干细胞来源的"性别之分"，治疗疾病各有千秋
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间充质干细胞(MSCs)是一种具有组织再生和免疫调节功能的干细胞，在再生医学领域和一些世界性疑难杂症的临床治疗中受到广泛关注。不同组织和性别来源的MSCs存在差异性，生物学特性表现也大不相同。
太长了不看全文划重点总结：
1、男性hUC-MSCs的生长速率高于女性hUC-MSCs；
2、男性hUC-MSCs的增殖和成脂分化能力明显高于女性hUC-MSCs,而成骨分化能力相似；
3、女性脂肪MSCs比男性表现出更强的T细胞抑制作用，不同来源的MSCs已被证实具有相似的免疫调节特性；
4、男性来源的MSCs具有更强的促进血管形成、伤口愈合和组织修复的能力；
5、男性BM-MSCs比女性BM-MSCs具有更强的神经保护作用
正文
本文总结了性别差异对MSCs生物学特性的影响，分别论述了不同性别来源的MSCs在表面抗原、增殖、分化、免疫抑制和免疫调节功能以及大量研究中发现的不同性别MSCs在疾病治疗效果上存在的差异,进一步分析了MSCs所表现差异性的内因与不同性别MSCs基因表达水平的差异之间存在的相关性,对将来MSCs在相关疾病的临床应用具有一定的参考价值。
间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是一类来源于中胚层的具有自我更新、多向分化和免疫调节功能的多能干细胞,主要存在于结缔组织和器官间质中，包括骨髓、胎盘、脐带、脂肪、黏膜、骨骼、肌肉、肺、肝、胰腺、羊水、羊膜和脐带血等，不同组织来源的MSCs生物学功能表现不同[1]。
研究发现MSCs因组织来源、年龄以及供体性别的差异而表现出不同程度的可塑性和分化潜能，研究供体性别对MSCs功能差异影响，发现从雌性小鼠肌肉中提取的MSCs具有较好的组织再生能力，来自雄性小鼠的MSCs表现更高的细胞分化率，此外，不同性别来源的MSCs对炎症受体组织的氧化应激反应不同[2],这些差异导致MSCs对同一疾病的疗效在临床上往往也是不同的。
不同性别来源的MSCs表现出不同的功能性差异，这提示不同性别来源的MSCs在临床治疗中应该根据其功能差异进行区分，以求达到更好的临床效果。
一般来说，来源于同一细胞克隆的细胞群应该是同质的，但是在实际研究中发现,随着细胞生长和分裂程度的发生,细胞表现出不同的分化趋势，细胞的异质性差异越来越显著，这种情况在干细胞的增殖分化过程中尤其明显[3]。不同个体或同一个体不同部位来源的MSCs亚群在细胞生长动力学、群体倍增能力和多系分化潜能方面具有显著差异[4-5],MSCs的异质性表现影响了其临床治疗效果的稳定性,进而对其疗效的准确性评价产生影响。
不同供体来源的MSCs制剂分化和增殖潜能具有差异性，不同性别来源的MSCs差异性表现显著，比如，只要是MSCs,都具有免疫抑制的功能,但是不同性别来源的MSCs,在免疫抑制功能上存在强弱之分[6]。到目前为止，干细胞领域有关性别对MSCs生物学特性影响的研究较少，对MSCs性别差异的内因探究有待于进一步的发掘。
因此，本文就不同性别来源的MSCs生物学特性的差异作一综述，以期将来MSCs在相关疾病的临床应用中,这些不同性别MSCs生物学特性差异可以对临床治疗方案具有一定的参考价值。
01
表面抗原的差异
人类组织中分离的原代MSCs培养到第12天时呈现纺锤形和成纤维细胞样形态,显示出经典的MSCs形态。此外，不同组织来源的MSCs特异性表面标记物CD73、CD90和CD105均呈阳性，而HLA-DR、CD45, CD34、CDllb、CD19和CD14等属于白细胞、造血细胞或单核、巨噬细胞的特异性表面标记物均呈阴性[7]，表明MSCs免疫原性较低，异体移植治疗疾病的风险性更低，在细胞治疗的临床应用中价值较高。
表型与细胞功能性息息相关，根据国际细胞治疗学会(ISCT)的标准，不同来源的MSCs表现出相似的表面标记并具有相似的形态,在生物学性状、增殖分化和免疫功能等方面存在差异，在细胞特异性表型方面无显著性差异［8-10］,其他特殊表型的研究还有待于深入。Rossetti等[11]研究骨髓和致密骨缺氧培养的小鼠间充质基质细胞发现其特异性表型基本一致，但CD44在致密骨缺氧培养的MSCs中表达更高；在分析神经分化潜能时，Singh等［12］发现与MSCs相比，成体祖细胞表达CD44、CD73和CD105的水平显著降低。
此外，Siegel等[8]研究证实与男性供体的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BM-MSCs)制剂相比,女性供体BM-MSCs制剂携带更多的CD119+和CD130+细胞,表明不同性别来源的MSCs表面标记存在一定的差异性,这说明MSCs存在很多特殊表型有待于发掘。
02
增殖能力的差异
与大多数细胞相似，MSCs具有年龄特性，随着年龄的增长，MSCs的数量和增殖能力表现出明显下降的趋势，胎儿组织(包括脐带、脐血、羊膜、羊水和胎盘等组织)来源的MSCs增殖能力强于成人组织(包括成年人骨髓和脂肪等)；在适当的条件下,与其他来源的MSCs相比,脐带间充质干细胞(human umbilical cord mesenchymal stem cells,hUC-MSCs)具有更高的增殖能力［13-14］。
除此之外，性别也会影响MSCs的细胞大小和增殖能力,相关研究显示，不同性别来源的hUC-MSCs与BM-MSCs增殖差异截然不同。为了排除遗传背景等因素的影响，Zhang等［7］研究了 5对异性双胞胎MSCs的生物学特性，发现女性胎儿hUC-MSCs的细胞群体倍增时间为(31.96±5.48) h,而男性胎儿hUC-MSCs的细胞群体倍增时间为(23.25±0.74) h；对53名不同性别供者的BM-MSCs进行了体外研究，发现女性BM-MSCs的细胞直径为(20.9±0.8) μm,其倍增时间约为(3.3±1.9)d,而男性BM-MSCs的细胞直径为(22.0±1.1)μm,其倍增时间约为(5.0+3.7) d,细胞大小与倍增时间呈正相关［8]。
进一步研究与MSCs自我更新能力相关的关键基因表达，发现在男性胎儿MSCs中NANOG、TERT、OCT4和SOX2等基因的表达水平高于女性胎儿，导致了男性胎儿hUC-MSCs的生长速率高于女性胎儿hUC-MSCs[7]。此外，研究发现和HLAABC等基因的表达与BM-MSCs的快速增殖有关；高克隆性的BM-MSCs细胞较小且在年轻女性供体中存在概率高［5］。
Deasy等［15］发现不同性别小鼠来源的干细胞对过氧化氢诱导的氧化应激反应不同，其中，雄性干细胞在经过过氧化氢诱导后的分化能力增强，而雌性干细胞的增殖能力增强。雌性和雄性大鼠来源的BM-MSCs增殖能力与其血管内皮生长因子、肝细胞生长因子、血管生成素-1、碱性成纤维细胞生长因子和神经生长因子的分泌量呈正相关，与CD71和CD140b等相关蛋白的表达呈负相关，此外，与供体年龄或性别无关，PADM14基因的表达与BM-MSCs的增殖潜能呈正相关[16]。
03
分化能力的差异
在对动物模型的观察中发现，与雌性小鼠相比,雄性小鼠具有更强的骨骼再生能力，此外，雄性供体分离得到的脂肪MSCs与雌性供体相比具有更高的成骨分化能力［17-18］。
Zhang等［7］研究异卵双胞胎hUC-MSCs的体外生物学特性，结果发现男性女性胎儿hUC-MSCs具有相似的表型和多系分化潜能，男性胎儿hUC-MSCs的增殖和成脂分化能力明显高于女性胎儿hUC-MSCs,而成骨分化能力相似。对神经干细胞系的分化研究中发现,雌性和雄性株系具有相似的分化潜能，其中，雄性细胞的生长速度更快，y编码的去甲基化酶KDM6C (UTY)和KDM5D增加［19］,这提示在进行神经发生和移植实验时应该注意性别。Lauren等［20］研究发现在GSK3抑制后，男性hPSCs短暂分化为CD34+CD31+内皮祖细胞,而女性hPSCs显示出有限的分化能力。Nathan等[21]研究发现不同性别个体MSCs诱导成骨的效果不同，但是也有一些研究证实来源于中胚层的BM-MSCs分化能力不受供体年龄和性别的影响，但受到相关表型的影响，所以需要进一步研究引起MSCs分化能力差异的原因。
Hass等［22］研究表明E2基因的高水平表达不仅能够促进成骨分化，而且对于维持骨形成、改善女性供体来源的BM-MSCs细胞衰老和凋亡都有很好的作用，由于不同性别来源的BM-MSCs增殖、凋亡和成脂、成骨能力的差异性，因此，有必要制定不同性别来源MSCs的治疗方法，以提高细胞治疗的效果。
04
免疫调节能力的差异
在MSCs最重要的免疫抑制功能方面，Wn等［23］发现MSCs的免疫抑制是性别依赖性，通过研究不同性别来源的脂肪MSCs,发现女性脂肪MSCs比男性表现出更强的T细胞抑制作用，不同来源的MSCs已被证实具有相似的免疫调节特性，当MSCs暴露于炎症环境时，在促炎细胞因子的作用下由平衡型向免疫抑制型转变。
通过qPCR对不同性别来源的MSCs中炎症调节因子、 转化生长因子和促血管生成因子的基因表达水平进行分析,发现与女性胎儿hUC-MSCs相比,男性胎儿hUC-MSCs中的VEGF-A. TGF-B、IL-17A和IL-10相关基因表达显著上调，IL-6、IL-8和TNF-a的表达水平显著下调；经脂多糖处理的男性MSCs的炎症细胞因子必-6、IL-8、IL-17A、TNF-a和IL-10的相关基因表达比女性MSCs显著上调，表明男性MSCs对脂多糖诱导的炎症反应更为剧烈。以上数据表明，男性来源的MSCs具有更强的促进血管形成、伤口愈合和组织修复的能力［7］。
在对T细胞增殖影响的研究中发现，与男性供体的BM-MSCs相比，女性供体的BM-MSCs表达更多IDO1,因此，对T细胞增殖的抑制作用往往更加显著；在女性BM-MSCs中观察到IDO1 mRNA表达增加的趋势［17］,由此推测IDO1可能是介导女性BM-MSCs表现高效免疫抑制特性的关键。
05
疾病治疗效果的差异
随着年龄的增长，肌肉和骨骼疾病发病率增加。Bourin等［9］在研究干细胞治疗对大鼠骨骼肌创伤后恢复效果的研究中发现，干细胞移植对雌性大鼠的肌肉能力恢复效果较雄性大鼠显著。某些疾病的临床表现程度往往也会呈现一定的性别差异，不同性别个体的细胞类型和应激性反应是不同的，这可能解释了性别差异是如何影响疾病的频率和严重程度的。
在分化过程中，雌性恒河猴BM-MSCs与雄性恒河猴BM-MSCs相比具有更高的神经源性潜能，提示雌性BM-MSCs比雄性BM-MSCs具有更强的神经保护作用。进一步地，Yuan等［24］将视网膜神经节细胞与不同性别来源的BM-MSCs进行共培养,结果发现视网膜神经节细胞凋亡率和caspase-3活性均显著降低，表明BM-MSCs对缺氧诱导的视网膜神经节细胞凋亡具有神经保护作用。有研究显示，女性在进化上已经发展出对雌激素的敏感性降低，并且在经历细胞坏死的过程后产生了某种替代途径来降低机体的反应性［2］,因此，MSCs应用于疾病治疗的过程中充分考虑性别差异性是非常重要的。
06
基因表达水平的差异
KDM5D是Y染色体编码蛋白的相关基因，在睾丸、卵巢、全血和肾脏等器官上表达，KDM5D在男性MSCs中的表达明显高于女性MSCs,异性双胞胎的hUC-MSCs在Nanog、OCT4、和SOX2等基因的表达水平上有显著性差异，男性hUC-MSCs的VEGF-a、VEGFR2和TGF-0基因表达水平显著高于女性［7］。通过研究基因表达谱和功能进而分析潜在的机制和途径，分析不同性别个体MSCs的免疫学特性有助于确定临床治疗具有最佳免疫特性的MSCs。
不同性别来源的干细胞通过激活与自我更新程序有关的基因和抑制谱系基因的表达来维持其细胞多能性，干细胞多能性是一系列干细胞调节基因所协调的一个关键特征,其中SOX2、OCT4、Nanog和c-myc等多能基因在体外的广泛表达，用于产生诱导多能干细胞，多能性转录因子与基因组中的数千个位点结合并调节，以保持其多能性，并且这些基因在干细胞衰老过程中逐渐下调，此外，在胚胎干细胞中，OCT4表达的增加和减少分别能够促进分化为胚胎内外胚层和中胚层，这表明维持自我更新和多能性所需的OCT4的阈值水平受到严格的调控。表观遗传特征在早期雄性生殖细胞分化过程中也参与了干细胞基因的调控，男性特异性甲基化发生在Nanog和SOX2启动子的关键功能元件中，导致某些多能基因被抑制，因此，多能基因在不同性别胎儿中的表达有很大的差异向。
不同性别来源的MSCs生物学特性具有差异性,在雌性和雄性MSCs之间共检测到214个显著差异表达的基因，其中115个上调,99个下调，这些基因对细胞的生长增殖、代谢和免疫调节能力起到调节作用,其中，TGF-B通路信号在网络中显示出较高的连接度，表明该途径在女性MSCs和男性MSCs中观察到的生物学特性中起着核心作用。此外，与雌性MSCs相比，雄性MSCs中CNTD2, KDM5D和IL-37的表达水平升高,ZBED2的表达水平降低[26]。
07
表现差异性分析
性别的形成包括性染色体遗传和性激素产生两个方面,男性和女性胚胎之间的差异也是由性染色体遗传引导和激素的产生两方面影响因素积累造成的。在人类多能干细胞系中，X染色体灭活常发生在未分化状态，致使男性和女性在基于X染色体层面的表达相同，在这种情况下,女性胎儿的脐带面积较小,华通氏胶较少，而男性胎儿的相应区域则较多，并且，在脐环收缩的影响下，男性和女性胎儿的脐带长度和相对胎盘重量的发展是不同的，导致对应收获到的hUC-MSCs细胞数量和质量存在较大差异［27-28]。
Siegel等［8］的研究揭示了MSCs制剂在体外是由定义不明确的亚群体组成的，少数克隆扩增的MSCs表现出完全的“三谱系”（脂肪、骨和软骨形成）潜能，表明MSCs亚群体的功能差异，分析MSCs亚群需要彻底优化每个亚群的培养条件选择差异，分析大量的MSCs制剂，以确定表型、供体性别和年龄与功能特性的统计相关性。
目前的MSCs分离技术方法是MSCs亚群的重要选择过程，但是，分离过程中具有干细胞相关特性的罕见MSCs亚群体可能会丢失，这对于后期MSCs治疗应用方面具有较大的影响。另一方面，MSCs混合亚群在体外作为MSCs制剂在适应环境以后进行快速增殖,培养体系所构建的微环境对细胞增殖的影响极其关键,任何微环境的改变都将对细胞功能产生无法估量的影响，因此研究确定表型与培养体系在功能上是否具有适当的联系是十分有必要的。
目前，MSCs在退行性、损伤性和免疫相关性疾病的临床治疗中都表现出较好的效果，具有广阔的应用前景。相关研究证明不同性别来源MSCs在表面抗原、增殖、分化、免疫抑制和调节能力方面具有差异性，雄性MSCs的增殖潜力高于雌性，雄性MSCs具有比雌性MSCs更强的成脂分化能力。此外大量研究发现不同性别来源的MSCs在疾病治疗效果上存在显著性差异，这些差异性的内因与不同性别来源的MSCs基因表达水平的差异之间存在一定的相关性。
分析不同性别来源的MSCs表现出的差异性及其原因，将对未来MSCs更好地应用于疾病治疗领域发挥极大的价值。MSCs在细胞治疗领域的研究中，关于MSCs进行的相关临床研究的积累为其安全性提供了很好的数据，此外，对于MSCs作为自身免疫性和炎症性疾病的潜在疗法和对MSCs治疗应用中供体相关性的研究还需要进一步地深入。