在生命科学领域，细胞治疗一直是热门话题股票配资推荐股牛网，其中间充质基质细胞（MSCs）和干细胞备受关注。它们在疾病治疗、组织修复等方面展现出巨大潜力，像是给众多疑难病症患者打开了一扇希望之门。
不过，长期以来，关于 MSCs（间充质基质细胞与间充质干细胞）到底是不是干细胞的争论已持续了二十多年。最近在HELIYON 上发表的一篇文章结束了这场争论。华西医院再生医学研究中心和天士力干细胞生物学实验室联合发表的论文《通过单细胞转录组分析揭示间充质基质细胞和干细胞之间的区别》， 从根本上和实践上打破了MSC治疗发展中的混乱势头。
01
分不清的MSCs和干细胞
从治疗难治的自身免疫疾病，到受损组织的修复再生，MSCs在细胞治疗研究和临床应用里可是“热门选手”。比如说，在治疗骨关节炎时，MSCs能分化成软骨细胞，帮助修复受损的关节软骨，缓解患者的疼痛，改善关节功能；在对抗系统性红斑狼疮等自身免疫疾病时，它又能调节免疫系统，减轻免疫反应对身体的损伤 。
展开剩余90%但问题来了，MSCs和干细胞到底有啥不一样？国际细胞治疗协会（ISCT）早在2006年就给MSCs制定了初步的鉴定标准，2019年又进行了更新。按照规定，MSCs得能在培养皿里贴壁生长，还得表达CD73、CD90、CD105这些特定蛋白，同时不能表达CD11b、CD14、CD19等一系列蛋白，并且在体外得能分化成成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞。可尴尬的是，这些标准并不能把MSCs和干细胞区分开来。在实际操作中，由于缺乏明确区分两者的有效方法，很容易把干细胞和MSCs弄混。这种混淆带来了一系列麻烦，对MSCs治疗机制的研究、安全性把控以及治疗效果的论证都产生了阻碍。
比如说，在研究MSCs治疗某种疾病的机制时，混入的干细胞可能会干扰研究结果，让科研人员误以为是MSCs在发挥某些其实不属于它的作用；在安全性方面，干细胞有促瘤风险，如果误把干细胞当成MSCs用于临床治疗，就需要对患者进行严格筛选。
从临床应用的数据来看，全球范围内，截至目前只有12种MSCs产品获得了临床应用批准，美国食品药品监督管理局（FDA）直到最近才批准了一种MSCs产品用于临床。FDA还曾披露过干细胞治疗相关的不良安全事件，包括细胞的异常变化和肿瘤生长等问题，这也让MSCs的临床应用推进变得更加艰难。
所以，应该怎么准确区分MSCs和干细胞，已经成了细胞治疗领域亟待解决的关键问题。只有把这个问题搞清楚，才能让MSCs在临床应用中发挥出真正的实力，为患者带来切实的帮助。
02
单细胞转录组分析-解开谜题
面对MSCs和干细胞难以区分的困境，科研人员想到利用单细胞转录组进行分析。简单来说，单细胞转录组分析就像是给每个细胞做了一个详细的“基因表达清单”，能精确地展示出单个细胞在特定时刻哪些基因是活跃的，哪些基因是沉默的。通过对比MSCs和干细胞的这份“清单”，就能找出它们之间的差异，从而把两者区分开来。
研究人员从多种渠道收集了样本，像人类胚胎干细胞（ESCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）、造血干细胞（HSCs）、神经干细胞（NSCs），还有从脂肪组织、脐带、胎盘、骨髓中提取的MSCs（分别记为AD - MSCs、UC - MSCs、PM - MSCs、BM - MSCs）。对于AD - MSCs样本，是在获得天津第一中心医院伦理委员会批准，并取得捐赠者书面知情同意后，从女性捐赠者腹部抽脂手术中获取的。这些样本经过一系列处理，被用于后续的实验。
细胞命运轨迹分析显示，细胞根据发育阶段明显聚类，PSCs 处于早期阶段，ASCs 在中间，MSCs 在后期，呈现出清晰的发育层次，说明 MSCs 与干细胞在发育轨迹上有明显区别，MSCs 是发育后期的细胞类型。
接着，研究人员运用单细胞RNA测序技术（scRNA - seq）对样本进行检测。他们先把细胞随机分配到微孔中，再用带有寡核苷酸条形码的磁珠捕获细胞，让磁珠和细胞一一配对。细胞裂解后，RNA分子会和磁珠杂交，然后通过反转录合成互补DNA（cDNA）。每个cDNA分子都会被打上独特的分子标识符（UMI）和细胞标签信息，以便后续分析。之后，经过一系列复杂的操作，最终在Illumina NextSeq平台上进行测序。除了自己收集的样本，研究人员还从公共数据库（如GEO数据库）中收集了大量相关样本数据，这样能让研究结果更具普遍性和说服力。
在数据分析阶段，研究人员使用了专业的R语言和相关软件包。先是用BD Rhapsody™ cwlref - runner管道处理表达矩阵，接着用Seurat包进行质量控制、标准化、数据缩放、样本整合、降维和聚类等操作。比如说，他们把那些表达基因数量少于200个，或者线粒体含量超过25%的细胞判定为低质量数据，直接排除在后续分析之外；通过“NormalizedData”函数对基因表达计数进行标准化处理，让不同样本的数据具有可比性。通过这些步骤，研究人员就能深入分析MSCs和干细胞的基因表达特征，找出它们之间的差异了。
03
关键基因筛选出来-揭示两者差异
通过单细胞转录组分析，研究人员有了新的发现：干细胞和MSCs在基因表达上有着明显的差异。干细胞在自我更新和分化方面能力超强，这得益于一系列关键基因的表达。研究人员发现了8个和干细胞自我更新、分化密切相关的关键基因，分别是SOX2、NANOG、POU5F1、SFRP2、DPPA4、SALL4、ZFP42和MYCN 。其中，SOX2、NANOG和POU5F1是维持干细胞自我更新能力的核心基因，让干细胞能不断地分裂，保持自身的特性；SFRP2是自我更新过程中重要的信号分子，负责传递各种“指令”，引导干细胞进行自我更新；DPPA4、SALL4和ZFP42则参与到自我更新的下游转录调控环节，控制着相关基因的表达；MYCN是外胚层分化的关键驱动基因，决定了干细胞向特定方向分化的“命运”。
再看MSCs，研究人员发现了5个它特有的功能基因，分别是TMEM119、FBLN5、KCNK2、CLDN11和DKK1。这些基因在干细胞中是不表达的，就像是MSCs的专属“身份证”。比如说，FBLN5是一种重要的分泌蛋白，在血管重塑和新内膜形成过程中发挥着关键作用，它在AD - MSCs中的表达量很高，通过流式细胞术检测发现，90.32%的AD - MSCs都表达FBLN5，这和单细胞转录组分析的结果一致。这些功能基因的存在，表明MSCs有着和干细胞不同的功能，可能在细胞代谢、细胞间相互作用以及分泌调节等方面发挥着重要作用。
5个MSC 特异性功能基因（TMEM119、FBLN5、KCNK2、CLDN11 和 DKK1）在不同类型 MSCs 和干细胞中的阳性细胞百分比，这 5 个基因在所有类型 MSCs 中均有表达，但在干细胞中不表达，进一步验证了这些基因可作为区分 MSCs 和干细胞的标记基因。
进一步分析不同类型MSCs和干细胞对这些关键基因的表达情况，结果更加清晰地展示了两者的差异。所有类型的MSCs，包括AD - MSCs、UC - MSCs、PM - MSCs和BM - MSCs，几乎都不表达这8个关键的自我更新和分化基因。相比之下，干细胞则普遍表达这些基因，只不过不同类型的干细胞表达强度有所不同。ESCs和iPSCs几乎全部表达这8个基因，展现出强大的自我更新和分化潜力；NSCs中，表达SOX2的细胞比例较高，而表达MYCN和SFRP2的细胞比例较低；HSCs则有一定比例的细胞表达MYCN和DPPA4 。研究人员还精确量化了不同来源MSCs表达这8个基因的比例，发现BM - MSCs、UC - MSCs、PM - MSCs和AD - MSCs中，只有1.55%、0.16%、0.48%和0.23%的细胞表达其中一个或多个基因，这个数据再次有力地证明了MSCs和干细胞在基因表达上的明显差异。
进一步比较 MSCs 和干细胞中表达八个关键 SD 基因（SOX2、NANOG、POU5F1、SFRP2、DPPA4、SALL4、ZFP42 和 MYCN）的细胞百分比。ESCs/iPSCs 中大部分细胞广泛表达这八个基因；NSCs 中表达 SOX2 的细胞比例高，表达 MYCN 和 SFRP2 的细胞比例低；HSCs 有一定比例细胞表达 MYCN 和 DPPA4；而 MSCs 中表达这些基因的细胞比例极少，再次强调了两者的差异。
04
不同组织来源的MSCs，各有啥“本领”？
研究人员还发现，不同组织来源的MSCs，虽然都属于MSCs家族，但它们之间也存在着明显的差异。通过对AD - MSCs、UC - MSCs、PM - MSCs和BM - MSCs进行聚类分析和单细胞转录组分析，发现它们各自有着独特的基因表达模式，这意味着它们在功能上也有所不同。
AD - MSCs高表达的基因大多和“化学信号接收”以及“细胞外基质（ECM）形成”相关。这就好比AD - MSCs是一个“信号小能手”，能敏锐地接收周围环境中的化学信号，同时还是一个“基建工程师”，在构建和维持细胞外基质方面发挥着重要作用。细胞外基质就像是细胞的“脚手架”，为细胞提供支撑和稳定的环境，AD - MSCs在这方面的能力，让它在组织修复和再生中有着独特的优势。
UC - MSCs和PM - MSCs的基因表达则在“趋化因子感知”和“ROBO介导的细胞黏附”方面比较突出。趋化因子就像是细胞的“导航信号”，能引导细胞朝着特定的方向移动，UC - MSCs和PM - MSCs对趋化因子的敏锐感知能力，使它们在炎症反应、组织修复过程中能准确地“奔赴战场”；而ROBO介导的细胞黏附功能，有助于细胞之间相互连接和组织的构建，对维持组织的正常结构和功能至关重要。
BM - MSCs的基因表达和“PDGF诱导的细胞运动”以及“IGFBP调节的IGF转运和摄取”有关。PDGF能刺激细胞运动，BM - MSCs在这方面的特性，让它在损伤组织的修复过程中，可以更好地迁移到需要的地方；IGF则对细胞的生长、增殖和分化有着重要作用，BM - MSCs在IGF转运和摄取方面的功能，有助于调节周围细胞的生长和发育。
从细胞命运轨迹分析来看，PM - MSCs和UC - MSCs在细胞命运聚类上比较接近，就像是“关系亲近的姐妹”，它们的发育轨迹有一定的相似性；BM - MSCs虽然和它们属于不同的细胞命运聚类，但距离较近；而AD - MSCs则和其他三种MSCs距离较远，有着自己独特的“发展道路”。
MSCs的治疗效果和它分泌的生物活性因子密切相关。研究人员进一步分析了不同类型MSCs的外分泌基因表达差异。结果发现，不同组织来源的MSCs总共能表达455种分泌因子，这些因子能和217种细胞膜受体相互作用，在ECM形成与调节、重塑细胞微环境等方面发挥作用。不过，它们在具体功能上也有差异。AD - MSCs在血管生成（涉及208个基因）、免疫调节（涉及211个基因）和ECM重塑（涉及171个基因）方面表现得最为活跃，就像是一个“多面手”，在促进组织修复和调节免疫反应方面能力出众；BM - MSCs在这些方面表现中等；PM - MSCs表达这些基因的强度相对AD - MSCs要弱一些；UC - MSCs在血管生成、免疫调节和抗凋亡方面的基因表达较弱，并且不表达和ECM重塑相关的基因。这些差异为我们在临床应用中根据不同的治疗需求选择合适的MSCs提供了重要依据。比如说，在治疗需要促进血管生成的疾病时，AD - MSCs可能是更好的选择；而在一些对免疫调节要求不高，主要需要ECM重塑的情况下，UC - MSCs可能就不太适用。
05
研究成果怎么用？看看羊水样本分析
研究人员用新发现的区分标准，对羊水样本进行了分析。羊水中既有干细胞，也可能有MSCs，准确区分它们对理解胎儿发育、探索产前治疗方法非常重要。
分析结果显示，羊水中干细胞的关键标记基因表达水平较高，而MSCs的功能基因表达水平较低。进一步统计发现，羊水中干细胞的比例达到了13.66%（范围在10.45 - 21.82%之间），而MSCs的比例仅为1.52%（范围在0.06 - 4.49%之间）。这个结果说明，在羊水中干细胞占比相对较高，MSCs占比相对较低。这一分析不仅验证了研究得出的区分标准的实用性，也为后续羊水相关的研究和临床应用提供了重要参考。比如说，在利用羊水细胞进行疾病建模或者产前治疗时，就可以根据这些比例和细胞类型，更精准地选择合适的细胞进行研究和治疗，提高治疗效果和安全性。
06
争论之后，未来应用前景如何？
这项研究结束了长达二十多年关于MSCs到底是间质基质细胞还是间质干细胞的争论。它从根本上揭示了MSCs和干细胞在基因表达层面的差异，让我们对这两种细胞有了相对清晰的认识。同时，在实际应用方面，也为MSCs的质量控制、临床应用等提供了关键的指导，有助于推动MSCs在临床治疗中的有效应用。
不过，研究也存在一些局限性。虽然大部分MSCs不表达那8个关键的自我更新和分化基因，但仍有少量细胞（占总体不到1.76%）会表达其中一个或多个基因。这些细胞的性质还不明确，它们到底是在细胞培养过程中混入的成体干细胞，还是原本的MSCs在培养过程中被激活表达了这些基因，这还需要进一步研究。另外，虽然研究发现AD - MSCs在某些治疗应用中可能比其他组织来源的MSCs功能更强，但目前还不清楚AD - MSCs和其他类型MSCs在归巢能力上是否存在差异。而归巢能力又和MSCs的治疗效果密切相关，所以这也是未来研究需要关注的重点。
未来随着对MSCs研究的不断深入，我们有望进一步优化MSCs的治疗方案。比如说，根据不同组织来源MSCs的功能特点，为不同的疾病精准选择最合适的MSCs；通过基因编辑等技术，进一步增强MSCs的治疗效果，同时降低潜在风险。相信在科研人员的不断努力下，MSCs在临床治疗中的应用会越来越广泛，为更多患者带来新的希望，让细胞治疗领域取得更大的突破。（本文作者：摩西）
本文来源：health 禾禾股票配资推荐股牛网
发布于：北京市