牙龈间充质干细胞的研究进展

2017-5-26 10:05  来源:口腔颌面修复学杂志
作者:鲁莉英 霍娜 刘洪臣 阅读量:1532

    间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一群多样化的非造血干细胞,存在于成体的各种组织中,包括牙龈组织。MSCs能归于炎症部位,然后被激活产生一系列具有多种生物学功能的生物活性因子。不同组织来源的MSCs的免疫调节功能和抗炎能力具有较强的可塑性,还取决于目标免疫细胞的类型和特殊病理生理过程。ISSCR第六次年会提出牙龈固有层是新的多能细胞来源,他们易于获取,相对无创,在免疫相关疾病的治疗中作为可替代的MSCs来源具有很大的应用前景。本文对牙龈来源的间充质干细胞进行概述。
    1.牙龈固有层MSCs(GMSCs)的来源和初步鉴定
    皮肤真皮中存在多能干细胞,而牙龈与皮肤的组织学结构和生物学功能较相似,牙龈的独有特点是:处在富于食物残渣、微生物菌丛和唾液的独特的微环境中,对炎症反应敏感,易于纤维化,易于发生药物诱导性增生。近年的研究表明在牙龈的固有层中有一群成群聚集的细胞表达多能相关标志物:SSEA-4,Oct-4和Stro-1,还共表达Oct-4/SSEA-4或Oct4/Stro-1。此外牙龈固有层拥有一群细胞,表达神经细胞的标志物low affinity neurotrophin(p75),这些细胞组成条索状的结构,还表达Oct4和Sox2。这群细胞表达一组MSCs表面标志物:CD44,CD73,CD90,CD105,不表达造血干细胞标志物CD14,CD34和CD45。这些发现提示笔者人牙龈组织拥有前体细胞和成体干细胞。
    2.GMSCs的生物学特性
    2.1自我更新
    GMSCs的自我更新能力已由CFU-F实验证实。更重要的是,GMSCs的增殖能力总是比BMSCs强,主要是人端粒酶反转录酶hTERT的稳定表达。此外,GMSCs的体内自我更新能力已由免疫功能不全小鼠皮下移植实验证实。这些发现表明这群具有自我更新和增殖潜力的MSCs从牙龈分离容易,扩增可靠,可大规模离体培养。
    2.2多向分化能力
    同骨髓间充质干细胞(BMSCs)和脂肪间充质干细胞(ADSCs)一样,GMSCs也可在体外特定诱导分化培养条件下向成骨,成脂和成软骨方向分化。除三向分化外,GMSCs还可向内胚层和外胚层方向分化,包括多种类型的神经细胞。GMSCs嵌入载体中,移植于免疫功能不全小鼠皮下可生成结缔组织样结构,骨基质甚至两胚层细胞(畸胎瘤样)组织。
    2.3GMSCs对T细胞的效应
    在接触式共培养时,GMSCs抑制PHA激活的T淋巴细胞的增殖和活化,机制是通过IDO。在共培养系统中,活化的T细胞分泌的炎症因子IFN-γ作为反馈信号参与到GMSCs与T淋巴细胞的对话中。Davis的研究指出OMSCs抑制活化的T淋巴细胞的效应依赖于细胞之间的接触,细胞的量或者凋亡,当IFN-γ或与T淋巴细胞共培养时引起IDO表达的上调。此外,体内外研究的结果都表明GMSCs抑制Th17细胞,同时促进CD4+CD25+FoxP3+调节的T细胞的扩增。但GMSCs与不同类型T细胞相互作用的机制需进一步阐明。
    2.4GMSCs对固有免疫细胞的效应
    固有免疫是人类的第一防线,包括多种类型的固有免疫细胞,其中巨噬细胞是固有免疫反应的重要细胞成分。巨噬细胞通常分为M1和M2型。M1具有促炎特点,M2因为可产生抗炎因子IL-10和TGF-β等被认为具有抗炎特性。GMSCs可以使巨噬细胞发生极化转变成M2,使IL-6和GM-CSF表达上调。最新研究表明,MSCs可诱导巨噬细胞向M2样表型MMSCS转化,MMSCS可抑制NK细胞活化,同时诱导调节性T淋巴细胞(Tregs)的表达,既可影响固有免疫又调节获得性免疫;MSCs对巨噬细胞的极化作用是通过其IL-1受体拮抗剂(IL1RA)介导的。GMSCs与巨噬细胞的相互作用有待进一步研究。
    2.5口腔黏膜固有层前体细胞(OMLP-PC)的抗菌特性
    口腔是一个复杂的生态环境,包括多种具有致病潜力的有机微生物,口腔黏膜却很少发生反复的感染,提示口腔黏膜中的前体细胞(OMLPPC)具有抗微生物的能力。将人OMLP-PC与G+或G-细菌共培养,细菌的生长均发生显著抑制,进一步研究表明,OMLP-PC分泌的骨保护蛋白(osteoprotegerin,OPG)和结合珠蛋白(haptoglobin,Hp)发挥抗菌作用。
    2.6低氧可提升GMSCs的免疫调节功能
    低氧环境可提高GMSCs对PBMC的抑制作用,抑制PBMC的增生,增加其凋亡,这与GMSCs表达Fas配体(FasL)相关。给小鼠注射GMSCs可促进伤口愈合,低氧刺激显著提高GMSCs的促进愈合能力,机制是GMSCs抑制了伤口局部的炎症细胞,降低促炎因子TNF-α,升高抗炎因子IL-10。
    3.GMSCs的临床应用研究进展
    GMSCs具有免疫调节功能这一引人注目的发现促使研究者们进一步探索其在免疫相关疾病治疗中的应用。
    3.1伤口愈合
    伤口愈合是一个复杂的过程,包括免疫细胞、宿主细胞和众多生长因子的参与,给皮肤辐射烧伤小鼠局部注射GMSCs可诱导全厚上皮、附属器和毛囊的再生,且再生早于局部注射BMSCs的小鼠。GMSCs诱导的伤口愈合过程包括促进胶原的重建,调节各种酶(Col/MMP/TIMP)的平衡,调节局部生长因子(VEGF,EGF,andFGF7)和腱生蛋白tenascin-C的表达;GMSCs还激活炎症局部的巨噬细胞使其向抗炎型M2转化。
    3.2胶原诱导性关节炎(CIA)
    风湿性关节炎目前无有效的治疗方法,给CIA的DBA/1J小鼠注射GMSCs可缓解关节炎症状,增加病理得分,下调炎症因子IFN-γ,IL-17A的分泌。GMSCs的注射还可增加CD4+CD39+Foxp3+Tregs的趋化。
    3.3右旋糖酐硫酸酯钠Dextran Sulfate Sodium(DSS)-诱导的鼠肠炎
    在(DSS)-诱导的鼠肠炎中GMSCs也被检测到了抗炎和免疫调节功能,在该疾病中Th1和Th17细胞起主要作用。系统应用GMSCs逆转体重减轻,促进肠炎得分,修复肠结构;在细胞水平,GMSCs治疗减少CD4+IFNγ+(Th1)和CD4+IL-17+(Th17)细胞的浸润,增加Tregs的趋化。
    3.4免疫相关疾病
    接触性皮炎(ACD)和接触性过敏(CHS)的病理过程是活化的复杂的细胞网络,包括树突状细胞,CD8+T细胞,Th1和Th17,MC,Tregs还有细胞因子。在半抗原诱导的鼠CHS模型中,预防性和治疗性的应用GMSCs可缓解临床症状。
    3.5鼠皮肤同种异体移植
    除皮肤伤口愈合和炎性疾病的体内研究外,TANG的研究报道,系统应用GMSCs可增加同种异体移植皮肤的免疫相容性和存活率。低氧处理的GMSCs增强对皮肤的修复能力。
    3.6在组织再生中的应用
    目前的观点认为,MSCs主要通过与宿主细胞间的相互作用产生一系列具有免疫调节和抗炎作用的营养因子来促进组织再生。GMSCs介导的组织再生主要因多种趋化因子和生长因子表达的增加,还有对于氧化剂应激性细胞凋亡的抵抗力的增加。在小鼠皮肤损伤和肠炎模型中,GMSCs促进皮肤和肠道愈合、再生,主要通过促血管生成和抗炎作用。GMSCs还可促进种植体周围炎发生骨质再生,GMSCs同MSCs一样,他们能促进组织再生不仅因为多能性,还有产生的营养因子。
    以往的研究指出,bFGF(basal fibroblast growth factor)是组织再生中重要的生长因子,可刺激BMSCs再生骨和软组织,在一定的培养条件下,bFGF可增加hGMSCs的干细胞表面标志物STRO-1的表达,对hGMSCs的克隆形成率,脂滴形成率以及LPL,PPARγ各成脂基因的表达水平有明显的促进作用;但对hGMSCs的ALP活性及其成骨过程中矿化结节的形成量,各成骨相关基因(ALP,OCN,BSP)的表达水平有明显抑制作用。
    总结
    基于GMSCs的免疫调节和抗炎功能,将其应用于损伤修复和免疫相关疾病细胞治疗具有非常好的前景。对这一独特的MSCs的进一步研究应该聚焦于不同病理生理条件下其免疫调节和组织再生的机制。明确这些机制将有助于理解GMSCs的特性以及其在组织再生和免疫相关疾病治疗中的作用。

编辑: 陆美凤

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