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        低氧對間充質干細胞生物學行為的影響

        2012-04-29 02:13:15尚萍李小林
        中國美容醫(yī)學 2012年1期
        關鍵詞:充質成骨低氧

        尚萍 李小林

        隨著醫(yī)學分子生物學、細胞生物學及高分子材料學的快速發(fā)展,使干細胞技術運用于臨床成為可能,再生醫(yī)學的研究內容就是如何將干細胞發(fā)育成組織并應用這種潛能進行組織替代療法,從而恢復受損組織的正常結構和功能[1]。再生醫(yī)學的研究,都是圍繞干細胞而展開的,其中間充質干細胞由于其分離培養(yǎng)簡便,具有自我更新能力和多分化潛能等優(yōu)點,受到了最多的關注。早在1966年,Friedenstein[2]首次描述了使用骨髓來源的間充質干細胞在組織中進行培養(yǎng)。之后Caplan[3]發(fā)現這種細胞在各間質譜系中具有分化潛能,并將這類細胞命名為間充質干細胞。間充質干細胞具有分化為血液、骨、軟骨、脂肪、肌肉、表皮、上皮、神經等組織的潛能,在組織再生和創(chuàng)傷修復過程中發(fā)揮著重要作用,同時也是再生醫(yī)學研究中最重要的種子細胞[4]。在干細胞研究中,細胞體外培養(yǎng)是必不可少的步驟,其中細胞微環(huán)境是影響其生物學行為的重要因素,培養(yǎng)所需的最適氧張力被認為是微環(huán)境的重要組成部分。生理氧張力在不同的組織中各不相同,在血液中約為12%,而在深部的軟骨組織低至1%[5],在骨髓中氧的張力被認為在4%~7%[6]之間或者低至1%~2%[7-8]。目前均認為,細胞在體內的氧張力低于大氣中的氧張力(21%)。早在1958年,Cooper等[9]發(fā)現在低于常氧的條件下培養(yǎng)細胞時,某些細胞的增殖能力更強。此外機體也常會有病理性低氧狀態(tài),如心臟驟停后由于缺氧造成組織缺血問題。近些年低氧在再生醫(yī)學領域的研究倍受關注[10-12]。本文結合相關文獻全面綜述了低氧對間充質干細胞生物學行為的影響及其相關分子機制,試圖摸索細胞最適培養(yǎng)環(huán)境。通過控制細胞培養(yǎng)的氧濃度為更好地培養(yǎng)間充質干細胞,并使其在再生醫(yī)學的運用中達到預期的成果提供依據。

        1低氧對間充質干細胞凋亡的影響

        將細胞植入到缺血部位后,細胞在長期修復應答反應中的存活能力對再生醫(yī)學來說非常重要。Geng等[13]將MSCs注入到心肌梗塞的小鼠心室,4天后檢測到99%的MSCs死亡。也有文獻報道MSCs運用于椎間疾病[14-15]或軟骨修復[16]中的遠期死亡較少。在缺氧環(huán)境中,細胞并不依賴三磷酸腺苷(ATP)氧化磷酸化所提供能量,因為這條通路在氧的環(huán)境進行。而糖酵解作用并不需要氧的參與,因此該通路為缺氧下的細胞提供能量。Zhu等[17]的研究中將MSC置于3%的低氧及無血清條件下(模擬缺血環(huán)境)培養(yǎng),細胞中半胱天冬蛋白酶-3(caspase-3)活性增高,發(fā)生依賴caspase的凋亡,但是單獨的低氧條件并不能增高caspase-3的活性,誘導凋亡的效應不明顯。該研究結果表明,MSC對低氧缺血的環(huán)境敏感,但導致其凋亡的主要因素不為低氧。細胞通過轉錄因子的作用對氧起反應,最重要的影響因子是低氧誘導因子-1α(hypoxic inducible foctor-1,HIF-1α)。HIF-1α在常氧下被降解,在低氧條件下穩(wěn)定表達[18]。Greijer等[19]的實驗表明,低氧的嚴重程度決定著細胞凋亡,0.5%的氧可以啟動細胞的凋亡,在此過程中涉及HIF-1誘導血管內皮生長因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)的表達升高,若抑制VEGF的表達,細胞凋亡數增加。

        盡管間充質干細胞能在缺血的組織中存活幾天,但我們需要的是長期存活能力。在低氧下預培養(yǎng)MSCs能增強細胞移植到體內后的存活率[20]。這些都是經過一系列復雜的信號通路后所產生的減少細胞凋亡的有利結果。由于低氧可增強Akt基因蛋白表達,孔宏亮等[21]將轉染和未轉染Akt基因的大鼠骨髓間充質干細胞置于1%的氧濃度培養(yǎng),發(fā)現轉染Akt基因的間充質干細胞能減少低氧時的凋亡和提高缺氧時的增殖能力。

        2低氧對間充質干細胞增殖的影響

        生理健康組織的氧體積分數大多都低于常氧,骨髓也處于低于常氧的環(huán)境中,而間充質干細胞主要來源于骨髓。相關研究表明,在生理氧張力范圍下培養(yǎng)間充質干細胞能促進其增殖。Lennon等[6]在低于5%的氧中培養(yǎng)小鼠的MSCs,發(fā)現其增殖率相對常氧下培養(yǎng)大約多出40%。Grayson等[22-23]的實驗也得到相同的結論,他們將氧體積分數降至2%時,在三維支架中培養(yǎng)出的細胞比常氧下培養(yǎng)出的細胞數量明顯增加,并且他們發(fā)現在三維支架中培養(yǎng)的細胞初期時顯示出一個長時間的延遲期,但在培養(yǎng)23天后其增殖率仍比常氧下高出許多倍。Grayson等認為在低氧下培養(yǎng)間充質干細胞并不能使其短時間內迅速增殖,而是使細胞增殖的持續(xù)時間被延長了,表明低氧是在培養(yǎng)后期(G2/S/M)維持其增殖速率。對于間充質干細胞在低于常氧下培養(yǎng)是在短期內還是在培養(yǎng)后期提高其增殖率,研究者的結果各不相同。Rosova等[24]將細胞置于1%氧中培養(yǎng)16h,沒有發(fā)現細胞在短期內迅速增殖;Hung等[25]將人的骨髓間充質干細胞用17%的牛血清培養(yǎng)液,并放在1%的氧中培養(yǎng),發(fā)現細胞的短期增殖率較低。以上的研究結果與Grayson等相符。相反的,Martin-Rendon等[26]將細胞置于1.5%的氧中培養(yǎng),發(fā)現在短期內迅速促進細胞周期的進行,提高細胞的增殖。

        總之,在生理范圍內的低氧下無論是單獨培養(yǎng)間充質干細胞還是在三維支架中培養(yǎng),都能促進其增殖效率。不論通過擴增其增殖能力還是降低其倍增的時間都與氧的濃度及細胞的類型和其他的培養(yǎng)條件相關。低氧下改變細胞增殖的內在機制目前仍不明確,Yun等[27]認為是雌二醇-17β的作用。在低氧下,Oct-4和Rex-1的表達水平都更高,提示低氧能維持早期間充質干細胞表型,在低氧下也可能是通過上調HIF-1α或HIF-2α的活性來促進間充質干細胞的增殖[28]。

        3低氧對間充質干細胞分化的影響

        成人體內軟骨祖細胞自我再生能力較弱,MSCs分化為軟骨對軟骨的再生有重大意義。體內軟骨所處的氧環(huán)境低于常氧,MSCs在形成軟骨的過程中,氧濃度對其代謝起著重要的調節(jié)作用。目前,關于低氧對間充質干細胞向軟骨、成骨分化的作用結果并不一致。有些學者認為低氧對MSCs成軟骨、成骨分化作用無明顯影響,Scherer等[29]將MSCs置于5%的氧培養(yǎng)時發(fā)現低氧并沒有抑制細胞向軟骨分化,但細胞成軟骨分化能力也未見明顯增強。Salim等[30]將細胞置于2%的氧與常氧下培養(yǎng)時,細胞向成骨分化的能力未見明顯差異,但是當氧體積分數為0.02%時,細胞向成骨分化的能力減弱;另一些學者認為低氧能促進MSCs向軟骨、成骨分化,Wang等[31]將MSCs分別置于體積分數為5%的氧與常氧下培養(yǎng)時,發(fā)現在低氧條件下細胞分泌大量與軟骨相關的基質分子,其中膠原合成率較常氧下明顯增加,促進軟骨分化。Lennon等[6]將細胞置于5%的氧與常氧下培養(yǎng)時,發(fā)現一直在低氧下培養(yǎng)的細胞向成骨分化的能力比在常氧下培養(yǎng)強。D'Ippolito等[28]的研究得出完全不同的結論,他們認為在低氧下或經低氧預處理后的細胞向成骨分化的能力比常氧下降低。Potier等[32]則認為間充質干細胞成骨分化的影響因素不僅與不同程度的低氧有關,還可能與暴露于低氧環(huán)境的時間長短有關。

        干細胞向軟骨、成骨分化的信號通路仍不是很明確,在少有的相關報道中,Kanichai等[33]的研究試圖說明細胞分化為軟骨的相關機制,他們認為軟骨分化受一系列轉錄因子操縱,其中Sox家族的作用最為明顯,可能是因為低氧激活HIF-1,進而活化Sox-9,使骨髓間充質干細胞軟骨相關基質分泌增多,從而促進細胞成軟骨化。

        4低氧對間充質干細胞遷移和歸巢的影響

        間充質干細胞具有定向遷移能力,在骨折時可被損傷部位吸收并成功修復特定缺陷[16];心肌梗死后由靜脈注射可定向遷移、歸巢于缺血的心肌[34];在腦卒中,MSCs由血管可定向遷移到神經組織并分化為神經元細胞[35]。探究間充質干細胞移植后向特異部位遷移的分子機制對間充質干細胞在再生醫(yī)學中的應用有極大的促進作用。目前認為這種遷移過程可能與各種炎癥趨化因子、細胞因子及多種配體和受體的相互作用有關,如炎癥趨化因子中基質細胞衍生因子1(SDF-1)與其受體CXCR4[36],CXCR4是祖細胞向缺血組織歸巢所需的重要趨化因子[37]。SDF-1與其受體CXCR4在干細胞表面的相互作用對移植后干細胞的遷移和歸巢都有重要的意義。

        有研究顯示,SDF-1不僅介導間充質干細胞趨化,還促進其整合入局部缺血的損傷區(qū)[38],SDF-1在缺血組織中選擇性的表達與氧體積分數的減少成正比。在大鼠腦卒模型[37],造模后第1,7天注射間充質干細胞有利于腦功能恢復,且缺血腦組織中SDF-1在10天內呈現較高水平。阻斷缺血組織的SDF-1或CXCR4的表達,間充質干細胞則不能向損傷組織遷移。王心蕊等[39]通過Boyden小室,在激光掃描共聚焦顯微鏡下觀察發(fā)現:5%氧狀態(tài)下人的骨髓間充質干細胞遷移速度明顯增快,且遷移到人工基底膜下的細胞也明顯多于常氧組。認為可能是由于低氧環(huán)境中HIF-1活化上調SDF-1的基因表達,從而促進CXCR4陽性的干細胞粘附、遷移和歸巢到低氧部位。由于組織再生取決于間充質干細胞向周圍血管的趨化性及隨后的分化,SDF-1可能起到促進血管和心肌再生的作用[40]。SDF-1與CXCR4兩種分子的表達對促進MSCs在再生醫(yī)學中的療效有重要意義。

        綜上所述,低氧促進間充質干細胞遷移和歸巢,有利于其向缺血及受損部位遷移,發(fā)揮組織及血管修復作用。

        5結語

        干細胞移植在再生醫(yī)學中的運用是目前研究的熱點,低氧是一種重要的生理和病理現象。與其他類型細胞一樣,低氧對MSCs的生物學行為有一定影響,但與其他細胞不同的是,MSCs通過上調某些信號通路及增強糖酵解能力能使細胞在低氧環(huán)境中存活能力增強。在低氧下培養(yǎng)MSCs能促進其增殖,這對再生醫(yī)學的研究有非常重要的意義。另外,將MSCs在低氧下預處理后植入體內,能提高間充質干細胞在體內的存活率,這對提高MSCs的治療效果有著非常重要的影響。在低氧下細胞的增殖率提高,細胞數量增加,MSCs在某些低氧條件下可分化為不同的細胞,其分化產物的類型依賴于各種條件:如特定的低氧張力,培養(yǎng)的時間及是否在低氧下預培養(yǎng),MSCs的來源不同等因素。雖然目前低氧對MSC的研究結果有一定偏差,缺乏一致性,特別是低氧對其分化能力的影響,但可以明確的是氧張力對MSC的生物學作用及其在再生醫(yī)學中的運用是不可忽視的。通過控制氧張力來影響細胞的生物學行為在一系列的影響因素中最為突出,且簡單易行,但具體什么樣的氧體積分數最有利于間充質干細胞的培養(yǎng)與增殖、分化與歸巢以及其發(fā)生機制仍有待于進一步的研究。

        [參考文獻]

        [1]許怡薇,馮 凱,石炳毅.干細胞在再生醫(yī)學領域的臨床應用現狀及其前景[J].中國組織工程研究與臨床康復,2009,13(36):7163-7166.

        [2]Friedenstein AJ,Piatetzky-Shapiro Ⅱ,Petrakova KV.Osteogenesis in transplants of bone marrow cells[J].J Embryol Exp Morphol,1966,16(3):381-390.

        [3]Caplan AI.Mesenchymal stem cells[J].J Orthop Res,1991,9(4):641-650.

        [4]Barry FP,Murphy JM.Mesenchymal stem cells:clinical applications and biological characterization[J].Int J Biochem Cell Biol, 2004,36(4):568-584.

        [5]Csete M.Oxygen in the cultivation of stem cells[J].Ann N Y Acad Sci,2005,1049:1-8.

        [6]Lennon DP,Edmison JM,Caplan AI.Cultivation of rat marrow-Derived mesenchymal stem cells in reduced oxygen tension:effects on in vitro and in vivo osteochondrogenesis[J].J Cell Physiol,2001,187(3):345-355.

        [7]Cipolleschi MG,Dello Sbarba P,Olivotto M.The role of hypoxia in the maintenance of hematopoietic stem cells[J].Blood,1993,82(7):2031-2037.

        [8]Ma T,Grayson WL,Froblich M,et al.Hypoxia and stem cell-based engineering of mesenchymal tissues[J].Biotechnol Prog,2009,25(1):32-42.

        [9]Cooper PD,Burt AM, Wilson JN.Critical effect of oxygen tension on rate of growth of animal cells in continuous suspended culture[J].Nature,1958,182(4648):15080-15089.

        [10]Meijer GJ,de Brujin,JD,Koole R,et al.Cell based bone tissue engineering in jaw defects[J].Biomaterials,2008,29(21):3053-3061.

        [11]Nesselmann C,Ma N,Bieback K,et al.Mesenchymal stem cells and cardiac repair[J].J Cell Mol Med,2008,12(58):1795-1810.

        [12]Rouwkema J,Rivron NC,van Bitterswijk CA.Vascularization in tissue engineering[J].Trends Biotechnol,2008,26(75):434-449.

        [13]Geng YJ.Molecular mechanisms for cardiovascular stem cell apoptosis and growth in the hearts with atherosclerotic coronary disease and ischemic heart failure[J].Ann NY Acad Sci,2003,1010:687-697.

        [14]Sobajima S,Vadala G,Shimer A,et al.Feasibility of a stem cell therapy for intervertebral disc degeneration[J].Spine,2008,8(6),888-896.

        [15]Zhang YG,Guo X,Xu P,et al.Bone mesenchymal stem cells transplanted into rabbit intervertebral idscs can increase proteoglyacns[J].Clin Orthop Relat Res,2005,(430):219-226.

        [16]Murphy JM,Fink DJ,Hunziker EB,et al.Stem cell therapy in a caprine model of osteoarthritis[J].Arthritis Rheum,2003,48(12):3464-3474.

        [17]Zhu W,Chen J,Cong X,et al. Hypoxia and serum deprivation-induced apoptosis in mesenchymal stem cells[J].Stem Cells,2006,24(3):416-428.

        [18]Jaakkola P,Mole DR,Tian YM,et al.Targeting of HIF-alpha to the von Hippel-Lindau ubiquitylation complex by O2-regulated prolyl hydroxylation[J].Science,2001,292(76):468-493.

        [19]Greijer AE,Vander wall E.The role of hypoxia inducible factor 1 in hypoxia induced apoptosis[J].J Clin Pathol,2004,57(10):1009-1014.

        [20]Hu X,Yu Sp,Fraser JL,et al.Transplantation of hypoxia-preconditioned mesenchymal stem cells improves infarcted heart function via enhanced survival of implanted cells and angiogenesis[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2008,135(4),799-808.

        [21]孔宏亮,張利群,齊國先,等.Akt基因轉染對骨髓間充質干細胞缺氧時凋亡和增殖的影響[J].中國組織化學與細胞化學雜志,2008,17(3):225-231.

        [22]Grayson WL,Zhao F,Bunnell B,et al.Hypoxia enchances prolife-ration and tissue formation of human mesenchymal stem cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2007,358(43):948-959.

        [23]Grayson WL,Zhao F,Izadpanah R,et al.Effects of hypoxia on human mesenchymal stem cell expansion and plasticity in 3D constructs[J].J Cell Physiol,2006,207(59):331-352.

        [24]Rosova I,Dao M,Capoccia B,et al.Hypoxic precond-Itioning results in increased motility and improved therapeutic potential of human mesenchymal stem cells[J].Stem Cells,2008,26(3):2173-2188.

        [25]Hung SC,Pochampally RR,Hsu SC,et al.Short-term exposure of multipotent stromal cells to low oxygen increases their espression of CX3CR1 and CXCR4 and their engraftment in vivo[J].PLOS ONE,2007,2(3):416-426.

        [26]Martin-Rendon E,Hale SJ,Ryan D,et al.Transcriptional profiling of human cord blood CD133+ and cultured bone marrow mesenchymal stem cells in response to hypoxia[J].Stem Cell,2007,25(5):1003-1017.

        [27]Yun SP,Lee MY,Ryu JM,et al.Role of HIF-1 and VEGF in human mesenchymal stem cell proliferation by estradiol-17:Involvement of the PKC,PI13K/Akt,and MAPKs[J].Am J Physiol Cell Physiol,2008,296(56):317-326.

        [28]D'Ippolito G,Diabira S,Howard GA,et al.Low oxygen tension inhibits osteogenic differentiation and enhances stemness of human MIAMI cells[J].Bone,2006,39(27):513-526.

        [29]Scherer K,Schunke M,Sellckau R,et al.The influence of oxygen and hydrostatic pressure on articular chondrocytes and adherent bone marrow cells in vitro[J].Biorheology,2004,41(19):323-333.

        [30]Salim A,Nacamuli RP,Morgan EF,et al.Transient changes in oxygen tension inhibit osteogenic differentiation and Runx2 expression in osteoblasts[J].J Biol Chem,2004,279(38):4007-4025.

        [31]Wang DW,Fermor B,Gimble JM,et al.Influence of oxygen on the proliferation and metabolism of adipose derived adult stem cells[J].J Cell Physiol,2005,204(1):184-196.

        [32]Potier E,Ferreira E,Andriamanalijaona R,et al.Hypoxia affects mesenchymal stromal cell osteogenic differentiation and angiogenic factor expression[J].Bone,2007,40(4):1078-1086.

        [33]Kanichai M,Ferguson D,Prenderqast PJ,et al.Hypoxia promotes chondrogenesis in rat messenchymal stem cells:a role for AKT and hypoxia-inducible factor(HIF)-1alpha[J].J Cell Physiol,2008,216(3):708-715.

        [34]Barbash IM,Chouraqui P,Baron J,et al.Systemic delivery of bone marrow-derived mesenchymal stem cells to the infarcted myocardium:feasibility,cell migration,and body distribution[J].Circulation,2003,108(7):863-868.

        [35]Ji JF,He BP,Dheen ST,et al.Expression of chemokine receptors CXCR4,CCR2,CCR5 and CX3CR1 in neural progenitor cells isolated from the subventricular zone of the adult rat brain[J].Neurosci Lett,2004,355(3):236-240.

        [36]Ma Q,Jones D,Borqhesani PR,et al.Impaired B-lymphopoiesis,myelopoiesis,and derailed cerebellar neuron migration in CXCR4- and SDF-1-deficientmice[J].Proc Natl Acad Sci USA ,1998,95(16):9448-9453.

        [37]Tepper OM,Galiano RD,Capla JM,et al.Human endothelial progenitor cells from typeⅡ diabteics exbibit impaired proliferation,adhesion,and incorporation into vascular structures[J].Circulation,2002,106(22):2781-2786.

        [38]李士勇,鄧宇斌.SDF-1/CXCR4軸在缺氧缺血性腦損傷中的研究進展[J].生命科學,2008,20(3):463-466.

        [39]王心蕊,何 旭,王醫(yī)術,等.低氧促進人骨髓間充質干細胞遷移的實驗研究[J].中國免疫學雜志,2006,22(12):1100-1102.

        [40]Stellos K,LangerH,Daub K,et al.Platelet-derived stromal cell-derived factor-1 regulates adhesion and promtoes differentiation of human CD34+ cells to endothelial progenitor cells[J].Circulation,2008,117(2):206-215.

        [收稿日期]2011-10-24 [修回日期]2011-11-18

        編輯/李陽利

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