化学药物诱导BMSCs向心肌细胞分化,对心肌梗死和心肌缺血具有改善作用,表明丹参酮IIA和丹参酚酸B可在体外诱导大鼠BMSCs定向分化为心肌样细胞。除此之外,地黄多糖[55]、黄芪甲苷[56]、葛根素[57]和淫羊藿苷[58]等中药单体具有预防心肌缺血再灌注损伤和改善心肌缺血的作用,可诱导BMSCs向心肌细胞分化,为今后中药单体体外诱导BMSCs提供了实验基础。柴胡三参胶囊对心律失常、心肌急性损伤具有保护作用[59]。柴胡三参胶囊含药血清诱导BMSCs向心肌细胞分化,结果显示柴胡三参胶囊含药血清能促进BMSCs的增殖和心肌分化,其作用机制是通过激活p38丝裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路介导BMSCs向心肌细胞分化[60-61]。加味丹参饮是在《时方歌括》中丹参饮药方基础上演化而来的,对缺血性心脏病、动脉粥样硬化、心肌缺血有较好的疗效[62];加味丹参饮及其含药血清在体内和体外均能诱导BMSCs向心肌细胞分化,对心肌缺血再灌注损伤有保护作用,随着时间的延长保护作用越明显,可见加味丹参饮诱导BMSCs移植促心肌血管新生具有协同和促进作用[63-65]。秦厉梅[66]用血府逐瘀汤含药血清体外诱导大鼠BMSCs向心肌细胞分化,免疫细胞化学法显示desmin、actin和cTnI呈阳性,RT-PCR显示诱导后的细胞中有心肌细胞标志物、基因的表达,证实血府逐瘀汤含药血清可以体外诱导大鼠BMSCs分化为心肌样细胞。黄淼鑫[67]利用丹参通络解毒汤联合BMSCs移植治疗心肌梗死,可发现丹参通络解毒汤联合BMSCs移植可以明显提高心肌组织中血管内皮细胞蛋白C受体、血栓调节蛋白的表达,降低血管性假性血友病因子蛋白表达,降低血清内皮素-1水平,升高一氧化氮水平,从而减少胶原纤维产生,保护心肌缺血,达到治疗心肌梗死的疗效。独参汤联合BMSCs移植治疗心肌梗死也有类似的效果[68-69]。上述中药复方和单体都具有抗心肌缺血和预防心肌再灌注损伤等作用,均能诱导BMSCs向心肌细胞分化,这些研究为BMSCs向心肌细胞分化的研究提供了依据。但具体的作用机制需进一步研究,可能与其刺激BMSCs微环境中分泌各种促进心肌分化的细胞因子有关,通过高表达心肌分化相关基因,从而影响BMSCs向心肌细胞分化蛋白水平的表达。

3 中药及其单体诱导BMSCs分化为神经细胞

中药及其单体对机体的作用是紧密地与神经、内分泌、免疫调节网络相联系的,通过免疫调节、抗氧化、诱导细胞凋亡及影响神经递质而发挥治疗自身免疫病的作用[70]。一些复方、单味中药及中药单体对神经元具有一定的保护作用,可以诱导BMSCs分化为神经细胞促进神经元的修复和神经元再生,为神经系统性疾病的临床治疗提供实验依据。黄芪多糖是黄芪的主要活性成分,可促进BMSCs的增殖和分化。刘永琦等[71]利用黄芪多糖诱导BMSCs 48 h后,BMSCs增殖明显,甲苯胺蓝染色为阳性,Western blotting法检测神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific-enolase,NSE)为阳性表达,证明黄芪多糖可诱导大鼠BMSCs定向分化为神经细胞。更深入的研究发现,黄芪多糖对电离辐射后BMSCs向神经分化具有保护作用,表明电离辐射可以影响BMSCs向神经细胞分化的能力,同时也减轻了电离辐射对BMSCs向神经细胞分化的影响,从而为BMSCs移植治疗神经系统疾病提供了实验依据,但其保护机制尚不明确[72]。黄芪甲苷IV和三七总皂苷分别是我国传统中药黄芪和三七的主要成分,是心脑血管疾病保护效应的有效组分,并能诱导BMSCs向神经细胞分化、修复神经、促进神经功能缺损的修复[73-75]。李艳玲等[76]和刘晓丹等[77]用黄芪甲苷IV配伍三七总皂苷对缺血性脑损伤大鼠进行BMSCs移植,结果表明移植后的BMSCs可以对受损的神经元进行修复,促进神经元再生,改善脑缺血后脑内局部微环境,且联合用药效应优于单用药物和单用BMSCs移植。地黄多糖是传统中药地黄的有效成分之一,具有补血滋阴、益精填髓之功效,传统医学认为肾藏精主生殖、肾主骨生髓化血通于脑,同中医界理论相符合,中医学的“精”与干细胞有很大的相关性,而且许多补肾益精中药可以促进干细胞的增殖分化[78]。Western blotting法和免疫细胞化学染色检测表明地黄多糖诱导BMSCs向神经细胞分化中巢蛋白(nestin)、NSE等蛋白表达均为阳性,且地黄多糖诱导分化nestin、NSE的阳性细胞率高于化学诱导和神经生长因子(nerve growth factor,NGF)诱导,说明地黄多糖是神经分化的强诱导剂[79-81]。此外,沙苑子总黄酮[82]、木香烃内酯[83]、隐丹参酮[84]、黄豆苷[85]、人参皂苷Rg1[86]均能诱导BMSCs向神经细胞分化。川芎嗪可以保护缺血性脑损伤、减少神经元凋亡、对神经细胞具有保护作用。研究表明川芎嗪联合BMSCs移植均可促进脑缺血大鼠脑组织中nestin和NSE蛋白表达,这表明川芎嗪促进BMSCs定向分化时主要形成神经元样细胞,且诱导分化后的细胞可以更稳定地维持神经元样细胞形态[87]。另外研究可知,川芎嗪联合脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)诱导BMSCs神经分化,通过PCR技术和免疫细胞化学法鉴定诱导后细胞内nestin、NSE表达均为阳性,证明川芎嗪联合BDNF可明显提高BMSCs向神经细胞分化的效率和存活率,且川芎嗪早期诱导BMSCs向神经细胞分化的效果最佳[88-89]。红景天苷是中国传统藏药红景天的主要活性成分,具有强抗氧化性和保护神经功能的作用,已有研究证明红景天苷对BMSCs向神经细胞分化有促进作用[90],但其机制尚不清楚。最近研究发现红景天苷能诱导BMSCs分化为具有多巴胺功能的神经细胞,其作用机制通过激活细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)和PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路促进BMSCs向神经细胞分化[91-92]。右归丸含药血清[93]、熟地含药血清[94]和左归丸含药血清[95]等诱导BMSCs分化也能得到类似效果。通过中药复方及其单体诱导BMSCs向神经细胞分化可以更好地促进神经元的修复和神经元再生、促进缺血性脑卒中神经功能的恢复,但对其作用机制的研究并不够深入,中药联合BMSCs移植在神经系统性疾病中的防治及提高BMSCs移植效率方面仍面临巨大挑战。

4 中药及其单体诱导BMSCs分化为肝细胞

随着中医药研究的不断发展,其被广泛应用于肝病的临床治疗,特别是对中晚期各种肝病的治疗。研究发现中药及其单体可诱导BMSCs分化为肝细胞治疗终末期肝病,明显改善患者的临床症状。柔肝化纤颗粒是根据肝硬化的病因、病机以及治疗法则,在壮肝逐瘀煎和的基础上组方而成的,具有补肾柔肝、活血化瘀的功效。吕艳杭等[96]通过柔肝化纤颗粒对大鼠BMSCs归巢于肝脏治疗肝纤维化进行研究,发现柔肝化纤颗粒处理的BMSCs能使甲胎蛋白、白蛋白、细胞角蛋白18(cytokeratin18,CK18)的表达上调,并能降低肝纤维化程度,修复受损肝组织。进一步研究发现,柔肝化纤颗粒是通过上调基质细胞衍生因子-1α(stromal cell-derived factor-1α,SDF-1α)/趋化因子受体4(chemokine receptor 4,CXCR4)信号通路诱导BMSCs分化为肝样细胞,修复受损的肝脏组织并治疗肝纤维化等疾病[97]。中医理论认为冬虫夏草具有滋补强身、补肺益肾的功效,现代药理研究显示其具有保肝、抗肝纤维化等作用,对肝脏有多重保护作用。虫草多糖是从冬虫夏草中提取的一种多糖,是冬虫夏草的主要活性成分。刘江凯等[98]通过实验发现虫草多糖单独诱导BMSCs可分化为类肝细胞样细胞,且具有安全性和长期有效性,有可能与细胞移植相结合用于治疗急性肝衰竭、肝硬化失代偿期等肝脏疾病。人参皂苷有抑制炎症反应、组织钙离子内流和改善微循环等作用,可以通过人参皂苷诱导BMSCs显著改善急性肝功能衰竭大鼠的肝功能,其作用机制是通过激活Wnt/β-catenin信号通路加速肝细胞再生[99]。大黄素是大黄的一种主要有效成分,具有抑制肿瘤、抗炎、保肝等作用,研究发现大黄素联合BMSCs能治疗急性肝衰竭大鼠肝功能并促进肝细胞再生[100]。白藜芦醇[101]、大麻素受体[102]诱导BMSCs也有类似效果。《素问·阴阳应象大论》中“肾生骨髓,髓生肝”的精辟论断与现代药理研究中的补益类中药和补肾益精相关的方剂可促进BMSCs向肝样细胞分化相符合。左归丸和一贯煎具有补肾益精、滋阴疏肝等功效,是临床上治疗肝硬化的首选方剂。李瀚旻等[103]对左归丸诱导BMSCs分化为肝细胞进行研究,通过左归丸在体内可诱导移植小鼠BMSCs表达白蛋白,表明左归丸能够促进BMSCs分化为肝细胞。平键等[104]用一贯煎含药血清诱导BMSCs向肝细胞分化,经糖原染色、高碘酸-希夫染色、甲胎蛋白、白蛋白和CK18阳性表达均显著提高,初步证明一贯煎含药血清联合HGF能够促进BMSCs向肝细胞分化,其机制是通过下调Wnt/β-catenin信号通路和SDF-1/CXCR4信号通路诱导BMSCs分化。此研究证明了“补肾生髓成肝”理论为中医理论的认识提供了实验依据,为BMSCs在肝病中的临床应用奠定了实验基础。

综上可知,具有“补肾”“益精”“壮阳”“补气”“补血”等作用的中药可作为诱导剂促进BMSCs向成骨细胞、心肌细胞、神经细胞和肝细胞分化,并取得显著的效果,见图2。但其作用机制尚不完全清楚,目前认为中药及其单体作为诱导剂的机制主要与抗氧化的作用相关。总之,中药诱导BMSCs分化的机制报道较少,还需要进一步的研究。

图2 中药诱导BMSCs的多向分化

5 结语与展望

BMSCs自身具有免疫调节能力、分泌多种细胞因子能力、抗氧化性、自我增殖以及分化为各种组织细胞的潜能,其是改善并治疗骨质疏松症、心肌梗死、阿尔茨海默病和肝纤维化等疾病最具有广阔前景的成体干细胞之一。除单独使用治疗各种疾病外,BMSCs分化能力也会受到其他因素的调控,如化学药物、物理刺激、基因编辑、细胞因子、复方中药及其单体等因素均可诱导BMSCs分化为不同的组织细胞,为临床运用BMSCs移植治疗终末期疾病提供了重要的理论依据,并为重症患者带来希望。

中药诱导BMSCs多向分化相较于单纯诱导BMSCs分化或单纯使用中药治疗各种疾病具有更好的疗效,作用机制可能包括促进BMSCs的归巢、增殖和多向分化等。Wnt信号通路和PI3K/Akt信号通路分别是成骨细胞分化、肝细胞分化、心肌细胞分化和神经细胞分化的重要信号通路,相关基因是Wnt信号通路和PI3K/Akt信号通路的重要转录因子。进一步通过Wnt信号通路和PI3K/Akt信号通路深化开展具有“补肾”“益精”“壮阳”“补气”“补血”等作用的中药干预BMSCs分化为目标细胞的相关研究,从而为中药干预BMSCs更好地运用于临床提供新的理论依据。

中药联合细胞因子促进BMSCs多向分化的研究重点,除了促进BMSCs的多向分化,还可以调控分化过程中相关基因的表达。这体现了中药诱导BMSCs多向分化的多途径和多靶点的优势,但目前只涉及了少量信号通路,对中药诱导BMSCs多向分化的研究不够深入,未来需要进一步探索中药与细胞因子之间的联系和通路的研究。外泌体是目前干细胞研究的热点问题,中药联合BMSCs的外泌体相较于单纯使用BMSCs的外泌体治疗更具优势[105-107]。但目前相关研究较少,需要进一步深入研究。

中药是我国传统医学的瑰宝,具有独特的优势,其内涵博大精深。大部分中药具有补肾健脾、益精填髓之功效。中医认为肾藏精主生殖、肾主骨生髓化血通于脑,同中医理论相符合,中医学的“精”与干细胞有很大的相关性,可将现代医学中的BMSCs与中医“髓”的概念相呼应,如许多补肾益精类中药可以促进BMSCs增殖分化。中药及其单体在诱导BMSCs分化的研究中取得了很大的进展,包括对通路机制的探讨。但仍存在一些不足之处:其一,部分同种中药及其单体能有效诱导BMSCs多向分化,但其分子机制尚未研究清楚,亟需进一步阐明。其二,中药复方、单体是通过药物的何种有效成分起到诱导BMSCs向各种组织细胞分化,其分化效率以及机制仍需进一步探索。其三,体外实验证明能诱导BMSCs多向分化的中药及其单体是否在动物体内具有多向分化能力,其分化效率是否提高等问题仍需深入研究。应将传统中医药理论与现代医学理论结合起来,在总结前人研究的基础上,寻找诱导作用效果更好、不良反应更小、价格更低廉的中药及其单体诱导BMSCs多向分化,使中医药诱导干细胞分化迈上更高的台阶,为中药及其单体诱导BMSCs多向分化提供更多、更可靠的理论依据。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

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Research progress on induction and differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells by traditional Chinese medicine and its monomers

YANG Bin1, WANG Nan1, TAN Rui2, WANG Qin1, GU Jian1

1. College of Pharmacy, Southwest Minzu University, Chengdu 610041, China 2. College of Life Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China

Bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) are non-hematopoietic stem cells in bone marrow with self-renewal ability and multidirectional differentiation potential, which can differentiate into osteoblast, myocardial cells, nerve cells, and hepatic cells under certain conditions. It is an ideal seed cell for tissue engineering and genetic engineering. By summarizing the existing literature, biological characteristics of BMSCs, traditional Chinese medicine and its monomers to induce BMSCs multidirectional differentiation were mainly discussed in this review, in order to provide a certain theoretical basis for the follow-up research.

traditional Chinese medicine; monomer; bone marrow mesenchymal stem cells; osteoblast; myocardial cells; nerve cells; hepatic cells

R282.71

A

0253 - 2670(2022)24 - 7915 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.24.029

2022-06-07

国家自然科学基金面上项目(82174083);四川省重点研发项目(20ZDYF3291);四川省科技厅项目(2019YFS0157);教育部重点实验室开放课题(KF2020009)

杨 斌,硕士研究生,主要从事中药药理学研究。E-mail: 1633039945@qq.com

王 琴,讲师,博士,主要从事DNA的表观遗传修饰及相关分子生物学技术研究。Tel: (028)85752465 E-mail: 1058081409@qq.com

顾 健,教授,博士生导师,主要从事中药及民族药创新药物研究与开发。Tel: (028)85523968 E-mail: gujiancd@163.com

[责任编辑 崔艳丽]

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