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肝干細胞與干細胞移植治療急慢性肝病

  肝干細胞發現於20世紀50年代末,1956年,Farber[1]將肝內可能具有分化潛力的細胞描述為卵圓細胞,1958年Wilson和Leduc[2]提出肝干細胞的概念。近年來,人們發現肝干細胞移植對急慢性肝髒疾病有明確的治療作用,使之成為消化領域的研究熱門。本文對肝干細胞及干細胞移植治療肝病的研究進展做一綜述。

  1肝干細胞的來源與分類

  根據肝髒干細胞起源的不同,可將其分為肝源性肝髒干細胞和非肝源性肝髒干細胞,前者包括卵圓細胞、分化的肝細胞、胚胎肝細胞和膽管上皮細胞,後者則為源於胚胎干細胞、骨髓造血干細胞及胰腺上皮干細胞等不同來源的肝髒干細胞。在特定條件下,造血干細胞和骨髓間充質細胞均可轉化成肝細胞。

  1.1胚胎干細胞(embryonicstemcell,ES細胞)ES細胞來源於早期胚胎,具有多項分化潛能,可以在體內或體外分化為多種組織細胞。Hamazaki等[3]在體外成功地將小鼠ES細胞定向分化為成熟的肝細胞,該細胞能表達AFP、甲狀腺轉運蛋白、A2抗胰蛋白酶、白蛋白等肝細胞特征。Hu等[4]則在直接觀察到體外ES細胞向肝細胞轉化的過程中,發現在培養液中體外ES細胞能轉化為可分泌AFP、ALB的肝細胞。

  1.2骨髓干細胞骨髓中含有的造血干細胞和間充質細胞具有較強的增生、分化能力。Lagasse等[5]將骨髓組織細胞移植給致死量放射線照射鼠,發現在受鼠肝髒中發現骨髓造血干細胞來源的成熟肝細胞,提示造血干細胞可以轉化為肝細胞。Theise等[6]將正常雄性小鼠骨髓移植到正常雌性小鼠體內,應用熒光原位雜交方法檢查雌性小鼠肝髒細胞Y染色體,發現雌性小鼠肝髒的部分肝細胞表達Y染色體,提示骨髓干細胞在正常肝髒環境中能分化為肝細胞。Petersen等[7]將雄性大鼠骨髓干細胞移植到致死量放射性肝損傷且肝細胞增生被抑制的雌性大鼠模型體內,發現該模型大鼠的部分肝髒細胞表達Y染色體,提示骨髓干細胞不僅在正常肝髒環境能分化為肝細胞,而且在肝髒某些病理的環境中也能分化為肝細胞。

  1.3胰腺上皮干細胞胰腺中存在著肝髒前體細胞。Wang等[8]用野生型E.colilacZ轉基因小鼠胰腺細胞移植入同系酪氨酸代謝酶基因(FAH)突變的小鼠脾髒,在小鼠脾髒中能檢測到FAH(+)的肝細胞團。從胰腺分離的胰島前體細胞在體外培養中可分化為肝上皮細胞,提示在胚胎發育過程中,一些原始的多能干細胞保持著未分化狀態滯留在機體組織中。胰腺肝髒細胞同源性的這一特征,為進一步的臨床治療提供了又一肝干細胞來源。

  1.4肝干細胞

  1.4.1肝卵圓細胞(hepaticovalcell)表現為核大而胞質小並具有特殊的細胞標記,細胞表面高度表達OV-6、白蛋白、CK等,形態呈卵圓形。卵圓細胞來自終末小膽管Hering管細胞,其數目與肝損傷的嚴重程度有關。在成年動物肝髒內肝卵圓細胞含量非常少,通常情況無法檢測到。

肝干細胞與干細胞移植治療急慢性肝病

  1.4.2肝小細胞與肝卵圓細胞類似,多在嚴重肝損傷的情況下,可觀察到肝小細胞增殖,該細胞直徑為9~12μm的小型單個核細胞,呈鋪路石樣增殖,其性質介於肝細胞與肝管上皮細胞之間。在急性病毒性肝炎、暴發性肝衰竭恢復期、慢性肝炎及肝硬化患者的肝組織中可以觀察到這種細胞。

  2各種干細胞分離方法

  2.1骨髓間充質干細胞的分離方法骨髓干細胞主要有兩大類,一類是造血干細胞(hematopoieticstemcells,HSCs),它是血細胞的起源細胞,另一類是骨髓間充質細胞(mesenchymalstemcells,MSCs)。骨髓中MSCs的含量很低,約為0.001%~0.01%,因此應用MSCs前,需對其進行分離及體外培養擴增。目前常用的分離方法為貼壁篩選法、密度梯度離心法、流式細胞儀分選法和免疫磁珠分離法,其中流式細胞儀分選是目前分離骨髓干細胞的最常用方法之一。

  2.2肝干細胞的分離方法目前分選、純化肝干細胞的方法有密度梯度離心、流式細胞技術結合免疫熒光標記單克隆技術、免疫磁珠分選技術等,其中密度梯度離心無需特殊儀器及抗體,操縱過程簡單,可減少復雜操縱對細胞活性的損傷,采用proteaseE選擇性破壞肝實質細胞[9],20μm濾膜濾過清除體積較大細胞,後經Percoll密度梯度離心獲得高產量及活性率的肝干細胞。

  3急性肝損傷肝干細胞的激活與增殖

  干細胞在肝損傷時具有分化增殖為肝細胞的能力,但給予正常及受損傷的動物干細胞治療時,發現只在受損傷的動物觀察到干細胞的分化與增殖,正常動物肝髒組織並無外源性干細胞生長跡象。說明細胞對於生長信號的反應因損傷的程度大小而異。正常肝髒中,肝干細胞處於休眠期,不分裂增生,當肝干細胞被激活後,必須在適宜的微環境中才能分化成熟。當部分肝細胞死亡和(或)暴露於有毒性物質時,卵圓細胞開始增生、分化為肝細胞,補充丟失或死亡的細胞。此外,造血干細胞只能在肝髒中分化為肝細胞和膽管上皮細胞。肝干細胞的擴增和分化是一個復雜過程,在該過程中,肝髒微環境和多種細胞因子、分化因子的表達起重要作用。Thorgeirsson等經過一系列研究以為參與肝干細胞增生和分化的因子包括干細胞因子及其受體c-kit系統、干擾素γ,腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細胞介素-6(IL-6)。另外,還包括與肝髒再生有關的生長因子:表皮生長因子(EGF)、轉化生長因子-β(TGF-β)、肝細胞生長因子(HGF)和成纖維細胞生長因子(FGF)家族等。國內姚鵬等[10]報道HGF,表EGF、FGP能促進骨髓干細胞的增生、分化,TGF-β能誘導骨髓干細胞的凋亡,而TNP-α、IL-6對骨髓干細胞的生長無明顯影響。目前很難確定促進和誘導肝干細胞分化及擴增的關鍵因素,這也是影響肝干細胞臨床應用的一個困難。

  4干細胞移植治療急慢性肝髒疾病

  肝干細胞的移植方法較多,常用方法包括腹腔移植、脾移植、門靜脈移植、肝動脈移植等。目前,動物實驗進行較廣泛,各種途徑的移植應用於急慢性肝病的治療,而臨床上主要以肝動脈方式移植最為常用。

  4.1腹腔內移植腹腔是干細胞移植最方便易行的治療方法,但由於其有效的作用主要是通過肝髒受損傷時干細胞提供的細胞因子的作用,而並非腹腔內干細胞的增殖與分化的作用。且受腹腔內干細胞分化、增殖條件的限制,基本無臨床應用遠景。

  4.2脾內移植ShiZ等[11]經脾髒進行胚胎干細胞移植治療Wilson“”s病模型鼠,移植後第2、4周,在肝內可見胚胎干細胞來源的干細胞增殖。說明脾髒內移植的胚胎干細胞有分化為成熟肝細胞的能力。蘇娟等[12]采用人胎肝干細胞在小鼠腹腔及脾內移植,移植後觀察結果證實了胎肝干細胞能在損傷肝髒中增殖並分化為肝細胞。移植在脾髒的干細胞固然能在短期內達到改善肝功能的目的,但由於其不能在脾髒內形成有效的肝小葉等排泌結構,其依靠於脾髒內干細胞的分化,長期效果主要是來源於由脾髒回流到肝髒的干細胞的分化增殖。

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