第17卷第23 013-06-04出版 17.No do:10.3969issn.20954344.201323021 /http.//www.crter.org 了维进,苏志达,江华肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用中国组织工程研究,2013,17(23)4328-43 肌源千细胞在组织工程和再生医学的应用☆ 丁维进23,苏志达2,江华2 1解放军第264医院美容整形科,山西省太原市030001 2解放军第二军医大学长征医院整形外科,上海市200003 3解放军第二军医大学长征医院神经科学研究中心,上海市200003 文章亮点: 1此问题的已知信息:肌源干细胞具有大量的组织来源,通过适当的方法易于分离,便于体外操作,更 维进☆,男,1982年生 重要的是肌源干细胞具有长时间自我更新能力、多系统分化潜能和免疫优越性的特点。 江苏省海安县人,汉族 2011年解放军第二军医 2文章增加的新信息:是否会发现肌源干细胞新的表面标记物将其分为更多的亚群,是否能从人体组织中分大学毕业,博士,主要 离得到具有单一确切标记物的肌源干细胞细胞群,如何调节体内微环境诱导肌源干细胞定向分化,如何i 事周国神经损伤后修复研 控肌源干细胞与受区周围细胞之间的相互作用,如何深入了解肌源干细胞移植后与性别相关的差异表现, 如何通过更为精准的基因学方法调控肌源干细胞的命运,这些都是肌源干细胞研究必须面临的问题 dingwen@yahoo.cn 3临床应用的意义:以肌源干细胞为基础的组织工程学和再生医学研究,为临床治疗各种骨骼肌疾病 通讯作者:江华,解放军 心肌疾病、泌尿系统和神经系统的疾病提供临床治疗依据。 第二军医大学长征医院 整形外科,神经科学研究 关键词 海市200003 干细胞:干细胞学术探讨:肌源干细胞:肌卫星细胞:组织工程:再生医学:成体干细胞:分离培养;中图分类号R318 组织工程:血管再生 文献标识码B 文章编号:20954344 摘要 背景:肌卫星细胞是肌组织损伤后修复的主要细胞来源,在肌组织再生研究领域受到广泛关注 枚稿日期:201301-12 目的:综述肌源干细胞生物学特点及在组织工程和再生医学领域的应用,探讨肌源干细胞的临床应用价(2010412000 值和前景 方法:应用计算机检索维普数据库和 Pubmed数据库中2000年1月至2011年4月关于肌源干细胞研 究应用的文章,在标题和摘要中以“肌源干细胞,肌卫星细胞,组织工程,再生医学,成体干细胞”或 “ MDSCS,Mscs,Ascs, regenerative medicine; tissue engineering”为检索词进行检索。选择文章 内容与肌源干细胞研究应用相关文献,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到 189篇文献,根据纳入标准选择25篇文献进行综述分析。 结果与结论:已有的动物实验和成功的临床试验表明,结合基因工程技术和组织工程的基本原则,以肌 源干细胞为基础的组织工程化组织和细胞学治疗可以通过安全的措施应用于各种骨骼肌疾病、心肌疾 病、泌尿系统和神经系统,为临床医生及相关疾病领域患者提供良好治愈前景。但肌源干细胞研究仍面 临着许多问题 Application of muscle-derived stem cells in tissue engineering and regenerative medicine 1 Aesthetic Plastic Surgery Department, the 264 Hospital of Chinese PLA, Taiyuan 030001, Shanxi Province, chin 2 Plastic and Reconstructive Department, Changzheng Hospital, Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200003, China 3 Neuroscience Research Center, Changzheng Hospital, Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200003, China 4328 Po.Box1200,Shenyang110004www.crter.org C1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
中国组织工程研究 第 17 卷 第 23 期 2013–06–04 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research June 4, 2013 Vol.17, No.23 doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.23.021 [http://www.crter.org] 丁维进，苏志达，江华. 肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用[J].中国组织工程研究，2013，17(23):4328-4333. 4328 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org www.CRTER.org 丁维进☆，男，1982 年生， 江苏省海安县人，汉族， 2011 年解放军第二军医 大学毕业，博士，主要从 事周围神经损伤后修复研 究。 dingweijin@yahoo.cn 通讯作者：江华，解放军 第二军医大学长征医院， 整形外科，神经科学研究 中心，上海市 200003 中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:2095-4344 (2013)23-04328-06 收稿日期：2013-01-12 修回日期：2013-02-29 (20110412004/D·Q) 肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用☆ 丁维进1，2，3 ，苏志达2 ，江 华1，2 1 解放军第 264 医院美容整形科，山西省太原市 030001 2 解放军第二军医大学长征医院整形外科，上海市 200003 3 解放军第二军医大学长征医院神经科学研究中心，上海市 200003 文章亮点： 1 此问题的已知信息：肌源干细胞具有大量的组织来源，通过适当的方法易于分离，便于体外操作，更 重要的是肌源干细胞具有长时间自我更新能力、多系统分化潜能和免疫优越性的特点。 2 文章增加的新信息：是否会发现肌源干细胞新的表面标记物将其分为更多的亚群，是否能从人体组织中分 离得到具有单一确切标记物的肌源干细胞细胞群，如何调节体内微环境诱导肌源干细胞定向分化，如何调 控肌源干细胞与受区周围细胞之间的相互作用，如何深入了解肌源干细胞移植后与性别相关的差异表现， 如何通过更为精准的基因学方法调控肌源干细胞的命运，这些都是肌源干细胞研究必须面临的问题。 3 临床应用的意义：以肌源干细胞为基础的组织工程学和再生医学研究，为临床治疗各种骨骼肌疾病、 心肌疾病、泌尿系统和神经系统的疾病提供临床治疗依据。 关键词： 干细胞；干细胞学术探讨；肌源干细胞；肌卫星细胞；组织工程；再生医学；成体干细胞；分离培养； 骨组织工程；血管再生 摘要 背景：肌卫星细胞是肌组织损伤后修复的主要细胞来源，在肌组织再生研究领域受到广泛关注。 目的：综述肌源干细胞生物学特点及在组织工程和再生医学领域的应用，探讨肌源干细胞的临床应用价 值和前景。 方法：应用计算机检索维普数据库和 Pubmed 数据库中 2000 年 1 月至 2011 年 4 月关于肌源干细胞研 究应用的文章，在标题和摘要中以“肌源干细胞，肌卫星细胞，组织工程，再生医学，成体干细胞”或 “MDSCs，MSCs，ASCs, regenerative medicine；tissue engineering”为检索词进行检索。选择文章 内容与肌源干细胞研究应用相关文献，同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到 189 篇文献，根据纳入标准选择 25 篇文献进行综述分析。 结果与结论：已有的动物实验和成功的临床试验表明，结合基因工程技术和组织工程的基本原则，以肌 源干细胞为基础的组织工程化组织和细胞学治疗可以通过安全的措施应用于各种骨骼肌疾病、心肌疾 病、泌尿系统和神经系统，为临床医生及相关疾病领域患者提供良好治愈前景。但肌源干细胞研究仍面 临着许多问题。 Application of muscle-derived stem cells in tissue engineering and regenerative medicine Ding Wei-jin1, 2, 3, Su Zhi-da2 , Jiang Hua1, 2 1 Aesthetic Plastic Surgery Department, the 264 Hospital of Chinese PLA, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China 2 Plastic and Reconstructive Department, Changzheng Hospital, Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200003, China 3 Neuroscience Research Center, Changzheng Hospital, Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200003, China
维进,等剧源干细胞在组织工程和再生医学的应用 Www.crter. org 264 Hospital of Chinese PLA. BACKGROUND: Muscle satellite cells are a main cell source for the repair of muscle tissue injury, and have been aiyuan 030001, shan id extensive attention in the study of muscle tissue regeneration rovince. China: Plastic and OBJECTIVE: To summarize the biological properties of muscle-derived stem cells and its application in the field Changzheng Hospital, Second of tissue engineering and regenerative medicine, and to explore the clinical application value and perspective of Miitary Medical University of METHODS: We retrieved Vip database and PubMed database for articles concerning the application of hina, Neurosaence Research muscle-derived stem cells published from January 2000 to April 2011. In titles and abstracts, the key words were enter, Changzheng Hospital, econd Military Medical muscle-derived stem cells, muscle satellite cells, tissue engineering, regenerative medicine, adult stem cells MDSCs, MSCs, ASCs" Articles addressing the application of muscle-derived stem cells were included, and those 200003 China in the same field published recently or in authorized joumals were included. 189 literatures were primarily collected, and a total of 25 literatures were included according to the inclusion criteria RESULTS AND CONCLUSION: Animal experiments and success clinical experiments suggested that in Corresponding author. Jiang Hua, Aesthetic Plastic Surger combination of genetic engineering and tissue engineering, tissue engineered tissues and cytological therapy based on muscle-derived stem cells can be used in various skeletal muscle diseases, myocardial diseases urinary system and nervous system by safe measures. This provides a good healing perspective for clinical 30001 Shanxi Province physicians and patients, but the study of muscle-derived stem cells still faced many problems. China: Plastic and Key Words: stem cells; stem cell academic discussion: muscle-derived stem cells; muscle satellite cells; tissue wangzheng Hospital, Second engineering; regenerative medicine: adult stem cells; isolation and culture; bone tissue engineering; vascular regeneration Ding WJ, Su ZD, Jiang H. Application of muscle-derived stem cells in tissue engineering and regenerative medicine. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu 2013: 17(23): 4328-4333 Accepted: 2013-0 0引言 近来从人体肌组织分离得到肌源干细胞为该领域的硏究带来新方向,拉近了肌源干 细胞和临床应用之间的距离。以肌源干细胞为基础的组织工程学和再生医学研究,为临 床治疗各种骨骼肌疾病、心肌疾病、泌尿系统和神经系统的疾病提供了令人振奋的前景, 现就肌源干细胞国内外研究现状进行综述。 资料和方法 1.1资料来源由笫一作者在2011年4月进行检索。检索数据库: PubMed数据库,网址 htt/www.ncbi.nim.gov/pubmed;维普数据库,网址htp/www.vmis.net.cn/yixue ndex.asp。检索时间范围为1999年1月至2011年4月。英文检索词为“ MDSCS,MSCs AsCs, regenerative medicine; tissue engineering”;中文检索词为“肌源干细胞,肌卫 星细胞,组织工程,再生医学,成体干细胞 1.2入选标准纳入标准:①肌源干细胞的基础和临床研究。②肌源干细胞的生物学特 点。③肌源干细胞在组织工程和再生医学研究中的应用。排除标准:①与此文目的无关 ②较陈旧的文献。③重复同类研究。 1.3质量评估文献筛选和质量评价由2位研究者独立进行并交叉核对,独立使用统一资 料提取数据,遇有分歧讨论解决 2结果 2.1纳入文献基本情况初检得到189篇文献,中文80篇,荚文109篇。阅读标题和摘要 /SSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4329 C1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
丁维进，等. 肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4329 www.CRTER.org Ding Wei-jin☆, M.D., Aesthetic Plastic Surgery Department, the 264 Hospital of Chinese PLA, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China; Plastic and Reconstructive Department, Changzheng Hospital, Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200003, China; Neuroscience Research Center, Changzheng Hospital, Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200003, China dingweijin@yahoo.cn Corresponding author: Jiang Hua, Aesthetic Plastic Surgery Department, the 264 Hospital of Chinese PLA, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China; Plastic and Reconstructive Department, Changzheng Hospital, Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200003, China Received: 2013-01-12 Accepted: 2013-02-29 Abstract BACKGROUND: Muscle satellite cells are a main cell source for the repair of muscle tissue injury, and have been paid extensive attention in the study of muscle tissue regeneration. OBJECTIVE: To summarize the biological properties of muscle-derived stem cells and its application in the field of tissue engineering and regenerative medicine, and to explore the clinical application value and perspective of muscle-derived stem cells. METHODS: We retrieved Vip database and PubMed database for articles concerning the application of muscle-derived stem cells published from January 2000 to April 2011. In titles and abstracts, the key words were “muscle-derived stem cells, muscle satellite cells, tissue engineering, regenerative medicine, adult stem cells, MDSCs, MSCs, ASCs”. Articles addressing the application of muscle-derived stem cells were included, and those in the same field published recently or in authorized journals were included. 189 literatures were primarily collected, and a total of 25 literatures were included according to the inclusion criteria. RESULTS AND CONCLUSION: Animal experiments and success clinical experiments suggested that in combination of genetic engineering and tissue engineering, tissue engineered tissues and cytological therapy based on muscle-derived stem cells can be used in various skeletal muscle diseases, myocardial diseases, urinary system and nervous system by safe measures. This provides a good healing perspective for clinical physicians and patients, but the study of muscle-derived stem cells still faced many problems. Key Words: stem cells; stem cell academic discussion; muscle-derived stem cells; muscle satellite cells; tissue engineering; regenerative medicine; adult stem cells; isolation and culture; bone tissue engineering; vascular regeneration Ding WJ, Su ZD, Jiang H. Application of muscle-derived stem cells in tissue engineering and regenerative medicine.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2013;17(23):4328-4333. 0 引言 近来从人体肌组织分离得到肌源干细胞为该领域的研究带来新方向，拉近了肌源干 细胞和临床应用之间的距离。以肌源干细胞为基础的组织工程学和再生医学研究，为临 床治疗各种骨骼肌疾病、心肌疾病、泌尿系统和神经系统的疾病提供了令人振奋的前景， 现就肌源干细胞国内外研究现状进行综述。 1 资料和方法 1.1 资料来源 由第一作者在2011年4月进行检索。检索数据库：PubMed数据库，网址 http://www.ncbi.nlm.gov/PubMed ；维普数据库，网址 http://www.vmis.net.cn/yixue/ index.asp。检索时间范围为1999年1月至2011年4月。英文检索词为“MDSCs，MSCs， ASCs, regenerative medicine；tissue engineering”；中文检索词为“肌源干细胞，肌卫 星细胞，组织工程，再生医学，成体干细胞”。 1.2 入选标准 纳入标准：①肌源干细胞的基础和临床研究。②肌源干细胞的生物学特 点。③肌源干细胞在组织工程和再生医学研究中的应用。排除标准：①与此文目的无关。 ②较陈旧的文献。③重复同类研究。 1.3 质量评估 文献筛选和质量评价由2位研究者独立进行并交叉核对，独立使用统一资 料提取数据，遇有分歧讨论解决。 2 结果 2.1 纳入文献基本情况 初检得到189篇文献，中文80篇，英文109篇。阅读标题和摘要
源干细胞在组织工程和再生医学的应用 CRTER org 进行初筛,排除因研究目的与此文无关及过于陈旧的间间隔来获得高纯度的肌源干细胞。该方法主要通过 文章107篇,内容重复性的研究40篇,共保存25篇中细胞培养板预先铺被多聚赖氨酸或胶原蛋白溶液,利 英文文献做进一步分析。文献[1-8]综述了肌源干细胞用少量上皮细胞和成纤维细胞较快贴壁而肌源干细胞 的起源和研究进展,文献[9-16]阐述了肌源干细胞常需较长时间贴壁的差异,逐步将肌源干细胞分离纯化 用的培养方法,文献[17-25]总结了肌源干细胞在组织 工程和再生医学研究中的应用 流式细胞仪分选法(FACS):Yu等和 Bhagavati等 图利用肌源干细胞不能被 Hoechst33342染色的特 2.2结果描述 点,应用FACS法分离纯化肌源干细胞。 Tamaki等同 221肌源千细胞的研究起源长期以来肌组织中应用类似方法,利用双激光波长鉴别分离MDSC中 的肌卫星细胞受到关注和深入研究,其由Katz等首的两个亚群,CD34/CD45细胞群和CD34/CD45 次发现,是普遍存在于肌组织中的一类前体细胞,能细胞群 够促进新生个体肌组织的正常发育和损伤后修复,能 够保持通过自我复制和分化维持肌组织的形态和体 非贴壁生长法: Arsic等则通过非贴壁生长法分离 积,进而维持肌肉的功能阳。肌卫星细胞在成熟肌组肌源干细胞。其肌组织取材于2-8周龄的动物,消化 织中位于肌膜下的特殊位置,这使得肌卫星细胞紧贴方法类似于αu等描述的差速贴壁法,但未使用胰蛋 于肌纤维表面,呈现包绕成熟肌组织的布局。肌卫星白酶。细胞悬液首次贴壁24h后收集上清再次贴壁培 细胞在肌组织损伤后即被激活,能够迅速增殖和分养,重复6次,最后收集上清培养一两周后可以收集 化,促进肌组织的缺损。由此,损伤后肌组织的再生得到肌源千细胞。冠之以非贴壁生长法,实质也是利 被认为全部归功于肌卫星细胞。但这一结论被成体肌用少量上皮细胞和成纤维细胞较快贴壁而肌源干细 组织中分离得到的一类多能细胞打破,这类细胞也被胞需较长时间贴壁的时间差异进行差速贴壁,最后收 称之为侧群千细胞。 Bhagavati等从肌组织中分离得集悬液中未贴壁的肌源干细胞进行培养。 到侧群千细胞,将其注射到经过致死剂量射线照射后 的小鼠血管内,发现此类细胞可以持续増殖并分化为2.2.3肌源干细胞的生物学特性 几乎所有类型的血细胞,证实了其自我更新和多潜能 肌源干细胞的形态和细胞表面标记物:作为新近研究 分化的能力,因而也被赋予肌源干细胞的名称。有实的成体千细胞,出现了多种关于肌源干细胞表面特异 验表明,向缺损肌组织中移植骨髓来源的干细胞和肌性标记物的不冋描述。尽管许多不冋的表面标记物被 组织来源的干细胞同样可以促进肌肉组织的再生,但用来鉴定肌源干细胞,但CD34和Sca-1几乎得到研 单独移植肌组织来源的干细胞后发现肌卫星细胞数究者们的一致认可,而 Desmin作为显示其肌组织来 目増加更为眀显;且当肌源干细胞被特定的条件培液源的标记物也被广泛应用。CD34是细胞表面具有跨 或组织微环境诱导时,可以转化为成肌细胞 膜结构的一类糖蛋白分子,一般用来标记来自不同种 属的造血干细胞,Sca-1同样也是多数种属造血干细 222肌源干细胞的分离培养方法不同的实验室胞表面特有的蛋白分子,一般作为肌组织来源的干细 通过各自的方法从肌组织中分离得到干细胞,并冠以胞特有的标记物之一Qu等同分离培养的肌源干细胞 肌源干细胞、侧群干细胞、 mesoangioblasts和中,细胞多数呈现小圆形形态,部分呈现短梭形,折 pericytes等名称等名称,部分方法分离得到的肌组光性强,90%的细胞表达Sca-1,同时该实验室利用流 织来源千细胞与肌卫星细胞的关系尚待进一步阐明,式细胞分选的方法研究CD34(+)细胞和Sca-1(+)细胞 但结合这些研究报道中所得细胞在体内和体外均具之间的关系。研究表明肌源干细胞细胞中79%的细胞 有自我复制和多分化潜能的特性,参考干细胞定义的表达CD34,60%的细胞同时表达Sca1和CD34,其中 根本要义,可以统称为肌源干细胞12.以下简述常10%的细胞表达为Sca-1(+)CD34(-).Sea等同样证 肌源干细胞分离方法。 实肌源干细胞表达Sca-1,而不表达 M-cadherin和 Pax7等肌卫星特异性标记物同。重要的是肌源干细胞 差速贴壁法( Preplate法):u等阿最先应用差速贴壁并不表达造血干细胞特有的cKt和CD45,从而排除出 法分离肌源干细胞,经过不断地探索贴壁的次数和时了早期关于肌源干细胞来源于游走的造血细胞的猜 4330 Po. Box 1200, Shenyang 110004 wwW. crter. org C1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
丁维进，等. 肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用 4330 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org www.CRTER.org 进行初筛，排除因研究目的与此文无关及过于陈旧的 文章107篇，内容重复性的研究40篇，共保存25篇中 英文文献做进一步分析。文献[1-8]综述了肌源干细胞 的起源和研究进展，文献[9-16]阐述了肌源干细胞常 用的培养方法，文献[17-25]总结了肌源干细胞在组织 工程和再生医学研究中的应用。 2.2 结果描述 2.2.1 肌源干细胞的研究起源 长期以来肌组织中 的肌卫星细胞受到关注和深入研究，其由Katz等[1]首 次发现，是普遍存在于肌组织中的一类前体细胞，能 够促进新生个体肌组织的正常发育和损伤后修复，能 够保持通过自我复制和分化维持肌组织的形态和体 积，进而维持肌肉的功能[2]。肌卫星细胞在成熟肌组 织中位于肌膜下的特殊位置，这使得肌卫星细胞紧贴 于肌纤维表面，呈现包绕成熟肌组织的布局。肌卫星 细胞在肌组织损伤后即被激活，能够迅速增殖和分 化，促进肌组织的缺损。由此，损伤后肌组织的再生 被认为全部归功于肌卫星细胞。但这一结论被成体肌 组织中分离得到的一类多能细胞打破，这类细胞也被 称之为侧群干细胞。Bhagavati等[3]从肌组织中分离得 到侧群干细胞，将其注射到经过致死剂量射线照射后 的小鼠血管内，发现此类细胞可以持续增殖并分化为 几乎所有类型的血细胞，证实了其自我更新和多潜能 分化的能力，因而也被赋予肌源干细胞的名称。有实 验表明，向缺损肌组织中移植骨髓来源的干细胞和肌 组织来源的干细胞同样可以促进肌肉组织的再生，但 单独移植肌组织来源的干细胞后发现肌卫星细胞数 目增加更为明显；且当肌源干细胞被特定的条件培液 或组织微环境诱导时，可以转化为成肌细胞。 2.2.2 肌源干细胞的分离培养方法 不同的实验室 通过各自的方法从肌组织中分离得到干细胞，并冠以 肌源干细胞、侧群干细胞、 mesoangioblasts和 pericytes等名称等名称[4]，部分方法分离得到的肌组 织来源干细胞与肌卫星细胞的关系尚待进一步阐明， 但结合这些研究报道中所得细胞在体内和体外均具 有自我复制和多分化潜能的特性，参考干细胞定义的 根本要义，可以统称为肌源干细胞[1-2]。以下简述常 见的肌源干细胞分离方法。 差速贴壁法(Preplate法)：Qu等[5]最先应用差速贴壁 法分离肌源干细胞，经过不断地探索贴壁的次数和时 间间隔来获得高纯度的肌源干细胞。该方法主要通过 细胞培养板预先铺被多聚赖氨酸或胶原蛋白溶液，利 用少量上皮细胞和成纤维细胞较快贴壁而肌源干细胞 需较长时间贴壁的差异，逐步将肌源干细胞分离纯化。 流式细胞仪分选法(FACS)：Yu等[2]和Bhagavati等 [3]利用肌源干细胞不能被Hoechst 33342染色的特 点，应用FACS法分离纯化肌源干细胞。Tamaki等[8] 应用类似方法，利用双激光波长鉴别分离MDSC中 的两个亚群，CD34+ /CD45- 细胞群和CD34+ /CD45+ 细胞群。 非贴壁生长法：Arsic等[6]则通过非贴壁生长法分离 肌源干细胞。其肌组织取材于2-8周龄的动物，消化 方法类似于Qu等[5]描述的差速贴壁法，但未使用胰蛋 白酶。细胞悬液首次贴壁24 h后收集上清再次贴壁培 养，重复6次，最后收集上清培养一两周后可以收集 得到肌源干细胞。冠之以非贴壁生长法，实质也是利 用少量上皮细胞和成纤维细胞较快贴壁而肌源干细 胞需较长时间贴壁的时间差异进行差速贴壁，最后收 集悬液中未贴壁的肌源干细胞进行培养。 2.2.3 肌源干细胞的生物学特性 肌源干细胞的形态和细胞表面标记物：作为新近研究 的成体干细胞，出现了多种关于肌源干细胞表面特异 性标记物的不同描述。尽管许多不同的表面标记物被 用来鉴定肌源干细胞，但CD34 和Sca-1几乎得到研 究者们的一致认可，而Desmin作为显示其肌组织来 源的标记物也被广泛应用。CD34是细胞表面具有跨 膜结构的一类糖蛋白分子，一般用来标记来自不同种 属的造血干细胞[3]，Sca-1同样也是多数种属造血干细 胞表面特有的蛋白分子，一般作为肌组织来源的干细 胞特有的标记物之一[4]。Qu等[5]分离培养的肌源干细胞 中，细胞多数呈现小圆形形态，部分呈现短梭形，折 光性强，90%的细胞表达Sca-1。同时该实验室利用流 式细胞分选的方法研究CD34(+)细胞和Sca-1(+)细胞 之间的关系。研究表明肌源干细胞细胞中79%的细胞 表达CD34，60%的细胞同时表达Sca-1和CD34，其中 10%的细胞表达为Sca-1(+)/CD34(-)。Seal等[7]同样证 实肌源干细胞 表达Sca-1，而不表达M-cadherin和 Pax7等肌卫星特异性标记物[5]。重要的是肌源干细胞 并不表达造血干细胞特有的c-Kit和CD45，从而排除出 了早期关于肌源干细胞来源于游走的造血细胞的猜
维进,竽剧源干细胞在组织工程和再生医学的应用 Www.crter. org 测。 Alessand等从人体肱桡肌肌组织分离得到肌源具有向肌组织分化的能力。 Oshima等'将肌源干细 千细胞,其将细胞形态描述为两类:一类颇似肌卫星胞注射到心肌功能不全的动物模型,发现肌源干细胞 细胞的短梭形,一类为小圆形。这与α u-Petersen等在心肌组织中存在时间较成肌细胞和肌卫星细胞更 对小鼠来源的肌源干细胞形态描述颇为相似 为持久,能促进血管生成和抑制心肌重构,更好的改 善心肌的功能 肌源干细胞的干细胞特性: Qu-Petersen等研究发 现,肌源千细胞与其克隆集落表达的细胞表面标记物 肌源干细胞应用于骨组织工程的研究: Claros等曾 基本相同;对第30次传代肌源干细胞进行流式细胞检应用分离得到的一类肌源细胞进行骨组织工程的研 测,发现57%细胞表达为CD34(+)Sca-1(+),8%的细究,最初的研究认为肌组织中存在成骨细胞的前体细 胞为CD34(-)Sca-1(+),这几乎与第10代肌源干细胞胞, Musgrave等进一步通过基因工程的方法使这类 表达一致,且无成瘤现象,充分证实了肌源干细胞体细胞表达骨形态发生蛋白2,发现肌组织中出现了异位 外培养时良好的自我复制能力。 Qu-Petersen等还将骨化现象,并且应用再生的骨组织完好修复了重度联 肌源干细胞移植到杜兴肌营养不良症动物模型中,发合免疫缺陷小鼠的大面积颅骨缺损。研究还发现此类 现成肌细胞前体的数量大量增加,表明肌源干细胞在细胞能够表达一种成骨过程中的特异标记物一一骨钙 体内同样具备良好的自我更新能力;在肌源干细胞移蛋白,这提示基因工程处理后的肌源细胞不仅能表达 植到杜兴肌营养不良症动物体内后90d,仍可检测到骨形态发生蛋白2,而且能够被诱导分化为成骨细胞 抗肌萎缩蛋白阳性表达的新生肌纤维,可见肌源干细 Wright等应用反转录病毒载体将骨形态发生蛋白4 胞在体内拥有和在体外一样的超长时间扩增能力 导入肌源干细胞后发现能促进免疫缺陷动物体内骨 组织再生。肌源干细胞相对于一般肌源细胞具有较弱 肌源干细胞的移植免疫优越性:肌源干细胞的另一个的免疫原性而表现出移植免疫优越性,实验表明肌源 特点是其在移植过程中表现出免疫学优越性。在一组千细胞能在移植受区存在更长的时间,因而相对于 将肌卫星细胞和肌源干细胞分别移植进行肌组织损般肌源细胞而言,利用肌源干细胞作为载体的细胞学 伤修复研究中,肌卫星细胞移植组的修复组织中检测治疗进行骨再生的研究更具有效性。有趣的是, Corsi 到高水平的CD4(+)和CD8(+)细胞,而仅在半数的肌等发现雄性小鼠来源的肌源干细胞在研究中较雌 源干细胞移植组检测到低水平的cD4(+)和CD8(艹)性来源细胞具有更强的成骨能力。 细胞。甚至在一些肌源干细胞移植部位一月后出现大 量新生的抗肌萎缩蛋白阳性表达的肌纤维,而CD4(+) 以种子细胞和细胞支架为基础构建组织工程化 和CD8(艹+)细胞检出率几乎为零。后续研究发现,肌组织是近来的研究热点。Peng等1向肌源干细胞细 源干细胞几乎不表达MHC-1(表达率为0.5%),肌源干胞内转入可控的四环素 tet-on调控反转录病毒载体, 细胞低水平表达MHC-1几乎不触发肌源干细胞移植可以灵活的调控细胞在体内和体外的骨形态发生蛋 受区淋巴系统的细胞免疫反应,降低移植通常会带来白4表达,以期达到调控成骨的目的。然而,后续研 的免疫排斥反应的可能性,从而提高肌源干细胞在移究发现,以含有反转录病毒载体的肌源干细胞移植到 植部位的生存和促进组织再生的能力。 颅骨缺损区,往往会造成骨形态发生蛋白4的过度表 达,形成臃肿的骨组织块,即使减少移植的细胞数量 224肌源干细胞在组织工程和再生医学研究中的也不能减少过量骨组织的生成。Peng等向表达骨形 应用 态发生蛋白4的肌源干细胞内同时转入特异性拮抗基 肌源干细胞应用于骨骼肌和心肌再生的研究:Arsc等间因Nogn,通过对骨形态发生蛋白4和Nogn的双重 将肌源干细胞体外扩増后移植到肌组织缺损的小鼠调控,最终实现了骨鉏织再生的可控性。 体内,发现肌容量恢复57%,肌组织的收缩功能恢复 55%,这两个数据在对照组均为20%左右,显示出肌 肌源干细胞在软骨组织工程中的应用研究:Lee等1 源干细胞对肌组织体积和功能恢复的促进作用。曾首次尝试分离部分肌源细胞以修复动物膝关节软 Gallacher等間同时将肌源干细胞移植到肾脂肪囊下骨的缺损,他们以腺病毒载体将胰岛素样生长因子Ⅰ 层后移植部位出现新生肌组织,以此证实肌源干细胞导入实验动物的肌组织细胞,然后截取3mm×3mm /SSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4331 C1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
丁维进，等. 肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4331 www.CRTER.org 测。Alessandri等[8]从人体肱桡肌肌组织分离得到肌源 干细胞，其将细胞形态描述为两类：一类颇似肌卫星 细胞的短梭形，一类为小圆形。这与Qu-Petersen等[9] 对小鼠来源的肌源干细胞形态描述颇为相似。 肌源干细胞的干细胞特性：Qu-Petersen等[9]研究发 现，肌源干细胞与其克隆集落表达的细胞表面标记物 基本相同；对第30次传代肌源干细胞进行流式细胞检 测，发现57%细胞表达为CD34(+)/Sca-1(+)，8%的细 胞为CD34(-)/Sca-1(+)，这几乎与第10代肌源干细胞 表达一致，且无成瘤现象，充分证实了肌源干细胞体 外培养时良好的自我复制能力。Qu-Petersen等[9]还将 肌源干细胞移植到杜兴肌营养不良症动物模型中，发 现成肌细胞前体的数量大量增加，表明肌源干细胞在 体内同样具备良好的自我更新能力；在肌源干细胞移 植到杜兴肌营养不良症动物体内后90 d，仍可检测到 抗肌萎缩蛋白阳性表达的新生肌纤维，可见肌源干细 胞在体内拥有和在体外一样的超长时间扩增能力。 肌源干细胞的移植免疫优越性：肌源干细胞的另一个 特点是其在移植过程中表现出免疫学优越性。在一组 将肌卫星细胞和肌源干细胞分别移植进行肌组织损 伤修复研究中，肌卫星细胞移植组的修复组织中检测 到高水平的CD4(+) 和CD8(+)细胞，而仅在半数的肌 源干细胞移植组检测到低水平的CD4(+) 和CD8(+) 细胞。甚至在一些肌源干细胞移植部位一月后出现大 量新生的抗肌萎缩蛋白阳性表达的肌纤维，而CD4(+) 和CD8(+)细胞检出率几乎为零。后续研究发现，肌 源干细胞几乎不表达MHC-1(表达率为0.5%)，肌源干 细胞低水平表达MHC-1几乎不触发肌源干细胞移植 受区淋巴系统的细胞免疫反应，降低移植通常会带来 的免疫排斥反应的可能性，从而提高肌源干细胞在移 植部位的生存和促进组织再生的能力。 2.2.4 肌源干细胞在组织工程和再生医学研究中的 应用 肌源干细胞应用于骨骼肌和心肌再生的研究：Arsic等[6] 将肌源干细胞体外扩增后移植到肌组织缺损的小鼠 体内，发现肌容量恢复57%，肌组织的收缩功能恢复 55%，这两个数据在对照组均为20%左右，显示出肌 源干细胞对肌组织体积和功能恢复的促进作用。 Gallacher等[10]同时将肌源干细胞移植到肾脂肪囊下 层后移植部位出现新生肌组织，以此证实肌源干细胞 具有向肌组织分化的能力。Oshima等[11]将肌源干细 胞注射到心肌功能不全的动物模型，发现肌源干细胞 在心肌组织中存在时间较成肌细胞和肌卫星细胞更 为持久，能促进血管生成和抑制心肌重构，更好的改 善心肌的功能。 肌源干细胞应用于骨组织工程的研究：Claros等[12]曾 应用分离得到的一类肌源细胞进行骨组织工程的研 究，最初的研究认为肌组织中存在成骨细胞的前体细 胞。Musgrave等[13]进一步通过基因工程的方法使这类 细胞表达骨形态发生蛋白2，发现肌组织中出现了异位 骨化现象，并且应用再生的骨组织完好修复了重度联 合免疫缺陷小鼠的大面积颅骨缺损。研究还发现此类 细胞能够表达一种成骨过程中的特异标记物——骨钙 蛋白，这提示基因工程处理后的肌源细胞不仅能表达 骨形态发生蛋白2，而且能够被诱导分化为成骨细胞。 Wright等[14]应用反转录病毒载体将骨形态发生蛋白4 导入肌源干细胞后发现能促进免疫缺陷动物体内骨 组织再生。肌源干细胞相对于一般肌源细胞具有较弱 的免疫原性而表现出移植免疫优越性，实验表明肌源 干细胞能在移植受区存在更长的时间，因而相对于一 般肌源细胞而言，利用肌源干细胞作为载体的细胞学 治疗进行骨再生的研究更具有效性。有趣的是，Corsi 等[15]发现雄性小鼠来源的肌源干细胞在研究中较雌 性来源细胞具有更强的成骨能力。 以种子细胞和细胞支架为基础构建组织工程化 组织是近来的研究热点。Peng等[16]向肌源干细胞细 胞内转入可控的四环素tet-on调控反转录病毒载体， 可以灵活的调控细胞在体内和体外的骨形态发生蛋 白4表达，以期达到调控成骨的目的。然而，后续研 究发现，以含有反转录病毒载体的肌源干细胞移植到 颅骨缺损区，往往会造成骨形态发生蛋白4的过度表 达，形成臃肿的骨组织块，即使减少移植的细胞数量 也不能减少过量骨组织的生成。Peng等向表达骨形 态发生蛋白4的肌源干细胞内同时转入特异性拮抗基 因Noggin，通过对骨形态发生蛋白4和Noggin的双重 调控，最终实现了骨组织再生的可控性。 肌源干细胞在软骨组织工程中的应用研究：Lee等[17] 曾首次尝试分离部分肌源细胞以修复动物膝关节软 骨的缺损，他们以腺病毒载体将胰岛素样生长因子Ⅰ 导入实验动物的肌组织细胞，然后截取3 mm×3 mm
维进,等剧源干细胞在组织工程和再生医学的应用 Ctor WwW.cri TER. org 大小肌组织用以修复同等大小负重区堿软骨组织缺提示与肌源干细胞的共培能够促进蛋白多糖的生成 损,研究结果表明术后6周实验组得到了较妤的修复和髓核细胞的扩增。 效果。 Adachi等1则将表达I型胶原蛋白的基因导入 部分肌源细胞,用以修复全层缺损的软骨组织,实验肌源干细胞在神经系统的研究: Alessandri等将肌 组3周后的组织修复效果几乎与软骨移植组相当;并源千细胞诱导分化为神经系统胶质细胞,分化得到的 且在长达24周的观察中,细胞移植组出现优于软骨移细胞表达GFAP,b- tubulinⅢ和S100,分别是星形 植组的修复效果,并能分泌Ⅱ型胶原蛋白。 Adachi角质细胞、神经元和寡突胶质细胞得标记物。Schu[z 等强调了肌源细胞在整个过程中充当载体角色的重等四将肌源干细胞诱导分化为表达RT-97,b- - tubulin 要作用,同时提示在肌源细胞中包含有一类干细胞,Ⅲ,神经丝蛋白160,神经丝蛋白200, synapsin, 这类干细胞能分化为成软骨细胞并促进软骨组织的 CNPase和R|P的寡突胶质细胞及表达GFAP的星形 修复。为了验证后一猜测, Kuroda等向肌源细胞胶质细胞,该研究同时发现肌源干细胞经诱导分化后 内导入骨形态发生蛋白4表达基因,术后12周检测到得到的神经细胞在谷氨酸的作用下具有明显的钙吸 修复组织中的骨形态发生蛋白4阳性表达的移植细收功能。 胞,术后24周则主要依靠肌源干细胞进行再生和修 复,证实了骨形态发生蛋白4促进肌源千细胞向软骨 除以上研究表明肌源干细胞可向中枢神经系统 方向分化进而修复缺损的进程。近期研究还证实应用细胞分化外,肌源干细胞可以分化为周围神经系统细 F比t-1拮抗血管内皮生长因子F受体以抑制组织血管化胞。 Qu-Petersen等国和 Tamak等四在应用肌源干细 可以显著增加肌源干细胞的成软骨化进程 胞进行体内移植实验时,均发现再生的神经组织结构 中有肌源干细胞的踪迹。鉴于此作者尝试将肌源干细 肌源干细胞在泌尿系统中的研究:Lee等将肌源干胞在体外诱导分化雪旺细胞。在借鉴其他干细胞分化 细胞注射到尿失禁动物的尿道括约肌周围进行自体方案后,作者选择雪旺细胞条件培液与分离的到的肌 移植研究,术后4周实验动物的尿失禁症状得到明显源干细胞共培,在培养一周左右转化细胞表现为S100 改善。 Huard等将肌源干细胞注射到免疫缺陷动物GFAP和P75阳性,阳性率分别为(651±34)% 模型的膀胱壁,术后1周实验动物的膀胱收缩功能即(233±1.η%和(303±52)%,上述三者通常被用以鉴定 有很大改善。该研究中还发现注射到膀胱壁内的肌源干细胞向许旺细胞方向分化的证据,提示在适当的体 千细胞部分开始表达平滑肌的特异性标记物α-肌动外条件下诱导肌源干细胞分化为许旺细胞的可能性 蛋白。 Proano等四在应用肌源干细胞移植进行尿失 禁细胞学治疗时发现,部分移植到患者膀胱的肌源干3展望 细胞能够表达乙酰胆碱能受体,而乙酰胆碱能受体通 常出现在神经肌肉接头处,这表明肌源干细胞移植到 肌源干细胞具有大量的组织来源,通过适当的方 受区后不仅分化为肌纤维,并且已经和神经系统建立法易于分离,便于体外操作,更重要的是肌源干细胞 了密切联系。在应用肌源千细胞进行尿失禁细胞学治具有长时间自我更新能力、多系统分化潜能和免疫优 疗的临床尝试中,患者的症状明显改善,类似的随访越性的特点,这些优势势必使肌源干细胞在未来的再 最长达2年多,表现出良好的治疗效果。 生医学治疗中受到更多关注。以肌源干细胞为种子细 胞成功构建的组织工程血管在动物体内的成功实验, 肌源干细胞在髓核再生和血管再生中的研究: Vadala引导医学工作者将其应用于临床治疗。正在进行的通 等将髓核细胞与肌源干细胞共培养,试图促进髓核过自体肌源干细胞移植来治疔心功能不全和尿失禁 中蛋白聚糖的生成,以维持髓核的功能。为了研究肌的临床尝试治疗,给临床医生带来肌源干细胞更淸晰 源干细胞与髓核细胞间可能的相互作用,研究者调整的应用前景。已有的动物实验和成功的临床尝试表 髓核细胞和肌源干细胞的比例,分别在0:100,明,结合基因工程技术和组织工程的基本原则,以肌 25∶75,50∶50,75:25,100∶0的比例下进行细源干细胞为基础的组织工程化组织和细胞学治疗可 胞共培。实验结果表明实验组岀现较髙的蛋白多糖合以通过安全的措施应用于疾病治疗。此外,是否会发 成水平,并且随肌源干细胞比例増高呈现上升趋势,现肌源干细胞新的表面标记物将其分为更多的亚群 4332 Po. Box 1200, Shenyang 110004 wwW. crter. org C1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
丁维进，等. 肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用 4332 P.O. Box 1200, Shenyang 110004 www.CRTER.org www.CRTER.org 大小肌组织用以修复同等大小负重区域软骨组织缺 损，研究结果表明术后6周实验组得到了较好的修复 效果。Adachi等[18]则将表达Ⅰ型胶原蛋白的基因导入 部分肌源细胞，用以修复全层缺损的软骨组织，实验 组3周后的组织修复效果几乎与软骨移植组相当；并 且在长达24周的观察中，细胞移植组出现优于软骨移 植组的修复效果，并能分泌Ⅱ型胶原蛋白。Adachi 等强调了肌源细胞在整个过程中充当载体角色的重 要作用，同时提示在肌源细胞中包含有一类干细胞， 这类干细胞能分化为成软骨细胞并促进软骨组织的 修复。为了验证后一猜测，Kuroda等[19]向肌源细胞 内导入骨形态发生蛋白4表达基因，术后12周检测到 修复组织中的骨形态发生蛋白4阳性表达的移植细 胞，术后24周则主要依靠肌源干细胞进行再生和修 复，证实了骨形态发生蛋白4促进肌源干细胞向软骨 方向分化进而修复缺损的进程。近期研究还证实应用 Flt-1拮抗血管内皮生长因子F受体以抑制组织血管化 可以显著增加肌源干细胞的成软骨化进程。 肌源干细胞在泌尿系统中的研究：Lee等[20]将肌源干 细胞注射到尿失禁动物的尿道括约肌周围进行自体 移植研究，术后4周实验动物的尿失禁症状得到明显 改善。Huard等[21]将肌源干细胞注射到免疫缺陷动物 模型的膀胱壁，术后1周实验动物的膀胱收缩功能即 有很大改善。该研究中还发现注射到膀胱壁内的肌源 干细胞部分开始表达平滑肌的特异性标记物α-肌动 蛋白。Proaño等[22]在应用肌源干细胞移植进行尿失 禁细胞学治疗时发现，部分移植到患者膀胱的肌源干 细胞能够表达乙酰胆碱能受体，而乙酰胆碱能受体通 常出现在神经肌肉接头处，这表明肌源干细胞移植到 受区后不仅分化为肌纤维，并且已经和神经系统建立 了密切联系。在应用肌源干细胞进行尿失禁细胞学治 疗的临床尝试中，患者的症状明显改善，类似的随访 最长达2年多，表现出良好的治疗效果。 肌源干细胞在髓核再生和血管再生中的研究：Vadalà 等[23]将髓核细胞与肌源干细胞共培养，试图促进髓核 中蛋白聚糖的生成，以维持髓核的功能。为了研究肌 源干细胞与髓核细胞间可能的相互作用，研究者调整 髓核细胞和肌源干细胞的比例，分别在0∶100， 25∶75，50∶50，75∶25，100∶0的比例下进行细 胞共培。实验结果表明实验组出现较高的蛋白多糖合 成水平，并且随肌源干细胞比例增高呈现上升趋势， 提示与肌源干细胞的共培能够促进蛋白多糖的生成 和髓核细胞的扩增。 肌源干细胞在神经系统的研究：Alessandri等[8]将肌 源干细胞诱导分化为神经系统胶质细胞，分化得到的 细胞表达GFAP，b-tubulin Ⅲ和S100，分别是星形 角质细胞、神经元和寡突胶质细胞得标记物。Schultz 等[24]将肌源干细胞诱导分化为表达RT-97，b-tubulin Ⅲ，神经丝蛋白160，神经丝蛋白200，synapsin， CNPase和RIP的寡突胶质细胞及表达GFAP的星形 胶质细胞，该研究同时发现肌源干细胞经诱导分化后 得到的神经细胞在谷氨酸的作用下具有明显的钙吸 收功能。 除以上研究表明肌源干细胞可向中枢神经系统 细胞分化外，肌源干细胞可以分化为周围神经系统细 胞。Qu-Petersen等[9]和Tamaki等[25]在应用肌源干细 胞进行体内移植实验时，均发现再生的神经组织结构 中有肌源干细胞的踪迹。鉴于此作者尝试将肌源干细 胞在体外诱导分化雪旺细胞。在借鉴其他干细胞分化 方案后，作者选择雪旺细胞条件培液与分离的到的肌 源干细胞共培，在培养一周左右转化细胞表现为S100， GFAP 和P75 阳性，阳性率分别为(65.1±3.4)% ， (23.3±1.7)%和(30.3±5.2)%，上述三者通常被用以鉴定 干细胞向许旺细胞方向分化的证据，提示在适当的体 外条件下诱导肌源干细胞分化为许旺细胞的可能性。 3 展望 肌源干细胞具有大量的组织来源，通过适当的方 法易于分离，便于体外操作，更重要的是肌源干细胞 具有长时间自我更新能力、多系统分化潜能和免疫优 越性的特点，这些优势势必使肌源干细胞在未来的再 生医学治疗中受到更多关注。以肌源干细胞为种子细 胞成功构建的组织工程血管在动物体内的成功实验， 引导医学工作者将其应用于临床治疗。正在进行的通 过自体肌源干细胞移植来治疗心功能不全和尿失禁 的临床尝试治疗，给临床医生带来肌源干细胞更清晰 的应用前景。已有的动物实验和成功的临床尝试表 明，结合基因工程技术和组织工程的基本原则，以肌 源干细胞为基础的组织工程化组织和细胞学治疗可 以通过安全的措施应用于疾病治疗。此外，是否会发 现肌源干细胞新的表面标记物将其分为更多的亚群
维进,等剧源干细胞在组织工程和再生医学的应用 Www.crter. org 是否能从人体组织中分离得到具有单一确切标记物[9 Qu-Petersen Z. Deasy B, Jankowski R,etal. Identification of a novel population of muscle stem cells in mice: potential for 的肌源干细胞细胞群,如何调节体内微环境诱导肌源 muscle regeneration. J Cell Biol. 2002: 157(5): 851-864 千细胞定向分化,如何调控肌源干细胞与受区周围细10 Gallacher L, Murdoch B, Wu DM,etal. Isolation and 胞之间的相互作用,如何深入了解肌源干细胞移植后 characterization of human CD34(-)Lin(-)and CD34(+) Lin(-) hematopoietic stem cells using cell surface markers AC 133 与性别相关的差异表现,如何通过更为精准的基因学 and cD7Bood.200095(9)28132820 方法调控肌源干细胞的命运,这些都是肌源干细胞研 Oshima H, Payne TR, Urish KL, et al. Differential myocardial with muscle stem cells c 究必须面临的问题。肌源干细胞诸多的优势已经表现 Mol Ther.2005;12(6):1130-1141 为其在组织工程学和再生医学研究和临床尝试治疗[12] Claros s, Alonso M, Becerra j, et al. Selection and induction 临床应用,有赖于以上问题的解决和肌源干细胞分化13 Musgrave DS, Bosch P, Lee JY, et al0856010 方面的广泛应用,然而,最终将之安全有效的推广到 of rat skeletal muscle-derived cells to the chondro-osteo lineage Cell Mol Biol(Noisy-le-grand). 20 调控机制的深度阐明 produce bone using different cell types. Clin Orthop Relat Res. 2000;(378)290-305. [14] Wright V, Peng H, Usas A, et al. BMP4-expressing 作者贡献:第一、二作者进行实验实施,第三作者进 muscle-derived stem cells differentiate into osteogenic 行实验评估,成文为第一作者,第三作者进行实验设计与 ineage and improve bone healing in immunocompetent mice Mol Ther.20026(2):169-178 审校,第一作者对文章负责。 [15 Corsi KA, Pollett JB, Phillippi JA, et al. Osteogenic potential of 利益冲突:课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经 postnatal skeletal muscle-derived stem cells is influenced by 济组织直接或间接的经济或利益的赞助。 donor sex. J Bone Miner Res 2007: 22(10): 1592-1602 [16] Peng H, Usas A, Gearhart B, et al. Development of a 伦理要求:未涉及伦理问题 elf-inactivating tet-on retroviral vector expressing bone 作者声明:文章为原创作品,内容不涉及泄密,无 morphogenetic protein 4 to achieve regulated bone formation 稿两投,无抄袭,无内容剽窃,无作者署名争议,无与他7Le. Musgrave D, Pelinkovic D. et al. Effect of bone 人课题以及专利技术的争执,内容真实,文责自负。 morphogenetic protein-2-expressing muscle-derived cells Surg Am.2001:83A(7:1032-1039 4参考文献 [18] Adachi N, Sato K, Usas A, et al. Muscle derived, cell based ex vivo gene therapy for treatment of full thickness articular [1] Katz B The terminations of the afferent nerve fibre in the cartilage defects. J Rheumatol. 2002: 29(9): 1920-1930 muscle spindles of the frog. Philos Trans R Soc Lond B Biol [19] Kuroda R, Usas A, Kubo S, et al. Cartilage repair using bone sci.1961243:221-240 morphogenetic protein 4 and muscle-derived stem cells [2] Yu M, Zhang C, Zhang Y, et al. BM stem cell transplantation thritis rheum.2006:54(2)433-442 rescues pathophysiologic features of aged dystrophic mdx [20] Lee JY, Cannon TW, Pruchnic R, et al. The effects of muscle Cytotherapy. 2007, 9(1): 44-52 periurethral muscle-derived stem cell injection on leak point [3] Bhagavati S, Xu W. Isolation and enrichment of skeletal pressure in a rat model of stress urinary incontinence. Int muscle progenitor cells from mouse bone marrow. Biochem Urogynecol J Pelvic Floor Dysfunct. 2003; 14(1): 31-37 Biophys Res Commun. 2004: 318(1): 119-124 [21] Huard J, Yokoyama T, Pruchnic R, et al. Muscle-derived [4] Seale P, Sabourin LA, Girgis-Gabardo A, et al. Pax7 is cell-mediated ex vivo gene therapy for urological dysfunction required for the specification of myogenic satellite cells. Cel Gene Ther.2002;9(23):1617-1626 2000;102(6):777-786 [22] Proano AR, Medrano A, Garrido G, et al. Muscle-derived sten 15] Qu Z, Huard J Matching host muscle and donor myoblasts for cell therapy for stress urinary incontinence. Actas Urol Esp myosin heavy chain improves myoblast transfer therapy 2010:34(1):15-23 [23 Vadala G, Sobajima S, Lee JY, et al. In vitro interaction [6] Arsic N, Mamaeva D, Lamb NJ, et al. Muscle-derived stem between muscle-derived stem cells and nucleus pulposus cells isolated as non-adherent population give rise to cardiac keletal muscle and neural lineages. Exp Cell Res 2008 [24] Schultz SS, Lucas PA Human stem cells isolated from adult 314(6):1266-1280 skeletal muscle differentiate into neural phenotypes. J [7 Seale P, Rudnicki MA. A new look at the origin, function, and Neurosci methods.2006:152(1-2:144-155 stem-cell status of muscle satellite cells. Dev biol. 2000 [25]Tamaki T, Okada Y, Uchiyama Y, et al. Synchronized 218(2):115124 [8] Alessandri G, Pagano S, Bez A, et al. Isolation and culture of vessels by murine skeletal muscle-derived CD34(-)/45(-) human muscle-derived stem cells able to differentiate into cells. Histochem Cell Biol. 2007; 128(4): 349-360. myogenic and neurogenic cell lineages. Lancet. 2004, 364 9448):1872-1883 /SSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH C1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
丁维进，等. 肌源干细胞在组织工程和再生医学的应用 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4333 www.CRTER.org 是否能从人体组织中分离得到具有单一确切标记物 的肌源干细胞细胞群，如何调节体内微环境诱导肌源 干细胞定向分化，如何调控肌源干细胞与受区周围细 胞之间的相互作用，如何深入了解肌源干细胞移植后 与性别相关的差异表现，如何通过更为精准的基因学 方法调控肌源干细胞的命运，这些都是肌源干细胞研 究必须面临的问题。肌源干细胞诸多的优势已经表现 为其在组织工程学和再生医学研究和临床尝试治疗 方面的广泛应用，然而，最终将之安全有效的推广到 临床应用，有赖于以上问题的解决和肌源干细胞分化 调控机制的深度阐明。 作者贡献：第一、二作者进行实验实施，第三作者进 行实验评估，成文为第一作者，第三作者进行实验设计与 审校，第一作者对文章负责。 利益冲突：课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经 济组织直接或间接的经济或利益的赞助。 伦理要求：未涉及伦理问题。 作者声明：文章为原创作品，内容不涉及泄密，无一 稿两投，无抄袭，无内容剽窃，无作者署名争议，无与他 人课题以及专利技术的争执，内容真实，文责自负。 4 参考文献 [1] Katz B.The terminations of the afferent nerve fibre in the muscle spindles of the frog. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1961;243:221-240. [2] Yu M, Zhang C, Zhang Y, et al. BM stem cell transplantation rescues pathophysiologic features of aged dystrophic mdx muscle. Cytotherapy. 2007;9(1):44-52. [3] Bhagavati S, Xu W. Isolation and enrichment of skeletal muscle progenitor cells from mouse bone marrow. Biochem Biophys Res Commun. 2004;318(1):119-124. [4] Seale P, Sabourin LA, Girgis-Gabardo A, et al. Pax7 is required for the specification of myogenic satellite cells. Cell. 2000;102(6):777-786. [5] Qu Z, Huard J. Matching host muscle and donor myoblasts for myosin heavy chain improves myoblast transfer therapy. Gene Ther. 2000;7(5):428-437. [6] Arsic N, Mamaeva D, Lamb NJ, et al. Muscle-derived stem cells isolated as non-adherent population give rise to cardiac, skeletal muscle and neural lineages. Exp Cell Res. 2008; 314(6):1266-1280. [7] Seale P, Rudnicki MA. A new look at the origin, function, and "stem-cell" status of muscle satellite cells. Dev Biol. 2000; 218(2):115-124. [8] Alessandri G, Pagano S, Bez A, et al. Isolation and culture of human muscle-derived stem cells able to differentiate into myogenic and neurogenic cell lineages. Lancet. 2004;364 (9448):1872-1883. [9] Qu-Petersen Z, Deasy B, Jankowski R, et al. Identification of a novel population of muscle stem cells in mice: potential for muscle regeneration. J Cell Biol. 2002;157(5):851-864. [10] Gallacher L, Murdoch B, Wu DM, et al. Isolation and characterization of human CD34(-)Lin(-) and CD34(+)Lin(-) hematopoietic stem cells using cell surface markers AC133 and CD7. Blood. 2000;95(9):2813-2820. [11] Oshima H, Payne TR, Urish KL, et al. Differential myocardial infarct repair with muscle stem cells compared to myoblasts. Mol Ther. 2005;12(6):1130-1141. [12] Claros S, Alonso M, Becerra J, et al. Selection and induction of rat skeletal muscle-derived cells to the chondro-osteogenic lineage. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 2008;54(1):1-10. [13] Musgrave DS, Bosch P, Lee JY, et al. Ex vivo gene therapy to produce bone using different cell types. Clin Orthop Relat Res. 2000;(378):290-305. [14] Wright V, Peng H, Usas A, et al. BMP4-expressing muscle-derived stem cells differentiate into osteogenic lineage and improve bone healing in immunocompetent mice. Mol Ther. 2002;6(2):169-178. [15] Corsi KA, Pollett JB, Phillippi JA, et al. Osteogenic potential of postnatal skeletal muscle-derived stem cells is influenced by donor sex. J Bone Miner Res. 2007;22(10):1592-1602. [16] Peng H, Usas A, Gearhart B, et al. Development of a self-inactivating tet-on retroviral vector expressing bone morphogenetic protein 4 to achieve regulated bone formation. Mol Ther. 2004;9(6):885-894. [17] Lee JY, Musgrave D, Pelinkovic D, et al. Effect of bone morphogenetic protein-2-expressing muscle-derived cells on healing of critical-sized bone defects in mice. J Bone Joint Surg Am. 2001;83-A(7):1032-1039. [18] Adachi N, Sato K, Usas A, et al. Muscle derived, cell based ex vivo gene therapy for treatment of full thickness articular cartilage defects. J Rheumatol. 2002;29(9):1920-1930. [19] Kuroda R, Usas A, Kubo S, et al. Cartilage repair using bone morphogenetic protein 4 and muscle-derived stem cells. Arthritis Rheum. 2006;54(2):433-442. [20] Lee JY, Cannon TW, Pruchnic R, et al. The effects of periurethral muscle-derived stem cell injection on leak point pressure in a rat model of stress urinary incontinence. Int Urogynecol J Pelvic Floor Dysfunct. 2003;14(1):31-37. [21] Huard J, Yokoyama T, Pruchnic R, et al. Muscle-derived cell-mediated ex vivo gene therapy for urological dysfunction. Gene Ther. 2002;9(23):1617-1626. [22] Proaño AR, Medrano A, Garrido G, et al. Muscle-derived stem cell therapy for stress urinary incontinence. Actas Urol Esp. 2010;34(1):15-23. [23] Vadalà G, Sobajima S, Lee JY, et al. In vitro interaction between muscle-derived stem cells and nucleus pulposus cells. Spine J. 2008;8(5):804-809. [24] Schultz SS, Lucas PA. Human stem cells isolated from adult skeletal muscle differentiate into neural phenotypes. J Neurosci Methods. 2006;152(1-2):144-155. [25] Tamaki T, Okada Y, Uchiyama Y, et al. Synchronized reconstitution of muscle fibers, peripheral nerves and blood vessels by murine skeletal muscle-derived CD34(-)/45 (-) cells. Histochem Cell Biol. 2007;128(4):349-360