中科西部研究院:骨骼肌干细胞现阶段的临床应用

2021-05-06 23:04:56 162

骼肌细胞的形态细长,所以也称为肌纤维,它们是由多个细胞融合而成。生活中的经验告诉我们,骨骼肌是一种具有高度再生能力的组织,其再生能力可能仅次于骨髓造血干细胞和皮肤。


目前认为卫星细胞是骨骼肌的主要干细胞,其他细胞比如间质干细胞和毛细血管的周边细胞(pericyte)可能也参与骨骼肌的再生。卫星细胞起源于中胚层,细胞很小,分布在肌纤维周围(图5-8),新生儿体内有大量的卫星细胞,约占新生儿骨骼肌的30%,随着年龄增长,卫星细胞的数目迅速下降,仅占成人骨骼肌的2%〜5%。在正常生理状态下,卫星细胞处于静止状态,既不分裂也不分化,当肌肉受到机械刺激和损伤时,卫星细胞被激活开始分裂分化形成新的肌细胞,这个过程类似于胎儿时期的肌肉组织的生长发育。经过几番细胞分裂之后,卫星细胞开始与损伤的肌细胞融合,进一步分化修复损伤。


现在已经知道一些细胞因子和生长因子可以调节卫星细胞活性,比如,肝细胞生长因子可以激活卫星细胞,胰岛素生长因子-I(IGF-1)和成纤维细胞生长因子(FGF)可以增星细胞的增殖速率。


更新能力,如何利用它们造福患者也是临床研究的热门课题。目前医学对一些先天性和获得性肌萎缩疾病仍然束手无策,杜氏型肌营养不良症(Duchenne Muscular Dystrophy)是其中常见的致死性肌肉萎缩症,这是一种X连锁隐性遗传病,主要发生在男性,发生率大约是「3500,童年期发病,表现为肢体肌肉、横膈肌和心脏渐进式萎缩,逐渐失去功能,心肺衰竭,约在十几岁至二十多岁期间死亡。


导致杜氏症的原因是抗肌萎缩蛋白的基因(dystiophin)缺失或突变。抗肌萎缩蛋白位于肌纤维的细胞膜上,在肌细胞收缩过程中起重要作用,它的基因突变使肌细胞特别容易在正常收缩活动中受到损害,疾病的初期阶段卫星细胞可以通过自身复制和分化修复损伤,但是在周而复始性的损害和修复过程中,患者体内的卫星细胞库被耗尽,肌肉组织失去了再生的源泉,逐渐被脂肪组织取代。


那么,如果能够解决卫星细胞的库存问题,将可以控制疾病的进展速度和损伤程度。有研究者试图在尚未发病前,从患者体内采取少量肌肉组织,分离卫星细胞,在体外大量扩增,冷冻储备,然后在患者需要时进行局部移植,但临床试验时发现卫星细胞迁移能力非常有限,只能在植入位点进行局限性的生长,大约1〜2毫米的范围,这种方法显然不适合全身系统性的,而且需要重复性的移植,因为这些卫星细胞还是会被耗尽。由此进一步的设想是针对基因突变的修复,如果能将正常基因引进患者的卫星细胞,利用它们将正常基因输送到患者体内的特定部位生长分化形成新的肌纤维,这些新的肌纤维将携带有功能正常的抗肌萎缩蛋白,它们可以从根本上改变杜氏症的病理进程,甚至防患于发生之前。干细胞和基因疗法的结合已经成为生物医学研究的重要领域之一。


除了卫星细胞,一些实验研究报道间质干细胞和毛细血管的周边细胞也可以促进肌肉组织的损伤修复,这两种细胞的优点是它们可以通过静脉输入,随血液循环到达全身,有可能自主性迁移到损伤部位协助修复,所以它们也是临床应用研究的一个方面。值得注意的是,来自骨骼肌的间质干细胞可能会比骨髓间质干细胞更具有作用。