間充質干細胞（MSC）因其廣泛的臨床應用和巨大的治療潛力而成為現代研究的一個重要課題。這些細胞通過分化和自我更新產生不同器官的許多其他特化細胞。

本文討論了間充質干細胞的起源、類型和再生潛力，以及與該療法相關的益處和風險。我們將首先介紹各??種干細胞類型，以了解它們的來源。 

干細胞的類型

這些細胞根據其分化潛力分為五組，如下所述：

1. 全能細胞：這些細胞被認為是最強大的細胞類型，因為它們能夠分化成胚胎和胚胎外組織，包括卵黃囊、羊膜、絨毛膜和尿囊。在人類中，這些組織形成胎盤。全能細胞，最重要的特征是它們可以產生功能齊全的活生物體。
2. 多能細胞：這些細胞可以自我更新并分化成外胚層、內胚層或中胚層。這是三個胚層，隨后進一步分化形成我們身體的所有組織和器官。胚胎細胞是多能細胞的最好例子。這些是存在于早期胚胎中的獨特細胞。
3. 成體細胞：成體干細胞是一種中等級別的干細胞，因為它們可以自我更新并分化成特定范圍內的細胞類型。間充質干細胞是這種細胞類型的一個很好的例子，廣泛用于治療多種疾病，如糖尿病、骨折、脊髓損傷和自身免疫性疾病。
4. 寡能細胞：寡能細胞與多能細胞相似，盡管它們的分化能力受到進一步限制。它們可以在有限的程度上分化，并且只能分化成密切相關的細胞類型。造血干細胞（HSC）是這種細胞類型的一個很好的例子。
5. 單能細胞：這些是最有限和最弱的細胞類型。肌肉干細胞是這種細胞類型的一個例子。盡管這些細胞具有自我更新和分化的能力，但它們只能在單一細胞類型中做到這一點。此外，它們的差異化能力是單向的。

間充質干細胞：起源、類型和再生潛力

1. 什么是間充質干細胞？

間充質干細胞是多能細胞，這意味著它們具有分化和產生多種細胞類型的能力。例如，他們可以生成： 

• 骨細胞（成骨細胞）
• 脂肪細胞或脂肪組織（脂肪細胞）
• 軟骨細胞（軟骨細胞）
• 肌肉細胞（肌細胞） 
• 心肌細胞（心肌細胞）
• 肝細胞、神經元和胰島細胞

從形態上看，間充質干細胞是薄而長的細胞，具有大的細胞核，就像體內的大多數其他細胞一樣。

然而，這些細胞的自我更新和再生潛力及其維持多能性的能力為它們提供了組織修復的巨大治療潛力。

它們分化成特定細胞類型（如脂肪細胞、軟骨細胞、心肌細胞和骨細胞）的能力可以支持因衰老、炎癥、氧化應激、毒性損傷、輻射和其他因素而受損的組織的愈合。 

2. 間充質干細胞的起源

間充質干細胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）最初是從骨髓中被發現并成功分離培養出來的。1966年，Friedenstein等人首次觀察到一群貼壁生長、成纖維樣且可以在體外誘導分化為多種中胚層組織的細胞。隨后，在1991年，Caplan正式將這類細胞命名為間充質干細胞，這標志著對于這類具有自我更新和多向分化潛能細胞的認識進入了一個新的階段。

然而，隨著時間的發展，研究人員逐漸意識到MSCs并非僅限于骨髓之中，實際上它們幾乎存在于所有結締組織和器官內，包括但不限于：

• 骨髓：作為最早被確認含有MSCs的地方，骨髓仍然是研究最為深入的一個來源。
• 臍帶：特別是華通膠（Wharton’s jelly），已被證明是一個豐富的MSC來源，這些細胞顯示出了良好的增殖能力和較低的免疫原性7。
• 脂肪組織：通過吸脂術獲得的脂肪組織也是MSC的一個重要來源，從中提取的細胞被稱為脂肪源性干細胞（ADSCs）。
• 牙髓：牙齒內部的牙髓組織同樣含有MSCs，這類細胞在口腔醫學領域有著特殊的應用前景。
• 其他來源：如胎盤、羊水等也被報道含有MSCs，并且這些來源的細胞顯示出與傳統骨髓MSC相似甚至更優越的特性。

值得注意的是，盡管不同組織來源的MSCs共享許多共同特征，但它們之間也存在一些細微差別，比如增殖速度、分化傾向以及分泌因子譜型等方面的不同。因此，在選擇用于特定治療目的時，需要考慮到這些因素的影響

人類間充質干細胞具有哪些特征？

間充質干細胞的定義是其自我更新和分化成特定細胞類型（如成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞和其他譜系）的特有能力。此外，間充質干細胞顯示出強大的免疫調節潛力和低免疫原性，使其成為治療自身免疫性疾病和器官移植的有效療法。

3. 間充質干細胞的類型

間充質干細胞主要有以下幾種類型：

• 骨髓間充質干細胞：從骨髓中提取，是最早被發現的間充質干細胞類型，在骨修復等方面應用較多。
• 脂肪間充質干細胞：來源于脂肪組織，獲取相對容易，細胞產量高，在組織工程和再生醫學應用較廣。
• 臍帶間充質干細胞：來自臍帶組織，具有免疫原性低、增殖能力強等優點，在多種疾病治療中有很大潛力。
• 胎盤間充質干細胞：取自胎盤，和臍帶間充質干細胞類似，資源豐富且沒有倫理爭議，在醫學研究和治療中頗受關注。

4. 間充質干細胞的優點和缺點

用于再生醫學的間充質干細胞具有多種優勢，例如：

• 自我再生和分化成多種細胞譜系的能力
• 免疫調節特性
• 在多種組織中更容易獲得
• 易于隔離和文化
• 不存在因使用而產生的道德問題

盡管間充質干細胞具有多種優勢，但其治療功效仍存在一些擔憂。

例如，不同年齡的人間充質干細胞的分離效率存在差異。研究表明，來自老年捐獻者的細胞通常更容易受到氧化損傷。它們的增殖率也較低。 

5. 間充質干細胞的功能是什么？

間充質干細胞（MSC）在組織修復和再生中發揮著至關重要的作用。雖然它們的主要功能涉及自我更新和分裂以維持其群體，但間充質干細胞還表現出分化成特殊細胞類型的卓越能力。

間充質干細胞的另一個重要功能是調節免疫反應的能力。它們可以通過與T細胞、B細胞和巨噬細胞等免疫細胞相互作用來發揮免疫調節作用，幫助調節炎癥并促進組織愈合。此外，間充質干細胞分泌各種生物活性分子，包括生長因子、細胞因子和細胞外囊泡，有助于組織修復和再生過程。

當給予損傷或疾病部位時，間充質干細胞可以整合到受損組織中，促進血管生成（新血管的形成），并通過其分化能力和旁分泌信號促進組織修復。

間充質干細胞的分化潛力

間充質干細胞（MSC）具有分化成具有不同功能的各種細胞類型的能力。這種固有的多功能性對于它們的治療潛力至關重要。 

它們分化成不同細胞類型的能力強調了它們在再生醫學和組織工程中的重要性。通過利用間充質干細胞的分化潛力，研究人員旨在開發針對從骨缺陷到神經系統疾病等各種病癥的創新療法。  

6. 間充質干細胞治療疾病的作用機制

間充質干細胞 (MSC) 因其獨特的特性和潛在的治療益處而在醫學研究中脫穎而出。以下是間充質干細胞用于治療疾病的方法：

• 分化潛力：與多能干細胞不同，間充質干細胞是部分分化的，這使得它們更容易管理并定向治療所需的特定細胞類型。它們可以從人自己的組織中獲取，從而降低通常與其他類型干細胞相關的免疫排斥的風險。
• 倫理考慮：間充質干細胞具有倫理優勢，因為它們不需要胎兒組織或流產胚胎進行治療，從而避免了圍繞干細胞研究的倫理爭議。
• 免疫調節：間充質干細胞能夠通過分泌可溶性因子或直接與免疫細胞接觸來抑制過度活躍的免疫反應。這種免疫調節能力有助于減少炎癥反應，并且可以幫助身體恢復正常的免疫平衡。例如，在移植物抗宿主?。℅VHD）中，MSCs被用來預防和治療由異基因造血干細胞移植后引發的免疫攻擊。
• 組織修復與再生：當組織受到損傷時，MSCs可以通過以下幾種方式促進愈合：
  • 歸巢：MSCs能夠在體內遷移到受損區域，這一過程被稱為“歸巢”。一旦到達目的地，這些細胞就可以開始工作。
  • 旁分泌效應：MSCs會釋放各種生長因子和其他信號分子，刺激周圍健康細胞的功能，促進新生血管形成以及現有細胞的存活。
  • 分化：雖然MSCs的直接分化為特定類型的細胞可能不是主要機制，但在某些情況下，它們確實可以轉化為所需的細胞類型以替代死亡或功能失調的細胞。
• 抗炎特性：MSCs具有顯著的抗炎效果，可以在急性或慢性炎癥條件下減輕癥狀。它們通過調控T細胞、B細胞、自然殺傷細胞（NK細胞）以及其他參與炎癥過程的免疫細胞的行為來實現這一點。這種能力對于治療諸如關節炎、肝硬化等炎癥性疾病非常重要。

總之，間充質干細胞有望成為再生醫學和疾病治療的多功能工具。它們分化成各種細胞類型的能力，以及它們的營養、抗炎和抗凋亡特性，使它們成為多種醫療條件下治療干預的有價值的候選者。

7. 間充質干細胞可以治療哪些疾病？

間充質干細胞的臨床試驗表明，間充質干細胞可用于治療因衰老、癌變、炎癥、氧化應激和免疫功能障礙而引起的多種疾病。

可以使用間充質干細胞治療的一些常見病癥包括：

• 糖尿病
• 骨關節炎
• 癌癥
• 自身免疫性疾病
• 缺血性疾病
• 神經退行性疾病
• 器官移植

8. 間充質干細胞如何促進組織修復和再生？

8.1 分化為特定組織細胞

骨組織修復

• 間充質干細胞具有向成骨細胞分化的能力。在骨損傷或骨疾病的情況下，如骨折、骨缺損，間充質干細胞可以在局部微環境的誘導下，分化為成熟的成骨細胞。這些分化后的成骨細胞能夠合成和分泌骨基質，包括膠原蛋白和鈣鹽等成分，促進新骨的形成，加速骨組織的修復。
• 例如，在一些骨組織工程研究中，將間充質干細胞與合適的生物支架材料結合，植入骨缺損部位后，細胞能夠在支架上增殖并分化為成骨細胞，最終實現骨缺損的修復。

軟骨組織修復

• 對于軟骨損傷，間充質干細胞可以分化為軟骨細胞。軟骨細胞能夠產生軟骨特異性的細胞外基質，如Ⅱ型膠原蛋白和糖胺聚糖，這些成分是維持軟骨彈性和功能的關鍵。
• 比如在膝關節軟骨損傷中，將間充質干細胞通過關節腔內注射等方式輸送到受損軟骨區域，它們在局部信號的刺激下分化為軟骨細胞，從而修復受損的軟骨組織，改善關節功能。

心肌組織修復

• 在心肌梗死導致心肌細胞大量死亡后，間充質干細胞可以分化為心肌樣細胞。這些心肌樣細胞能夠部分替代壞死的心肌細胞，并且在一定程度上恢復心肌的收縮功能。
• 同時，間充質干細胞還能與心肌細胞形成縫隙連接，有助于恢復心肌細胞之間的電信號傳導，進一步改善心臟功能。

8.2 分泌生長因子和細胞因子

1. 促進血管生成
   • 間充質干細胞可以分泌血管內皮生長因子（VEGF）、成纖維細胞生長因子（FGF）等生長因子。VEGF 能夠刺激內皮細胞的增殖和遷移，促使新的血管形成。在組織修復過程中，良好的血液供應是至關重要的，新生血管可以為修復中的組織提供氧氣和營養物質，帶走代謝廢物。
   • 例如，在皮膚損傷后的修復過程中，間充質干細胞分泌的這些生長因子能夠加速傷口周圍血管的新生，促進皮膚組織的再生。
2. 刺激細胞增殖和遷移
   • 間充質干細胞分泌的細胞因子，如肝細胞生長因子（HGF）、胰島素樣生長因子（IGF）等，可以刺激周圍組織細胞的增殖和遷移。在肝臟損傷時，HGF 能夠促進肝細胞的增殖，有助于肝臟組織的再生。
   • 這些細胞因子還可以引導其他干細胞或祖細胞向損傷部位遷移，共同參與組織的修復過程。

8.3 調節炎癥反應

當炎癥反應逐漸消退后，間充質干細胞能夠在局部組織中持續發揮作用，促進組織細胞的再生和修復。它們通過上述的分化、分泌生長因子和細胞因子等多種方式，加速組織恢復到正常狀態。

• 減輕炎癥損傷：在組織損傷初期，炎癥反應是機體的一種自我保護機制，但過度的炎癥反應會對組織造成損傷。間充質干細胞可以通過分泌抗炎因子，如白細胞介素-10（IL-10）、轉化生長因子-β（TGF-β）等來減輕炎癥反應。
• 促進炎癥消退后的組織修復：當炎癥反應逐漸消退后，間充質干細胞能夠在局部組織中持續發揮作用，促進組織細胞的再生和修復。它們通過上述的分化、分泌生長因子和細胞因子等多種方式，加速組織恢復到正常狀態。

參考資料：

1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21396235/Mesenchymal stem cellsDah-Ching Ding, Woei-Cherng Shyu, Shinn-Zong Li
2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35502477/Research Progress of Totipotent Stem CellsJianfeng Cai, Huifang Chen, Shiting Xie, Zhichao Hu, Yinshan Bai
3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28188938/Multipotent Stem Cell and Current ApplicationAligholi Sobhani, Neda Khanlarkhani, Maryam Baazm, Farzaneh Mohammadzadeh, Atefeh Najafi, Shayesteh Mehdinejadiani, Fereydoon Sargolzaei Aval
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3927011/Role of mesenchymal stem cells in cell life and their signalingShihori Tanabe
5. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24158496/Natural history of mesenchymal stem cells, from vessel walls to culture vesselsIain R Murray, Christopher C West, Winters R Hardy, Aaron W James, Tea Soon Park, Alan Nguyen, Tulyapruek Tawonsawatruk, Lorenza Lazzari, Chia Soo, Bruno Péault
6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6431372/Mesenchymal Stem Cells: Characteristics, Function, and ApplicationZhongjun Li, Xingbin Hu, and Jiang F. Zhong
7. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19513108/Aging and replicative senescence have related effects on human stem and progenitor cellsWolfgang Wagner, Simone Bork, Patrick Horn, Damir Krunic, Thomas Walenda, Anke Diehlmann, Vladimir Benes, Jonathon Blake, Franz-Xaver Huber, Volker Eckstein, Petra Boukamp, Anthony D Ho
8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6719501/The Pros and Cons of Mesenchymal Stem Cell-Based TherapiesAleksandra Musia?-Wysocka, Marta Kot, and Marcin Majka
9. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2020.00043Therapeutic Potential of Mesenchymal Stem Cells for Cancer TherapyAbdelkrim Hmadcha, Alejandro Martin-Montalvo, Benoit R. Gauthier, Bernat Soria, Vivian Capilla-Gonzalez
10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4413017/Human mesenchymal stem cells – current trends and future prospectiveImran Ullah, Raghavendra Baregundi Subbarao, and Gyu Jin Rho
11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8284686/Mesenchymal stem cells: ideal seeds for treating diseasesGuanwen Gao, Chenyang Fan, Weiquan Li, Runzhang Liang, Chuzhong Wei, Xiaojie Chen, Yue Yang, Yueyuan Zhong, Yingqi Shao, Yi Kong, Zesong Li, and Xiao Zhu

免責說明：本文僅用于傳播科普知識，分享行業觀點，不構成任何臨床診斷建議！杭吉干細胞所發布的信息不能替代醫生或藥劑師的專業建議。如有版權等疑問，請隨時聯系我。