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　　2.2.4 Isl1细胞 Isl1细胞是胚胎心脏发育中重要的的原始干细胞,能分化为多种类型心脏功能细胞。他莫昔芬诱导的Cre/lox技术可以选择性标记Isl1细胞及其子代,使其分离纯化成为可能。Laugw itz等[15]证实新生小鼠心脏中存在 Isl1细胞,这些细胞表达心肌转录因子 Nkx2.5和GA TA 4,不表达Sca-1,CD31及c-Kit。将其与新生心肌细胞共同培养可分化为成熟心肌细胞。在利用谱系追踪技术对Isl1细胞分化研究显示其能够分化为血管内皮、心内膜、平滑肌、传导系统、右室及左房肌细胞谱系[16]。虽然在新生个体心肌中Isl1细胞普遍存在,但其在成体哺乳动物的心脏中存在较少,目前仅在右心房中发现,生理功能不详。

　　随着新的细胞标志及检测技术的应用,研究发现无论在正常还是病理状态下,成体心肌组织中均存在具有特异性心肌分化潜能的多能干细胞,即成体心肌干细胞(cardiac stem cells,CSCs)。在人的一生中,心肌细胞能以一种逐步减慢的速度实现替代更新,25岁时年更新率约为1%,75岁时降至0.45%,在人平均寿命中约有半数的心肌细胞可实现更新[1]。可见,虽然成体心脏中大部分细胞退出了细胞循环,但存在CSCs,具有一定的心肌再生和修复能力。

　　除表达多能干细胞的某些特殊表面标志外,当给予适当细胞分化诱导剂处理后,CSCs还可表达部分早期心肌形成转录基因,如同源盒转录因子Nkx2.5,激活转录因子-2(A TF-2),肌细胞增强因子2C(M EF2C)和 GA TA结合蛋白4(GA TA 4)等。

　　心脏中的成体CSCs主要分化为心肌细胞,也可分化为血管内皮细胞及平滑肌细胞。根据CSCs的表面标志特征,可将其分为以下几种主要的细胞类型。

　　2.2.6 其他心肌前体细胞 在胚胎心肌发育中,人心外膜源前体细胞(epicardium-derived p rogenitor cells,EDPCs)对心肌细胞、冠脉血管及浦肯野纤维等细胞的发生起着重要作用。这也激发了人们对成体心脏中类似细胞的探索。2007年,Winter等[18]从成人心房组织中分离出EDPCs,该细胞表达平滑肌α-actin和vW因子、肌浆网Ca2A TP酶以及电压门控Na通道。将 GFPEDPCs植入免疫缺陷小鼠心肌梗死区,2周后,梗死区心肌再生明显,毛细血管密度增加,心室重构及心功能改善。Popescu等[19]实验发现,成年小鼠心外膜中存在CSCNs结构。小鼠CSCNs中有两大主要的细胞类型:心肌前体细胞(CM Ps)和 Cajal样间质细胞(ICLCs),后者可连成条形或网格状,CM Ps以柱状贴附于 ICLCs基板或镶嵌在 ICLCs网格结构中。ICLCs是CSCNs中重要的支持细胞,对 CM Ps的生存、分化及巢外迁移起着重要作用。

　　实验证明CSCs存在于成体心肌组织中,而心脏中的各种因素也同样影响着CSCs。心肌局部微环境中的 BM P-2、FGF-4或 8、β-转化生长因子(TGF-β)、-1(IGF-1)及肝细胞生长因子(HGF)等一系列细胞因子对CSCs的存活、死亡、迁移及心肌方向提交分化起重要作用。

　　CSCs在细胞分化进程中已提交心肌谱系,即已启动早期心肌形成基因,其细胞表面可表达一种或几种多能干细胞的表面标志。CSCs主要的细胞生物学特性:(1)克隆能力,能够自我更新和有多能性;(2)能分化为成熟的心肌细胞、血管内皮细胞等心脏结构细胞;(3)可在心肌损伤局部激活、迁移,不需采集和扩增。

　　2.2.5 心肌球样细胞及其衍生细胞 人及小鼠心脏活检标本温和酶消化后可产生一组外形小、圆、亮的未分化细胞,在体外可自发黏附聚集形成细胞团样结构,称之为心肌球样细胞(cardiosphere cell,CS)。CS的核心由增殖性c-Kit细胞构成,其外周部分由表达特异性心肌标志(α-actin、c Tn I、利钠肽)和内皮标志(KDR/Flk-1、CD31)的细胞构成成体心肌干细胞的研究进展双赢彩票。小鼠CS具有自发搏动性能,人CS与新生大鼠心肌细胞共同培养后也显示收缩性能。Smith等[17]发现不同分化程度的CS及其衍生细胞(CDCs)表达不同的表面标志,其收缩性能及电生理学特征也有差别。该实验将人LacZCS细胞植入SCID拜格小鼠梗死心肌组织,20 d后,在梗死区及边缘发现大量CDCs,梗死区心肌活性增加,新生血管形成增多,左室功能改善。

　　【摘 要】研究表明,成熟机体的心脏组织中,存在具有高度自我更新能力和特异性心肌分化潜能的成体心肌干细胞,其能够分化为心肌细胞、内皮细胞及平滑肌细胞等心脏结构细胞.成体心肌干细胞是目前被认为最有希望以完全心肌再生应用于缺血性心脏病及其他终末期心脏病替代治疗的干细胞类型.该文综述了成体心肌干细胞的定义和分布、分类和功能、在心肌微环境中的影响因素以及目前研究中存在的问题与展望.

　　CSCNs中的原始 CSCs体积相对较小,约为(203±50)μm3。CSCs存在2种分裂方式:对称分裂和不对称分裂。后者为其主要分裂方式,可使干细胞巢在保持相对数量CSCs的同时,分化产生心肌细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞等心肌结构性功能细胞。CSCNs在心房和心尖部位分布较多,体积较大,CSCs含量也较多,因此心尖和心房处心肌细胞更新速度也相对较快。CSCs除存在于CSCN s外,也有少部分散在心肌之中,心肌受到损伤刺激后,能够迅速向损伤处迁移、分化产生心肌细胞。

　　另外,Ro ta等[10]对c-Kit细胞心内移植后的心功能变化情况进行了心脏超声量化评估。实验中经冠脉注射途径将c-KitCSCs植入到缺血-再灌注损伤大鼠模型的心肌缺血区,5周后心超检查发现治疗组心功能明显改善,左室射血分数上升,左室舒张末经及左室收缩末经减小,心肌梗死面积减少29%。

　　2.2.3 Sca-1细胞 Sca-1细胞是指心肌中细胞膜表面携带干细胞抗原-1(SCA-1)的心肌前体细胞,与成人心肌细胞共同培养或在骨形态发生蛋白(BM P)-2、纤维生长因子(FGF)-4或8、Wnt拮抗剂Dickkopf-1及5-氮杂胞苷等诱导下,可分化为功能性心肌细胞,并表达心肌早期转录因子及特异性结构蛋白[11]。Matsuura等[12]用免疫磁珠分选技术从成体小鼠中获得 Sca-1细胞,催产素诱导后约有1%可转化为搏动性心肌细胞,并表达心肌特异蛋白Cx43、α-肌动蛋白(actin),心肌肌钙蛋白(c Tn I)及α、β-M HC等,异丙肾上腺素刺激可使其跳动加快(一过性Ca2内流增加)。将该细胞克隆植入小鼠急性心肌梗死区,可减轻心肌梗死后心室重构对心肌结构及功能的影响,并促进心肌再生及功能修复。目前 Sca-1细胞的来源尚不清楚。Pfister等[13]从SP细胞分离出 Sca-1/CD31-亚群,其约占SP细胞的 10%,RT-PCR分析显示其 Nkx2.5、GA TA 4及Cx40表达阳性。将该细胞植入急性心肌梗死小鼠心肌中,发现其可实现有效的心肌动员,分化为心肌细胞和血管内皮祖细胞,可形成稳定的心肌内移植物,改善心室功能[14]。

　　Linke等[21]研究报道,狗的心肌 CSCs及其分化细胞拥有HGF-c-M et和IGF-1受体系统,通过激活这些细胞因子可诱导CSCs迁移、增殖及分化。将IGF-1和 HGF注射到梗死心肌内,可经胞内信号传导诱导其CSCs向心肌细胞分化,并促进梗死区新生血管形成,改善心脏功能。

　　研究表明,成年哺乳动物的心脏中存在心肌干细胞巢(cardiac stem cell niches,CSCN s)结构,位于心肌组织深处,是由细胞和细胞间质构成的椭圆形结构,平均体积大约为 11 000μm3。CSCN s是CSCs赖以存活、分裂、分化和死亡的心肌微环境,可使其避免损伤刺激[2]。

　　2.2.2 c-Kit细胞 c-Kit细胞是成体心肌组织中含量最多的干细胞类型,平均104个心肌细胞中就含有1个,其在心肌中以细胞簇形式存在,其中心房和心尖处含量较高。Beltram i等[8]在20～23个月龄大鼠心肌中分离出c-Kit细胞,将其植入大鼠梗死心肌组织,10 d后分化为成熟的心肌细胞,表达心肌特异性肌球蛋白重链(M HC)、心肌横纹蛋白及缝隙连接蛋白(Cx43),且梗死区血管密度增加,心功能得以改善。Daw n等[9]研究也显示同样结论。

　　国内外各实验室对CSCs的分离、培养、扩增及贮存等方法很多,实验条件也不尽相同,因此迫切需要建立一种稳定、高效分离纯化成体CSCs的规范方法。成体CSCs自身的稳态平衡和动态变化,及其向心脏功能细胞分化需经历哪些具体过程,有哪些影响因素及如何调控等还不太清楚,需要继续研究以进一步证实。我们相信,随着研究的深入,成体CSCs作为一种新手段将会产生广阔的应用前景。

　　总之,心肌早期转录因子的表达是CSCs心肌分化的先决条件。心肌微环境中多种细胞因子或激素可与CSCs的表面受体结合,激活一系列的信号通路,促进关键心肌转录因子 GA TA 4,Nkx2.5和 M EF2C 等表达,诱导 c Tn I、利钠肽、α-actin及Cx-43等心肌结构蛋白的合成,实现CSCs的心肌细胞分化。

　　在研究过程中,人们对CSCs的确切来源尚存在一些质疑。有研究者[23]称,心肌中的c-Kit细胞并非真正意义的成体CSCs,而是动员至心脏的骨髓来源性细胞成分,其本质上是固有免疫的组成部分。另有研究者[24]指出,部分人心肌活检CSCs表达肥大细胞标志,也提示其免疫系统来源。

　　最近有研究[22]发现,细胞外基质(ECM)中的β1-整合素可通过 MAPK通路调节CSCs的存活,也可以通过Rho及 Wnt信号传导影响CSCs分化中Cx40和Cx43的表达。另外,梗死灶边缘的残存心肌细胞可通过细胞间连接与CSCs建立联系,传递终末分化信息,诱导其心肌方向分化,并有利于实现其与周围心肌同步搏动。

　　2.2.1 SP细胞 又称边集细胞或侧群细胞,是近年在多种不同种属哺乳动物心脏中发现的一类心肌前体细胞,可分化为成熟的心肌细胞。心肌中的SP细胞大部分均保持原始细胞表型,约1/3可表达c-Kit和Sca-1。SP细胞的胞膜上具有A TP结合的ABCG2转运蛋白,可将进入胞核的荧光染料(如hoechst33342或rhodamine)排出胞外,荧光显微镜或流式细胞仪检测时着色较浅,依据这一特征可将其分离纯化。Hierlihy等[4]首次在新生小鼠心肌中发现SP细胞,约占心脏细胞的1%。此后有研究发现,成年小鼠中心肌SP细胞与野生型小鼠心肌细胞共同培养可分化为成熟心肌细胞[5]。随后,Oyama等[6]发现,使用催产素或曲古菌素A等可将其诱导为功能性心肌细胞,改善心肌结构与功能。也有实验报道,冠脉结扎后小鼠心肌内SP细胞大量减少,其后逐渐回升,7 d后达基线水平以上,并参与心肌修复[7]。dLsct.com