骨髓基質(zhì)細胞遷移機制研究進展

　作者：李興澤,孟慶海,金澎　　作者單位：青島大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，山東 青島 266003

　　【關(guān)鍵詞】 骨髓基質(zhì)細胞 炎癥趨化因子類 細胞黏附分子 遷移

　　骨髓基質(zhì)細胞(BMSC)是骨髓細胞中除去造血干細胞(非黏附細胞)之外的黏附細胞部分，也稱為塑料黏附細胞、克隆形成單位成纖維細胞或骨髓間充質(zhì)干細胞(MSC)。BMSC向組織遷移及穿過內(nèi)皮的機制還不清楚，很可能通過損傷組織表達特殊的受體或配體促進BMSC向其遷移。趨化因子受體及其配體是影響白細胞向炎癥區(qū)遷移過程中的重要成分。近的研究表明, BMSC也表達趨化因子受體及配體。另外，一些在白細胞遷移、穿過內(nèi)皮細胞過程起重要作用的黏附分子在BMSC中也有表達。
　　1 趨化因子及其受體

　　1.1 趨化因子

　　趨化因子是一類小分子分泌蛋白,參與炎癥和免疫應(yīng)答過程,如誘導(dǎo)淋巴細胞游走到炎癥部位、參與天然免疫和獲得性免疫應(yīng)答、刺激或抑制血管的生成、抑制病毒感染和增強細胞毒T淋巴細胞應(yīng)答等。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的趨化因子有50多種，它們均含有4個半胱氨酸，并在內(nèi)部形成2個二硫鍵，根據(jù)其分子N端半胱氨酸殘基(Cys或C)的數(shù)目和排列位置可分為4個亞家族，即CXC、CC、C和CX3C亞家族[1]。CXC、CC、CX3C亞家族均含有4個Cys，其中CXC亞家族中前2個Cys被一個氨基酸隔開，而在CC家族中2個Cys則直接相鄰。CXC亞家族主要作用于中性粒細胞、淋巴細胞和單核細胞。CC亞家族主要作用于單核細胞、淋巴細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞。CX3C亞家族即fractalkine(又稱neurotactin),作用于自然殺傷細胞、活性T細胞和單核細胞。C亞家族有2個成員，即Lymphotac2tin/XCL1和SCM21h/XCL2，它們由2個Cys組成，僅作用于淋巴細胞。根據(jù)功能可把趨化因子分為2類：一類稱為炎癥型(誘導(dǎo)型)趨化因子，主要參與免疫調(diào)節(jié)，由脂多糖和細胞因子刺激產(chǎn)生和調(diào)節(jié)。在炎癥時其直接與病原接觸，迅速聚集單核細胞、粒細胞產(chǎn)生炎性反應(yīng)。另一類稱為自穩(wěn)型(構(gòu)成型)趨化因子，主要調(diào)節(jié)免疫細胞的移行和淋巴細胞的形成與活化。
　　1.2 趨化因子受體

　　趨化因子受體屬于G蛋白耦聯(lián)受體超家族成員，該受體為含有7個疏水性氨基酸的α螺旋穿膜區(qū)結(jié)構(gòu)的單鏈受體，經(jīng)異源三聚體G蛋白傳遞信號。趨化因子受體根據(jù)其對應(yīng)的趨化因子分類。目前共發(fā)現(xiàn)19種趨化因子受體，其中有6個CXC受體CCXCR1～CXCR5)，11個CC受體(CCR1～CCR11)，CX3CR1和XCR1[1]。
　　研究發(fā)現(xiàn)趨化因子和受體之間的作用關(guān)系是極其復(fù)雜的。如除單一的配體2受體結(jié)合方式外，還有更復(fù)雜的結(jié)合方式，一種趨化因子受體可以與多種趨化因子結(jié)合，同時一種趨化因子也可以與多種受體結(jié)合，這種交叉反應(yīng)性給單個CK特定功能的研究造成一定的困難。
　　2 趨化因子受體在BMSC上的表達

　　BMSC有從循環(huán)中遷移到損傷組織中的能力，可能是對損傷中上調(diào)的信號的反應(yīng)。盡管BMSCs穿過內(nèi)皮細胞層及向損傷組織遷移的機制還不清楚，但趨化因子及受體可能在其中起著重要的作用，因為他們是控制細胞遷移的重要因素。趨化因子在其他類型的祖細胞遷移中作用的研究已有報道，例如CXCL12(SDF21)及其受體CXCR4在骨髓的記憶、遷移、歸巢造血干細胞中起重要作用[2]。
　　闡明BMSC遷移的調(diào)節(jié)機制是任何涉及BMSC臨床治療策略成功的決定性因素。因此，研究BMSC在特定生理環(huán)境條件下的趨化因子受體表達譜和功能性意義顯得非常重要。然而,BMSC的趨化因子受體表達研究剛剛起步,近來許多組織研究了趨化因子受體在BMSC上表達，結(jié)果不盡相同。
　　WYNN等[3]檢測了CXCR4在人BMSC上的表達，顯示只有1%細胞細胞膜上表達CXCR4，而細胞內(nèi)CXCR4的表達卻很高，高達83%～98%。VON LaTICHAU等[4]報道了CCR1、CCR4、CCR7、CXCR5、CCR10在BMSC上的表達，這些受體在BMSC的遷移中起作用，但沒有CXCR4的表達。其他的報道顯示了CXCR4的功能性表達[5];少數(shù)細胞(2%～25%)功能性表達CCR1、 CCR7、CXCR4、CXCR6和 CX3CR1[6];另外，也有部分BMSC功能性表達CXCR4、CX3CR1[7]。然而，這些報道沒有研究功能性趨化性因子受體在蛋白水平上的表達。近有學者用流式細胞儀檢測了CCR(除CCR10)、CXCR和CX3CR1的表達[8]，發(fā)現(xiàn)43%～70%的BMSC細胞功能性表達(通過趨化性實驗檢測)CCR1、CCR7、CCR9、CXCR4、CXCR5和CXCR6。另一組用RT2PCR和免疫組化技術(shù)檢測了BMSC對CCR2、CCR8、CXCR1、CXCR2、和CXCR3的表達[9]。PONTE等[10]檢測了CCR2、CCR3、CCR4和CXCR4在hBMSC的表達，并發(fā)現(xiàn)TNF2α能增強CCR2、CCR3和CCR4的表達，但對CXCR4無影響。JI等[11]分離和體外培養(yǎng)大鼠BMSC,用流式細胞術(shù)(FCAS)和RT2PCR技術(shù)分別檢測了第4代以內(nèi)細胞表面4種趨化因子受體(CCR2、CCR5、CXCR4和CX3CR1)以及這些受體轉(zhuǎn)錄基因的表達情況。結(jié)果全部受體為陽性表達,且這些受體定位于BMSC的細胞膜和細胞漿。BMSCs表達多種趨化因子受體，但各報道各不相同。這反映了培養(yǎng)的BMSC的異質(zhì)性。VON LaTICHAU等[4]用V40T抗原的重組逆轉(zhuǎn)錄病毒感染人骨髓來源的CD342BMSC，并進行條件永生化,經(jīng)亞克隆和免疫表型特征鑒定,建立典型的BMSC細胞系CD73(SH3)+、CD105(SH2)+、CD34-、CD14-、CD45-和MHC2Ⅱ類。接著,在同樣的實驗條件下比較原代培養(yǎng)的CD342BMSC和永生化細胞系,結(jié)果二者的趨化因子受體表達譜具有可比性,即二者細胞表面都表達CCR1、CCR4、CCR7、CCR10和CXCR5。而實時定量RT2PCR可檢測到除CCR2和CCR6外的所有受體的mRNA。由此得出同一標本不同亞群細胞之間的差異不是CK受體表達譜異質(zhì)性的主要原因的結(jié)論。因而推測培養(yǎng)條件和培養(yǎng)時間是影響異質(zhì)性的關(guān)鍵因素。HONCZARENKO等[8]評價了BMSC長期培養(yǎng)對CK受體表達的影響，結(jié)果BMSC培養(yǎng)至第12代FACS僅檢測出24%～41%的CK受體陽性細胞,第16代降至0～16%。流式細胞的分析圖像顯現(xiàn)出2個峰,表明在整個細胞群體中受體表達下降或喪失不是一致的,一些細胞仍保持高水平的受體表達,而大多數(shù)亞群完全不表達受體。同時,長期培養(yǎng)擴增的BMSC顯示出表型的改變和自發(fā)凋亡,如黏附分子(ICAM21、ICAM22和VCAM21)和間充質(zhì)細胞標記物CD157的表達喪失,表明這些細胞逐漸向成熟細胞分化。BMSC表達不同的趨化因子受體表明它們有向不同組織遷移的潛能，并修復(fù)組織及減輕炎癥。CK受體在BMSC表達的特點可歸納如下:①BMSC存在特定的CK受體表達譜;②CK受體在BMSC的表達呈異質(zhì)性;③培養(yǎng)條件和培養(yǎng)時間是影響CK受體表達的關(guān)鍵因素。
　　3 黏附分子與BMSC的遷移
　　黏附分子是一類介導(dǎo)細胞與細胞、細胞與細胞外基質(zhì)間黏附作用的膜表面糖蛋白。它們在炎癥與免疫應(yīng)答、腫瘤浸潤和轉(zhuǎn)移等多種病理過程中具有重要的作用。
　　RUSTER等[12]近研究表明, P2selectin及其配體參與hBMSC的外滲。通過活體顯微鏡觀察，由靜脈注入的hMSCs能沿著鼠耳靜脈血管壁滾動，而這種現(xiàn)象在P2selectin基因缺陷的鼠中大大減低，又在體外實驗中觀察到P2selectin抗體能明顯減少hBMSC沿臍靜脈血管內(nèi)皮細胞的滾動。因為hBMSC既不表達P2selectin糖蛋白1，也不表達選擇性配體CD24，表明hBMSC表達一種新型的與內(nèi)皮細胞上的P2selectin相對應(yīng)配體。這些數(shù)據(jù)表明hBMSC像白細胞一樣，沿著內(nèi)皮細胞滾動是遷移的步。有文獻報道，E2selectins和L2selectins在hBMSC中表達，它們在BMSC的遷移中可能起重要的作用[13]。
　　許多整合素分子，如α1、α2、α3、α4、α5、αv、β1、β3、β4 在hBMSC上的表達已有報道，hBMSC也表達黏附分子，包括VCAM21、ICAM21、ICAM23、ALCAM和endoglin/CD105[14]，大約50%的hBMSC被認為表達VLA24(α4β1，D49d)。用中和抗體的方法研究顯示，hBMSC依靠VLA24對內(nèi)皮細胞有很大的黏附性[13]。另外，如果用抗體阻斷其相應(yīng)的黏附分子VCAM21，則能夠減弱hMSCs的黏附性。這表明VLA24/VCAM21軸介導(dǎo)hBMSC和內(nèi)皮細胞間的黏附。BROOKE等[15]證實了MSCs表達大量的黏附分子，包括CD29、CD49、CD54、CD56、CD106、CD51，并參與MSCs的遷移。
　　SEGERS等[16]用TNF2α預(yù)處理鼠的心臟，將BMSC注入左心室，24 h后觀察其在微血管中的遷移。結(jié)果顯示TNF2α能明顯提高CMVE上的黏附分子的表達。同樣，用抗體阻斷VCAM21能明顯降低BMSC對內(nèi)皮細胞的黏附。
　　現(xiàn)已證實, BMSC能遷移到燒傷模型等的外周血中[17]。比較動員的、循環(huán)中的BMSC和組織來源的BMSC黏附分子表達譜的差別，有助于闡明BMSC的歸巢機制。
　　BMSCs能從血循環(huán)中跨過內(nèi)皮細胞遷移到組織,但是BMSC穿越內(nèi)皮細胞的機制及哪些黏附分子參與還不清楚。SCHMIDT 等[18]在體外將人BMSC與不同來源的內(nèi)皮細胞共同培養(yǎng)，研究BMSC的遷移機制。30 min后BMSC出現(xiàn)形態(tài)學上的改變， 2 h后細胞變扁，進而與內(nèi)皮細胞層整合。結(jié)果表明，即使在體外，剪切流存在時，人BMSC能有效地與內(nèi)皮細胞接觸并穿越內(nèi)皮細胞層。主動脈插管灌注BMSC的體內(nèi)研究表明， BMSC灌注后30 min，30%的細胞穿越了內(nèi)皮組織，60 min后越過內(nèi)皮組織的細胞可達到50%。
　　許多參與白細胞貼壁、滾動、黏附、游走的分子，其在BMSCs上也有表達，這些分子包括整合素、選擇素和趨化因子受體。其中，P2selectin、VCAM21在BMSC黏附內(nèi)皮細胞中起重要的作用。而L2selectin在BMSC中很少表達或不表達，E2selectin的作用還不清楚[13]。 PECAM21/CD31參與白細胞的遷移，而在BMSC中卻沒有表達。盡管BMSC遷移的機制與白細胞游走的機制相似，有黏附分子參與，但是具體的參與分子可能不同。
　　4 展望

　　BMSC用于許多治療方法的研究。BMSC具有向許多組織，特別是損傷組織和在病理條件下遷移的特性。BMSC遷移的具體機制還不明確。盡管許多研究表明，趨化因子及其受體和黏附分子參與BMSC的遷移。研究BMSC趨化因子受體和黏附分子的作用，從而可以使我們提高體外培養(yǎng)BMSC向損傷組織或腫瘤遷移的特性。這將促進多種治療方法的發(fā)展，如促進組織的再生、糾正遺傳紊亂、減緩慢性炎癥及研制用作運載生物學制劑的載體。
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