江湖论剑---不同来源的间充质干细胞特性之比较
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间充质干细胞（MSC）最先在骨髓中被发现，并广泛分布在人体里，比如骨髓[1]、脐带[2]、脂肪[3]、脐带血[4]、羊膜[5]、（胎盘）绒毛膜[6]、牙髓[7]、胸腺[8]、滑膜[9]、胎儿血和肝脏[10]等。虽然不同组织来源的间充质干细胞均能符合2006年国际细胞治疗协会（ISCT）制定的最低标准（定义），依然有不少研究的结果提示不同组织来源的MSC具有某些差异性，主要体现在MSC的增殖速度、分泌的细胞因子谱和免疫调节能力。
MSC对损伤的组织进行修复，不在于其分化为组织器官的细胞（自体间充质干细胞治疗可能涉及分化机制），而是通过分泌细胞因子，减少炎症、减少组织细胞的凋亡、消除纤维化、促进内源性组织器官的干祖细胞的增殖，从而达到修复组织器官的效果[11-16]。因此本文重点阐述不同来源MSC在含量、增殖能力、免疫调节能力和分泌细胞因子谱这4方面的差异。
根据成纤维细胞克隆形成单位（CFU-F）实验，骨髓MSC的含量大概占单个核细胞
（MNC）的0.001%~0.01%[17, 18]；而胎盘羊膜和脐带MSC占约单个核细胞的0.2%~1.8%[19]。另有研究显示从羊膜和脐带分离到的单个核细胞中，MSC的含量高达80%-100%；但是从脐带血中分离的单个核细胞中只有8%是MSC[12]。
脐带血中的MSC数量极少[20]，导致了从脐带血中分离并能培养成功的概率只有5.7%-10% [21, 22]，比如一研究小组分离118份脐带血的单个核细胞（MNC），只有11份能培养出MSC[21]；甚至有研究提示这些极少的数量经常是检测不到的，无法进行体外扩增[23, 24]。
目前不清楚MSC在单细胞脂肪消化液中的比例是多少，但是有相关研究提示其含量不超过50%，而且这50%中还包含内皮细胞、脂肪基质细胞[25]。
有意思的是，有实验室在羊水中检测到MSC的存在，3-6个月的胎儿羊水中也存在MSC[26, 27]，随着孕期的增加，羊水中的MSC数量不断下降，直至胎儿发育成熟后，在羊水中检测不到MSC[27]。羊水中的MSC占单个核细胞的0.9%-1.5%，其含量略高于脐带血[28]。但这种来源（胎儿早期羊水）很容易引起伦理问题，不适合作为常规获取途径。
即使是脐带来源，脐带的不同部位（脐带膜、脐带膜下层、脐带血管周、华通氏胶）的MSC也存在一定程度的差异性；华通氏胶（Wharton's Jelly）的MSC含量最多，增殖能力最强[29, 30]。
不同组织的MSC增殖能力有差异
骨髓来源的MSC研究得最为广泛，因此骨髓MSC常常是其他组织来源的间充质干细胞做比较研究的参照对象。
脂肪MSC和骨髓MSC分离后的P1代细胞长满均需要15-22天左右的时间[31]，但是脐血MSC长满需要30天[32]。P1代以后，羊水MSC的倍增时间（细胞数翻倍需要的时间）为1.6天，而骨髓MSC的倍增时间为3.75天[28]；脂肪MSC的增殖能力接近于羊水MSC，依然优于骨髓MSC的倍增时间（约44小时 Vs 约76小时）[33]。。也有研究显示，在细胞培养3代之前，人脐带血管周MSC的增殖能力和人骨髓MSC没有明显差异；但是从第7-14天之后（3代以后），脐带血管周MSC的倍增时间明显短于骨髓MSC[34]。脐带MSC的倍增时间短于胎盘MSC，显示出脐带MSC优于胎盘MSC的增殖能力[35]。
和脐带、脐带血、羊膜的来源相比，相同代数的骨髓来源的间充质干细胞的克隆形成能力最弱[12]。而克隆形成能力可以作为评价间充质干细胞质量的比较重要的指标[36]。
在相同的实验室培养条件下，骨髓来源的MSC只能扩增到第10代，脐带、脐带血、羊膜来源的MSC也只能扩增到12-14代[12]。甚至有实验室能做到脐带MSC的培养能有效扩增到40代，依然具有多向分化潜能[37]。
细胞核型分析显示，骨髓MSC在培养至18代的时候出现了染色体异常和端粒酶缩短[38]，而脐带MSC在培养至30代才出现染色体异常[39]。不管MSC来源于何种组织，其均未发现在体外扩增多代数后出现基因突变具备肿瘤细胞的特性。
MSC具有年龄特性，随着年龄的增长，骨髓MSC的数量和增殖能力出现明显的下降[40-42]。因此，很容易理解为何胎儿组织（包括脐带、脐血、羊膜、羊水、胎盘等组织）来源的MSC的增殖能力强于成人组织（包括成年人骨髓、成年人脂肪等）。
有意思的是，性别也会影响到MSC的大小和增殖能力。女性骨髓MSC的细胞直径为20.9±0.8μm，其倍增时间约为3.3±1.9天，而男性骨髓MSC的细胞直径为22±1.1μm，其倍增时间约为5.0±3.7天[43]。
脐带膜MSC比骨髓MSC具有更低的免疫原性和更强的免疫调节作用[44]，而且炎症环境能提高骨髓来源的间充质干细胞HLA-DR的表达（约12%）[12]。给予TNF-α和IFN-γ刺激，骨髓MSC上调HLA-DR的表达，而胎盘、脐带和羊膜MSC的HLA-DR的低表达不受影响[19, 44, 45]。但也有研究显示IFN-γ对脂肪MSC和骨髓MSC的影响没有差异，低浓度（25-50ng/ml）IFN-γ促进MSC的HLA-DR表达，高浓度（100-500ng/ml）IFN-γ反而下调HLA-DR的表达和促进IDO的分泌；但是常规培养的MSC并没有表达IDO（IDO发挥免疫抑制作用）[44]。但是机体内，IFN-γ局部浓度能否达到100-500ng/ml？
HLA-DR的提高，意味着MSC的免疫原性提高了，机体免疫系统的抗原提呈细胞识别这个高表达HLA-DR的MSC后，提呈给T细胞进行杀伤清除。HLA-DR的高表达，导致了机体清除MSC的速度加快，MSC在体内发挥作用的时间缩短，直接影响到治疗效果。但是炎症环境不能提高脐带、脐带血、羊膜的来源的MSC的HLA-DR的表达[12, 46]。根据国际细胞治疗协会关于间充质干细胞的鉴定标准要求，HLA-DR的表达不能高于2%[47]。
脐带和羊膜来源的间充质干细胞的免疫调节能力（抑制率分别为80.6%± 4.2%、85.6%±1.2%）明显优于骨髓来源（69.3%±4.7%）和脐带血（44.8%±4%），脐带血来源的间充质干细胞的免疫抑制能力最差[12]。脂肪MSC的免疫调节能力也明显优于骨髓MSC[48, 49]。和骨髓MSC相比，脂肪MSC对树突状细胞（DC细胞）具有更强大的调节能力，包括促进DC细胞增殖和分泌IL-10的能力，下调DC细胞表面的共刺激分子CD80、CD86、CD83的表达，抑制DC细胞的分化成熟[48]。
MSC（P2代）和CD3+T细胞1：1共培养实验中，和对照组（没有MSC组）相比，骨髓MSC和脐带血MSC抑制CD3+T细胞增殖效果明显，分别为48.2%和42.9%，而胎盘MSC只是轻微抑制CD3+T细胞增殖（77.0%）[50]。
脐带血MSC分泌更多支持造血的细胞因子，因此支持造血干细胞克隆形成的效果优于骨髓来源的间充质干细胞[23, 51]。不过，也有研究显示骨髓MSC促进造血干细胞克隆形成的能力优于脐带血和脐带来源[12]。脐带MSC分泌的细胞因子（G-CSF、GM-CSF、HGF、IL-6、IL-8、IL-11）远高与骨髓MSC，但是骨髓MSC分泌VEGF的量高于脐带MSC[52]。脐带MSC高表达HGF而低表达VEGF的现象在另一独立的实验室得到进一步的验证[19]。这说明骨髓MSC在促进血管新生方面比脐带MSC有一定的优势。
在基因水平，脂肪MSC表达BDNF的量高于骨髓MSC，但是骨髓MSC表达更高的NGF[33]。商品化的骨髓MSC和脂肪MSC有相似的增殖能力和趋化能力，但是实验室培养的不同个体的脂肪MSC的增殖能力和趋化能力却出现明显的差异[53]。
目前，MSC常见于4大组织来源：骨髓、脐带、脂肪和羊膜。根据目前的研究结果，大致能得出一些结论：①MSC在组织中的含量（细胞丰度）：脐带的含量毫无疑问为最高，羊膜和脂肪次之；而脐带血中含量极少，导致检测不到之事常用发生；②MSC增殖能力：优于MSC具有年龄特性，脐带和羊膜来源的MSC具有明显的优势，脂肪和骨髓次之；③免疫调节能力：脐带、羊膜和脂肪来源的MSC优于骨髓MSC，而胎盘MSC的免疫调节能力最差；④分泌细胞因子谱：脐带MSC分泌细胞生长因子的总量明显高于骨髓MSC，但是不同来源的分泌细胞因子谱有明显的特点；⑤由于具有来源获取方便和高增殖能力等特性，能培养获得大量的MSC细胞数足够满足临床治疗需要，使得脐带、羊膜和脂肪最适合作为MSC细胞治疗的组织来源。但是我们也必须认识到，不同的实验室、不同的分离方法及不同的培养体系，均可导致MSC的实验研究结果出现不一致性[54]，如下图所示；即使是相同的来源，不同个体之间的间充质干细胞也出现功能上的异质性[53, 55]。
因此，我们必须对目前的研究结果和结论保持一定的谨慎态度，不排除将来的某天培养技术的突破，可以抵消组织来源的差异所导致的MSC功能的差异。
MSC的迷人在于她总能给我们一些惊喜，我们要做的就是研究这些惊喜背后的谜团。
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本文最早出自“间充质干细胞”微信公众号，作者东海先生。
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