骨髓间充质干细胞分化为肝细胞的研究进展

肝衰竭是多种因素引起的严重肝脏损害，导致其合成、解毒、排泄和生物转化等功能发生严重障碍或失代偿，出现以凝血机制障碍和黄疸、肝性脑病、腹水等为主要表现的一组临床症候群[1]。在中国，肝衰竭主要是肝炎病毒（主要是乙型肝炎病毒）引起的[2]。肝衰竭来势凶猛、进展快、疗效差、并发症多，病死率高，预后不良。目前治疗肝衰竭主要有内科药物治疗，人工肝治疗及肝移植。内科药物治疗起效慢，且效果不佳。人工肝治疗主要通过血液净化手段临时替代患者肝脏部分功能，它是一种替代疗法，不能永久替代肝脏功能。目前肝移植是治疗终末期肝病最理想的选择，但是受供体器官短缺、终生需要免疫抑制剂及费用高等限制了它的临床应用。因此就迫切需要找到另外的方法治疗肝衰竭，所采用的方法应克服上述困难，因此细胞移植的方法就应运而生。实验发现可通过干细胞的移植来抑制肝细胞的损害，促进肝细胞的再生，达到治疗肝衰竭的目的。而干细胞是一种具有自我更新、高度增殖以及多种分化潜能的未分化细胞，其分离分化受多种因素影响。而已知发现的白细胞介素对干细胞生长影响的研究很少。

本文就近几年国内外白细胞介素与骨髓间质干细胞分化为肝细胞的研究进展作一综述。

1 细胞移植干细胞的选择

干细胞最大的特性是可塑性大，对组织再生的肝细胞基本要求是：具有多样性，容易获得，有增殖能力，体外转化率高，可选择细胞移植治疗肝衰竭的干细胞有造血干细胞，成人肝脏干细胞和祖细胞、骨髓间充质干细胞及其他类型的细胞。

1.1造血干细胞 造血干细胞是从骨髓、脐带血、外周血中分离出来的标准的多能干细胞，具有自我更新及分化增殖的能力，但他们在体外很难增殖，并且确定此类细胞的身份和表型主要靠选择过程，但选择的标准是有争议的。

1.2成熟肝脏干细胞和祖细胞 成熟肝脏干细胞大约有四种主要类型：卵圆细胞、小肝细胞、肝上皮细胞和间质样细胞。在肝脏损伤时卵圆细胞来源于排胆汁的细胞，有两种分化潜能，即分化成肝细胞和胆管细胞，在体外能增殖，但是否起源骨髓还不清楚，同种类型在健康的肝脏能分离到。小肝细胞最先是Mitaka T在肝细胞离心方式获得的，这种细胞小，体外有增殖能力，能分化成成熟的肝细胞，肝上皮细胞是Tsao MS最先报道的，在成人的肝脏中含量高[3]，间质样细胞团也来自成人肝脏，这种细胞团能高水平的增殖，巨大的分化潜能。肝脏内的主要细胞形式为成熟的肝细胞。肝细胞是单能干细胞，对有害刺激的反应迅速[4]。成熟肝脏干细胞虽然能分化成肝细胞，但其转化具有诸多不足，如获取肝细胞难度较大、异基因肝细胞可能产生免疫排斥反应、体外培养易失去活性与功能等，因而不能成为满意的治疗细胞。

肝祖细胞在肝脏持续和严重的损伤后仅仅是边缘的扩张，无法补充成熟肝细胞的损伤。因此也难成为首选的治疗细胞。

1.3骨髓间充质干细胞 骨髓间充质干细胞是从骨髓中分离出来的[5]，也可以从其他组织中分离，如脂肪组织，胚胎，羊水，和脐带血液[6，7]。在体内，他们的功能和习性还不十分清楚[8]。在体外，间充质干细胞有高度增殖的特性，容易转染，且在体外展现巨大的分化潜能[9]。骨髓间充质干细胞来源于中胚层的成体干细胞，可以重复利用，释放多种祖细胞，然后分化为各种功能性的细胞，如肝细胞，脂肪细胞，骨细胞及内胚层来源的细胞等[10]。由于它以下的优势，骨髓间充质干细胞被认为是目前细胞治疗中的首选，第一、骨髓间充质干细胞可以辨别各种来源于中胚层的组织细胞，当组织细胞受到损伤时骨髓间充质干细胞可以自我复制用以补充细胞修复组织。第二、最新研究表明骨髓间充质干细胞用来治疗时，可分泌可溶性的细胞因子来调节机体的免疫环境。第三、骨髓间充质干细胞可调节机体内的微环境用以缓解炎症因子及肿瘤因子对机体的损伤。尽管其机制还没有完全的研究透彻，但是骨髓间充质干细胞已被用于多种疾病的治疗如肝衰竭，移植物抗宿主疾病，骨髓移植后，心血管疾病，自身免疫性疾病等[11]。近期研究发现骨髓间充质干细胞具有多向分化及自我增殖的能力，具有分化成肝细胞的潜能，在肝脏损伤修复过程中，能参与修复损伤的肝组织，在肝脏疾病的治疗中有广阔的治疗前景。而且骨髓间充质干细胞作为免疫系统的有效调节剂，与多种免疫细胞间有相互作用关系并可抑制白细胞或使之激活成特异性的抗炎因子[12]。骨髓间充质干细胞能通过旁分泌途径分泌细胞因子和生长因子，从而抑制炎症反应、细胞凋亡、肝星状细胞的激活及促进细胞外基质的降解，改善肝纤维化及促进肝细胞的再生，骨髓间充质干细胞不仅能增强肝脏再生的能力，而且还能抑制肝细胞的凋亡，修复受损肝细胞功能。其中最有利的是他们的免疫特性，即无明显免疫源性，易形成免疫耐受，这就有利于细胞移植[13]。在动物实验中，骨髓间充质干细胞通过门静脉注入，肝动脉注入，周围静脉注射、腹腔内注射或直接注入肝脏或脾脏等发现，其在不同的诱导条件下可分化为肝细胞、胆管细胞、成骨细胞、骨细胞、脂肪细胞、神经细胞和心肌细胞等[14，15]。骨髓间充质干细胞可在肝细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的培养基下分化成成熟肝细胞，分化率在30%～80%。从骨髓间充质干细胞培养获得的肝细胞样细胞能表现出肝细胞的功能，如产生白蛋白，储存糖元，分化尿素，吸收低浓度的脂蛋白等[16]。骨髓间充质干细胞是通过抑制细胞凋亡来促进损伤的肝细胞达到修复作用[17]。它具有免疫抑制及抗炎作用，在慢性肝损伤中是另一种改善机制，可能涉及抗炎细胞因子的分泌（例如IL-10，IL-1Ra，）或者生长因子的分泌（例如肝细胞生长因子，血管内皮生长因子或胰岛素样生长因子结合蛋白）[17]。从骨髓间质干细胞的分离，培养到形成肝细胞样细胞受到很多因素的影响，特别是受到许多细胞因子的影响，主要影响的是各个阶段获得的细胞数量，而细胞的数量对细胞移植治疗肝衰竭尤为重要。一般来说，移植数目越多，治疗肝衰竭就越易成功，相反治疗效果就越差。

1.4其他类型的细胞 最后是其它类型细胞，如胎儿干细胞是体细胞分化的模板，但他的伦理的局限性和可能发生肿瘤而限定临床应用。单核细胞、成纤维细胞是否分化成肝细胞仍在研究中[18]。

2 白细胞介素与肝细胞再生

白细胞介素是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子，由于最初是由白细胞产生又在白细胞间发挥作用而得名。目前已经发现了29种白细胞介素，分别命名为白细胞介素1到白细胞介素29，功能复杂，形成一个网络，相互重叠，是非常重要的细胞因子家族，在免疫细胞的成熟、活化、增殖和免疫调节等一系列过程中均发挥了重要作用，此外它们还参与多种生理及病理反应。Conget等报道骨髓间充质干细胞表面有白细胞介素2、白细胞介素3及白细胞介素6及碱性成纤维细胞生长因子等多种细胞因子受体。目前研究与肝细胞有关的白介素有白介素6、白介素10。

恢复肝脏体积主要在于肝细胞的再生，研究表明肝细胞的再生受IL-6/Jak/STAT3通路的影响，在非病理及静态下肝细胞并不进行细胞的有丝分裂，在各种条件的刺激下，肝细胞能在IL-6或者TNF-α的作用下进行有丝分裂。IL-6/STAT3信号通路是由IL-6受体，Jak激酶，gp130和STAT3共同组成的，IL-6受体形成2个复杂的gp130受体，当其被IL-6识别后，马上将信号传递给肝细胞，Jak激酶主要的责任是激活gp130受体和STAT3。IL-6通过激活STAT3发送有丝分裂信号给肝细胞，并在肝细胞的再生中扮演者重要的角色。STAT3激活是肝细胞再生的促动反应，通过观察IL-6缺失型小鼠肝部分切除后30min～3h STAT3的激活过程，STAT3活化是受抑制的，因此肝细胞再生与IL-6是通过激活STAT3是密切关联的。TNF-α主要表达在库普弗细胞中，主要激活NF-kB，增加IL-6的产生，与IL-6受体结合，激活激活STAT3发送有丝分裂信号给肝细胞，促进肝细胞的再生。

研究表明，巨噬细胞激活和多种细胞因子的分泌在急性肝衰竭的发病机理中起着重要的作用，内毒素，巨噬细胞的激活和促炎细胞因子都可能诱发CD163的表达[19]。而IL-10能上调CD163在单核细胞中的表达，从而减少肝细胞炎症反应。CD163和白介素IL-10在抗炎反应扮演了一个重要的角色。有研究表明，IL-10和巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）可能诱导单核细胞分化成巨噬细胞，这可能进一步上调CD163 mRNA和蛋白表达[20]。骨髓间充质干细胞可以通过调控抗炎细胞因子白细胞介素10及分泌白细胞介素1受体拮抗剂，从而减少前炎症细胞因子的产生，减轻肝脏的炎症反应。白细胞介素10可通过减少Bcl-2的表达及促进FasL和Bax的表达促进肝星状细胞的凋亡。

3 展望

近年来随着肝衰竭的发病率的增加，传统的治疗及器官的移植已经不能满足我们对疾病治疗的期望，因此干细胞的移植成为研究的热点。骨髓间充质干细胞具有低免疫源性，自我复制及能够分泌细胞因子或生长因子等多种优势，已经成为我们干细胞移植的首选治疗细胞。但是，骨髓间充质干细胞来源少，并且随着动物年龄的增长逐渐减少，而且骨髓间充质干细胞分化为肝细胞的具体机制尚不明确，因此怎样能够大量获得骨髓间充质干细胞，促进体内骨髓间充质干细胞向肝细胞的分化及白细胞介素对骨髓间质干细胞分化成肝细胞样细胞的各个阶段的影响，至今还没有弄清楚。通过各种途径对肝细胞特征性蛋白的mRNA转录水平、糖原染色等来分析诱导分化的效果，了解白细胞介素对干细胞生长的可能影响，能够为干细胞移植治疗肝衰竭提供积极的指导意义。

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