干细胞的主要功能?干细胞到底是什么?干细胞的主要功能和作用
首先干细胞是人体内各种组织器官更新换代的种子细胞,它具有分化的能力,可以再生出我们人体各种组织器官需要的细胞。因此它被称为是现代医学最神奇的发现,也是21世纪能够改变人类的一项重要成果。干细胞的出现改变了许多疾病治疗的理念,给人们带来健康的身体、年轻的面容、充沛的精力和更长的寿命,甚至有时是我们活下来的唯一机会。
一个生命都是从一颗细胞开始的,那就是干细胞。干细胞也被称为万能细胞。从第一颗干细胞开始将逐渐分化成我们人体内240多种细胞类型,从而组成人体的各种组织、器官和系统。因此细胞健康是人体健康的基础。
人体由60万亿-100万亿个细胞组成,如果组成某个组织或器官的细胞不健康,我们的身体就不会健康。这是因为细胞活动是人类生命的源泉。
我们的身体为了生存,就发挥维持、管理细胞并使有问题的细胞再生的自我修复功能,这种自我修复功能是通过我们体内的干细胞来完成的。干细胞是直接治疗我们身体的治疗剂。
然而随着人体老化,干细胞的数量和活性开始下降,身体自我修复的功能减弱,成人变得容易患病而且伤口不易愈合,也就是说干细胞左右着我们的健康。
干细胞基础知识介绍
干细胞,简单来讲,它是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞,是形成各组织器官的原始细胞。干细胞微环境是干细胞赖以生存的基础,对调控干细胞命运具有重要的作用。干细胞是在全身的某个局部微环境(niche)中被发现的,在这个环境中干细胞处于未分化的休眠状态。
在干细胞和邻近细胞之间存在多种分子机制控制着其分化和自我保护。本文主要介绍涉及创伤修复的四种细胞:间质干细胞(MSCs),造血干细胞(HSC),脂肪干细胞(ADSC)和内皮祖细胞(EPC)。其中MSC主要存在于结缔组织,HSC大部分主要存在于骨髓和血液中,EPC位于血管内皮,而ADSC存储于脂肪组织。
间质干细胞(MSCs)在中胚层内分化成非造血细胞,如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞。间充质干细胞高表达CD105、CD73和CD90。MSCs是临床试验中研究最多的一类细胞。
造血干细胞(HSC)能够分化成为血液系统和免疫系统的细胞,表达CD34分子标记,可以从骨髓、外周血、脐带血中获得。造血干细胞是研究历史最长且最为深入的一类成体干细胞。
脂肪干细胞(ADSC)由脂肪组织中获得,除了表达间充质干细胞标志物,常常表达CD31-CD34+等分子标记。脂肪干细胞属于间充质干细胞的一种。
干细胞与创伤修复
内源性干细胞对创伤的反应包括:从休眠状态中苏醒;从特定的干细胞巢 (niche) 动员;向受伤的部位迁移;分化产生特定细胞。此外,长期病理性炎性反应会导致干细胞的功能失调,使干细胞的数量减少,最终导致组织再生失败。
在创伤后,MSCs与HSC的迁移已被许多趋化作用阐明。 其中一种信号途径就是SDF-1/CXCR4 (基质衍生因子1/特异性趋化因子受体4) 轴。这条信号轴解释了干细胞在局部停留及向受伤部位迁移的过程。
CXCR4是BMSCs的一种受体,它能结合SDF-1。SDF-1是一种由骨髓内皮细胞和基质细胞表达的蛋白质,继受伤后,SDF-1在组织损伤的部位产生,其浓度高于骨髓处,于是骨髓中MSCs向受伤部位转移。SDF-1的表达受缺氧诱导因子-1 (HIF-1) 和一氧化氮 (NO) 调控。
在正常生理情况下,骨髓中的SDF-1浓度稍高,有利于保留BMSCs。这在动物骨折和心肌损伤模型中已被证实, CXCR4 受体的上调也使得MSCs向SDF-1浓度高的地方迁移得到进一步加强。
干细胞与骨折愈合
骨折会引起骨髓内间充质干细胞的增生,骨髓和骨膜内的驻留干细胞会迁移至损伤部位。 因为在骨折处需要有一定数量的干细胞进行修复创伤,同时骨萎缩也被证实与骨折处缺乏干细胞有关。
恢复良好的血供是干细胞迁移并存活的必要条件。 Atesok. K等发现: 在小鼠骨折后进行纯化后的内皮祖细胞注射,有利于血管增生及更快的骨折愈合:在骨折部位EPC的血管生成效应与增加的亲血管生成因子hVEGF、hFGF2和hHGF 44的局部水平相关;同时还发现MSCs的迁移与增加的小鼠骨痂体积和强度有关联。MSCs约在EPC使用后第14天出现在骨折处。这些治疗效果与BMSCs迁移后局部BMP-21 (骨形态生成蛋白) 的表达有关。
在受伤后,干细胞对血管生成有直接和间接的影响。 一些研究表明,EPC迁移到受伤的部位后直接参与了新生血管的形成。 其他的研究也已经证实EPC通过生长因子、细胞因子的调节促进新生血管生成。
MSCs和ADSC也有促进血管生成的作用。 这些血管生成功能最终有助于改善骨折的愈合、毛细血管再生、伤口的康复及减少炎症并发症。
干细胞还可以对机械刺激产生反应。 体外研究,已经证实了干细胞对以下刺激有反应,如牵拉、压迫、剪切、震荡、超声波等。在拉伸、压迫和超声波等刺激下,干细胞可表现出成骨分化。相反地,Dai等人发现,对小鼠的MSCs进行反重力作用的试验可抑制其成骨分化。有研究表明在体外试验时,低强度脉冲超声波可促进MSCs的成骨转化。
促进细胞间信号传导的恢复
细胞的信号传导,是指信号分子通过与细胞膜上的受体蛋白集合并相互作用,从而引起受体构象变化并导致细胞内产生新的信号物质,激发出诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能改变的应答过程。
信号传导是一个重要的基本生命现象。从最简单的单细胞生命体,到最高级的人类自身,各类细胞时时刻刻都与胞外环境或其他细胞发生着联系,进行着信息的传导与交流,以使生命体与体外环境以及生命体本身能够维持平衡。同时,信号传导还调控着许多生命过程,比如,细胞的增殖与细胞周期调控、细胞迁移、细胞形态与功能的分化与维持、免疫、应激、细胞恶变与细胞凋谢等等。
干细胞疗法是当今医学研究最前沿也是最热门的方向之一,取得了令人兴奋的成果。 每一项成功的临床试验,背后都有扎实的基础研究作为铺垫,其中涉及 干细胞本身的生物学特性、适应症的选择,给药方式的选择,细胞的选择和给药的剂量,这些都是成功的非常关键因素。
在干细胞治疗临床应用之前,还需要克服许多困难。 在动物模型和临床试验中仍需要进一步的研究干细胞在组织修复上的作用机制。 此外,这些潜在的治疗方法是否会导致功能改善和副作用也有待观察。