间充质干细胞MSCs治疗糖尿病的机制
2016/8/26 细胞王国
间充质干细胞MSCs是来源于中胚层具有多向分化潜能的干细胞，将同种异体甚至异种异体的MSCs移植入宿主体内，在一定诱导条件下，如微环境中的细胞因子、多维分化信号、细胞外基质成分及同种或异种细胞间接触等。
MSCs可以分化成具有中胚层、外胚层或内胚层特点的细胞。并参与宿主组织的构成p】。已经证实来源于备组织中的MSC s均可以分化为有功能的胰岛样细胞。同基因或异基因M SCs移植给糖尿病鼠.可快速降低血糖水平，有效逆转其高血糖症状。但是其机制目前尚不确定。本文就目前可能涉及的，几种机制：横向分化机制、细胞融合机制、DNA甲基化机制、旁分泌机制、内源性干细胞修复机制的研究进展进行综述。
横向分化机制
一些研究认为，来自中胚层的MSCS治疗糖尿病是在微环境作用条件下跨胚层横向分化为胰岛样细胞的结果。提取CRE-LOXP转基因鼠骨髓MsCs后转染EGFP, CRE的表达,可导致EGFP的持续表达。将骨髓MSCS移植给受体鼠后，其胰腺内有EGFP表达的β细胞。同时将NS2一CRE转基因鼠的骨髓MSCs移植给ROSA-STOPLOX-EGFP转基因鼠.若移植的MSCs与受体鼠胰岛细胞融合，会由CRE表达激活EGFP持续表达，若移植的MSCs在胰腺内发生横向分化，受体鼠细胞由于无CRE表达，则EGFP表达不被激活。结果显示受体鼠体内无EGFP表达，排除了融合的可能，证实骨髓MsCs横向分化为胰腺β细胞。而给骨髓MSCs转染β细胞发育途径中的关键转录因子PDX-1,也可促进M SCs横向分化为有功能的胰岛样细胞。
利用含有神经分化因子等的4步分化方案来评价人的MSCs分化成胰岛样细胞的潜能，结果也表明MSCs能够横向分化为胰岛样细胞。上述研究结果表明横向分化机制是MSCs诱导分化成为胰岛样细胞的主要机制。但是MSCs在横向分化为胰岛样细胞的过程中，β细胞发育途径中的关键转录因子PDX-1、PDX-4、NGN-3等是否也像正常胰腺发育过程一样的的表达还有待于进一步的研究。
细胞融合机制
MSCs具有选择性地迁移到受体器官损伤部位的特性，迁移至损伤组织的MSCs是否与体细胞在特定情况下发生细胞融合而具有体细胞的功能?这可能是MSCs治疗糖尿病的另一种机制。为验证这一假设，给雌性小鼠骨髓MSCs标记EGFP和嘌呤霉素抗性基因，与雄性小鼠胚胎干细胞共同培养，培养基中加入嘌呤霉素，培养后表达EGFP和嘌呤霉素抗性的MSCs细胞群形态和表型与胚胎干细胞相似，且其具有MSCs和胚胎千细胞的基因表型。
MSCs来源的不同细胞群DNA倍性分析均为2倍体以上。还有4倍体和6倍体细胞群。4倍体的细胞群都有XXXY的核型出现.染色体数目多为78和79。该实验支持骨髓MSCs通过与不同组织细胞发生融合而实现向该组织分化。其他学者的研究也证实了成体干细胞可以通过与组织细胞发生融合实现向该组织分化，从而获得相应表型。
以上研究说明，细胞融合是细胞与细胞联合培养中存在的现象。但是，是否MSCs注入糖尿病小鼠后引起血糖下降，糖尿病症状改善是由于MSCS与宿主胰腺β细胞融合后具有β细胞的功能。
DNA甲基化机制
细胞分化过程中，DNA甲基化谱会发生重编排，对特定CpG岛胞嘧啶甲基化或者去甲基化，致使一些控制细胞分化的关键基因依次地活化或者沉默，从而指导细胞的分化。l982年Sagel等提出DNA甲基化的改变能促进细胞分化的这一理论，给人们提供了一种新的研究思路。研究MSCs机体肿瘤细胞胚胎干细胞在分化过程中关键基因的表达及其甲基化程度，结果显示，启动子甲基化的高低和关键基因的表达都与MSCS、ECC、机体肿瘤细胞的分化状态相关。用DNA甲基转移酶抑制剂处理的细胞系可重新表达原本沉默的关键基因，表明DNA甲基化与细胞分化有关。对人胚胎干细胞分化过程中的0CT4、NANOG启动子区域的甲基化水平进行检测，结果也表明在分化过程中，存在基因甲基化的改变。将起源于滑膜的MSCs诱导成软骨，测定诱导前后MSCs相关基因的甲基化程度，结果显示，控制分化的关键基因的低甲基化能够促进MSCs向软骨分化。这表明MSCs的分化过程确实存在甲基化的改变。而控制MSCS向胰岛样细胞横向分化的关键转录因子如PDX-1、PDX-4，NGN-3等的DNA甲基化改变是否调控着其向胰岛样细胞分化，还有待于深入研究。
旁分泌机制
如果仅通过细胞融合或横向分化来解释MsCs治疗糖尿病的机制，尚有些问题难以解释。对MSCS移植入心肌梗死的大鼠研究发现，植入的MSCs通过旁分泌机制增了血管的生成和细胞保护。这就给人们提供了MSCs可能通过旁分泌机制在组织修复过程中起作用的思路。MSCs在体外缺氧时能够产生一-些细胞因子如IGF—l、bFGF、VEGF和HGF，具有防止细胞凋亡、促进血管生成、增加循环中间充质千细胞聚集到受伤组织的作用。用无血清培养基培养人胚胎干细胞衍生的MSCs 利用蛋白质组学技术鉴定，结果显示，大部分MSCs的分泌产物具有调节某些疾病的潜能。因此推测.移植的MSCs能够迁移到受伤的胰腺区域，与局部微环境相互作用，分泌一系列营养因子来帮助恢复受损的胰腺功能。同时，移植的MSCs可增加胰腺的β细胞PDXl的表达，增强胰岛素分泌。以上研究表明，MSCs治疗糖尿病可能是通过旁分泌机制上调细胞因子的分泌，抑制胰腺内分泌细胞的凋亡，促进内源性干细胞增殖，帮助受损胰腺细胞的恢复，从而降低血糖，缓解糖尿病症状。
内源性干细胞修复机制
胰岛β细胞在受损情况下，MSCs还可能存在内源性干细胞修复机制。以前研究仅揭示胚胎胰腺发育过程中控制胰腺内源性干细胞分化的多种机制。对于成年胰腺β细胞的产生和内源性干细胞的存在却只有一些描述性的数据和间接证据。最近发现，在成年小鼠胰腺内存在内源性干细胞，且在受损条件下，通过转录因子NGN3的激活，胰腺组织内源性干细胞能够发育为有功能的β细胞。因此推测，MSCs治疗糖尿病可能是在胰腺损伤后发生微环境改变的情况下，胰腺内源性的干细胞迁移和分化产生有功能的胰岛β细胞，从而降低血糖，逆转糖尿病症状。所以内源性干细胞的修复机制也能是MSCs治疗糖尿病的机制之一。
结语
综上所述，MSCs移植到糖尿病鼠模型中能够快速降低血糖，逆转糖尿病鼠的高血糖症状，其机制归纳有2种：
l)在相关的微环境或者M SCs旁分泌刺激下，由DNA甲基化来调控MSCs分化相关基因的激活或者沉默，从而使MSC s跨胚层向胰岛样细胞横向分化。
2)在相关的微环境刺激或者MSCs旁分泌刺激下，内源性干细胞激活发育为胰腺β细胞。至于哪种机制起作用，关键在于不同的微环境刺激。相信在不同胰腺微环境下与MSCs共培养，分析MSCs分化中关键转录因子的甲基化水平、关键基因的表达将有助于阐明MSCs治疗糖尿瘸的具体机制。
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