骨髓间充质干细胞成骨分化调控的研究进展

骨髓间充质干细胞具有较强的自我更新能力和多向分化潜能，其应用是目前国际上组织工程领域中重要的研究内容之一。近年来，许多实验室从分子，生化，物理等水平对其成骨分化调控进行了深入研究，取得了较大的进展。     

骨髓间充质干细胞成骨分化调控的研究进展

骨髓间充质干细胞具有较强的自我更新能力和多向分化潜能 ,其应用是目前国际上组织工程领域中重要的研究内容之一。近年来 ,许多实验室从分子、生化、物理等水平对其成骨分化调控进行了深入研究 ,取得了较大的进展     

微重力对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

骨髓间充质干细胞（BMSCs）是一种多能成体于细胞,是组织工程重要的种子细胞来源之一.微重力对BMSCs成骨分化具有抑制作用,可使骨量减少和骨微结构改变,从而导致骨质疏松症.这一过程受到多条信号通路的调控,如MAPK信号通路、Notch信号通路和Wnt/β-catenin信号通路等,它们协同调节微重力下BMSCs向成骨细胞方向的分化.研究微重力对BMSCs成骨分化的影响,可以阐明骨质流失机理,为相关疾病的治疗提供新的靶点,促进我国太空宇航事业的发展.     

体外冲击波通过三磷酸腺苷诱导人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化

目的 研究体外冲击波是否通过三磷酸腺苷（ATP）激活P2X7受体,诱导人骨髓间充质干细胞(human mesenchymal stem cells,hMSCs)向成骨细胞分化。方法 培养hMSCs细胞,检测冲击波是否引起其向外释放ATP;通过检测碱性磷酸酶(ALP)活性、骨钙素表达和钙结节形成,判断骨化形成和钙质沉积;用实时定量PCR检测P2X7受体的mRNA表达;用ATP水解酶、P2X7受体的siRNA以及 P2受体的抑制剂评估ATP释放和P2X7受体在冲击波诱导hMSCs成骨分化中的作用。结果 冲击波可引起细胞内ATP向外释放,冲击波和细胞外ATP能够诱导hMSCs向成骨分化,采用ATP水解酶、P2X7受体的siRNA和抑制剂能够抑制冲击波引起的hMSCs成骨化作用。结论 冲击波通过引起细胞内ATP向外释放,激活P2X7受体传导信号通路,促进hMSCs向成骨细胞分化。本研究结果为冲击波促进骨折愈合和治疗骨不连疗法提供了理论依据。     

不同因子影响骨髓间充质干细胞的多向分化

背景：在组织工程领域,关于骨髓间充质干细胞定向诱导分化的研究越来越多,但是细胞培养基中不同成分会对骨髓间充质干细胞的体外增殖分化产生影响。 目的：针对培养基中不同因子对骨髓间充质干细胞定向诱导分化的作用加以综述。 方法：第一作者应用计算机检索1998年1月至2012年4月Pubmed数据库及万方数据库。检索英文关键词为“bone marrow mesenchymal stromal cells, cell culture medium, differentiation”,中文关键词为“骨髓间充质干细胞,细胞培养,定向诱导分化”,纳入有关不同因子对骨髓间充质干细胞向成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞定向诱导分化作用的文献,排除重复研究。 结果与结论：计算机初检共得到184篇文献,根据纳入排除标准,对其中30篇文献进行综述。大体说来,骨髓间充质干细胞向成骨分化的主要因子有地塞米松、转化生长因子、维生素C、维生素D3、β-甘油磷酸钠及乙烯雌酚等;向软骨分化的主要因子有地塞米松、转化生长因子、维生素C、胰岛素样生长因子及成纤维细胞生长因子等;向脂肪细胞转化的主要因子有地塞米松、3-异丁基-1-甲基黄嘌呤、胰岛素和消炎痛等,但是其中一些因子的作用机制及不良反应还不明确,需要进一步的研究与验证。同时,骨髓间充质干细胞在骨髓中的含量较低,不同的分离方法会导致不同的分离率,因此如何选取一种分离率高的分离方法仍有待研究。     

rhBMP-7对小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的影响

目的:观察重组人骨形成蛋白-7(rhBMP-7)对小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)向成骨细胞分化的影响。方法:采用密度梯度离心法分离骨髓,体外培养扩增,获得小鼠骨髓间充质干细胞,贴壁培养至第3代,向培养液中加入rhBMP-7,培养5 d后进行碱性磷酸酶(ALP)染色,ALP活性与骨钙素(OC)含量检测,并用RT-PCR法分析成骨细胞标志基因骨钙素(OC)与Ⅰ型胶原(Col-Ⅰ)表达情况,Western blot法检测Ⅰ型胶原(Col-Ⅰ)蛋白的分泌量。结果:rhBMP-7诱导组的骨髓间充质干细胞的ALP染色强度、ALP活性及OC含量明显升高,OC与Col-Ⅰ的mRNA表达水平以及Col-Ⅰ的蛋白表达水平均明显提高。结论:rhBMP-7可促进体外培养的小鼠BMSCs向成骨细胞方向分化。     

体外扩增过程中人骨髓间充质干细胞的增殖与分化规律

目的：系统考察体外扩增过程中人骨髓间充质干细胞（MSC）的增殖与分化规律，为MSC任组织修复以及细胞治疗中的应用提供参考、方法：以全骨髓贴壁法分离成人肋骨骨髓MSC，在相同条件下分别考察各代细胞形态、生长、表面标记、细胞周期、成骨、成软骨及成脂肪能力的变化情况。结果：随代次增加，MSC增殖能力、成骨、成脂肪能力均有所下降，而成软骨能力无明显降低；成骨、成软骨及成脂肪能乃均保持到细胞衰老。存扩增过程中，MSC始终保持较高的纯度，CD29、CD44、CD105的阳性率均在90％以上，CD14、CD34和CD45的阳性率均在4％以下、结论：在体外培养过程中MSC干细胞特性逐渐丢失，其中向骨、脂肪方向的分化潜能较软骨方向更易失去；而多向分化能力的保持较之自我更新能力更为持久。MSC在7代以前可作为基础研究及临床应用的良好对象。     

沉默膜联蛋白A1基因影响兔骨髓间充质干细胞的增殖及成骨分化能力*☆

背景：膜联蛋白A1蛋白参与细胞的增殖和分化的调控。激素性股骨头坏死与骨髓间充质干细胞增殖和分化能力的改变相关。 目的：观察沉默膜联蛋白A1基因对兔骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化能力的影响。 方法：将新西兰大白兔的骨髓间充质干细胞分离培养后分为RNA干扰组,用携带针对膜联蛋白A1基因的短发夹RNA慢病毒载体LV-shANXA1感染骨髓间充质干细胞下调膜联蛋白A1基因的表达;阴性对照组,用携带无义基因序列的慢病毒载体LV-shANXA1-NC感染骨髓间充质干细胞;空白对照组,不加任何干预措施。 结果与结论：纯化后的骨髓间充质干细胞CD44和CD105表达阳性率分别为97.2%和95.8%,而CD45阳性率为2.5%。经嘌呤霉素筛选后,感染复数为50时,LV-shANXA1对骨髓间充质干细胞感染效率为80%;感染复数为100时,感染效率为95%。实时 PCR 和Western blot检测显示感染复数为50时,LV-shANXA1对膜联蛋白A1基因的沉默效率效率可达72.4%以上。膜联蛋白A1表达下调后,骨髓间充质干细胞出现明显生长抑制,在随后成骨分化诱导后,细胞的碱性磷酸酶染色阳性率和碱性磷酸酶活性明显降低,且茜素红染色呈阴性反应。表明沉默膜联蛋白A1基因降低骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化能力,这可能是激素性股骨头坏死发病机制之一。关键词：膜联蛋白A1;基因沉默;骨髓间充质干细胞;成骨分化;细胞增殖;激素性股骨头缺血性坏死 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.19.001     

骨髓间充质干细胞诱导成骨的研究进展

骨髓间充质干细胞因其具有自我复制和多向分化潜能而成为目前骨组织工程领域研究的重点之一。对这方面近几年的研究成果从诱导因子的作用及调控机制、物理条件、新的研究方法等方面做了简要论述。     

三磷酸腺苷对骨髓间充质干细胞成骨和成脂分化的影响

背景：骨髓间充质干细胞的功能紊乱是骨质疏松的重要病理机制,而适当力学刺激可促进骨生长、提高骨强度,同时也会使细胞分泌腺苷类物质,如三磷酸腺苷。 目的：探讨三磷酸腺苷对骨髓间充质干细胞成骨和成脂肪分化的影响及其相关机制。 方法：不同浓度(10,50,250 μmol/L)的三磷酸腺苷刺激骨髓间充质干细胞,通过RT-qPCR检测成骨和成脂肪相关基因表达、茜素红染色和油红O染色来评估三磷酸腺苷对骨髓间充质干细胞成骨和成脂分化的影响。Western blot检测三磷酸腺苷刺激对ERK1/2通路激活的影响。 结果与结论：三磷酸腺苷促进骨髓间充质干细胞成骨相关基因的表达和钙沉积,抑制成脂肪相关基因表达和脂滴生成,但不影响细胞增殖,这些影响呈剂量依赖性。三磷酸腺苷可以激活ERK1/2通路,ERK1/2通路抑制剂U0126抑制了三磷酸腺苷对骨髓间充质干细胞的促成骨抑成脂效应。  中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

人骨髓间质干细胞向造血细胞分化潜能的实验研究

目的:在体研究人骨髓间质干细胞(hBMMSCs)向造血细胞分化的潜能。方法:将hBMMSCs经尾静脉注射给环磷酰胺处理的严重联合免疫缺陷(SCID)小鼠,利用流式激活细胞分析系统(FACS)检测hBMMSCs输注后存活35d的SCID小鼠外周血、骨髓和脾脏中人源性造血细胞的表型和水平。结果:hBMMSCs输注组外周血(PB)、骨髓(BM)和脾脏(spleen)中可检测到人CD45⁺/H-2D^d-、CD34⁺/H-2D^d-细胞,而对照组PB、BM和脾脏均未检测到上述表型的人造血细胞。结论:hBMMSCs具有向造血细胞分化的潜能。     

前列腺素E1对大鼠骨髓间充质干细胞增殖的影响

背景：目前还缺乏前列腺素E1对骨髓间充质干细胞增殖影响的研究。 目的：观察前列腺素E1与骨髓间充质干细胞共培养对细胞增殖作用的影响。 方法：体外培养SD大鼠骨髓间充质干细胞。取第3 代细胞利用流式细胞仪鉴定细胞表面表型。以每孔1×104数量接种于96 孔板,将前列腺素E1分别以0(对照组),1,2,5,10,20,40,100 μg/L的浓度作用骨髓间充质干细胞72 h,以CCK-8法检测细胞增殖情况,观察最佳增殖浓度10%的前列腺素E1在不同时间(24,48,72 h)对骨髓间充质干细胞增殖的影响。 结果与结论：P3代骨髓间充质干细胞表面阳性率CD11b/c为4.93%,CD29为99.93%,CD45为0.1%,CD90为99.58%,符合骨髓间充质干细胞特征。质量浓度为1,2,5,10,20,40,100 μg/L的前列腺素E1均可以促进骨髓间充质干细胞在体外的增殖,以10 μg/L的作用最强。10 μg/L前列腺素E1在作用48 h后能显著促进大鼠骨髓间充质干细胞增殖(P < 0.05),其作用呈一定程度的时间依赖性,72 h达最高。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

骨髓间充质干细胞向软骨细胞的分化

背景：以骨髓间充质干细胞构建组织工程气管尚缺乏理想的特异性表面标志物,对其鉴定主要依赖细胞形态学、细胞表型及诱导分化的功能进行分析。 目的：体外分离培养、鉴定兔骨髓间充质干细胞,观察在特定条件下向气管软骨细胞分化的潜能。 方法：无菌环境取兔骨髓,经全骨髓贴壁筛选法分离培养细胞至第2代,流式细胞术鉴定第1、第2代细胞表面抗原CD44、CD45的表达。无菌环境取气管,经酶消化法分离培养气管软骨细胞,甲苯胺蓝染色鉴定软骨细胞蛋白聚糖的合成。在使用转化生长因子β1的基础上,将骨髓间充质干细胞与气管软骨细胞通过Transwell小室非接触式共培养,倒置显微镜观察细胞形态,甲苯胺蓝染色鉴定蛋白聚糖的合成,荧光实时定量PCR鉴定Ⅱ型胶原和蛋白聚糖 mRNA的表达。 结果与结论：分离、培养的细胞呈长梭形、不规则形聚集生长,传代后细胞生长速度明显增快,呈鱼群状聚集生长。第1代有96.97%的细胞表达CD44、13.72%的细胞表达CD45,第2代有99.11%的细胞表达CD44、8.54%的细胞表达CD45。气管软骨细胞甲苯胺蓝染色阳性。在诱导后,骨髓间充质干细胞形态逐渐由长梭形变为三角形或不规则形,表达软骨细胞特异性Ⅱ型胶原和蛋白聚糖 mRNA基因,甲苯胺蓝染色示阳性。结果表明全骨髓贴壁筛选法可成功分离培养骨髓间充质干细胞,第2代纯度较高,且在特定诱导条件下具有分化为气管软骨细胞的潜能。     

视网膜干细胞培养上清液诱导骨髓间充质干细胞的分化

背景：骨髓间充质干细胞向神经细胞诱导分化可为神经系统受损伤后的修复和再生带来了新的希望。 目的：探讨骨髓间充质干细胞在视网膜干细胞培养上清液诱导条件下向神经元细胞分化。 方法：采用全骨髓培养方法,用视网膜干细胞培养上清液诱导骨髓间充质干细胞,通过免疫荧光染色鉴定其分化的结果。 结果与结论：诱导72 h,骨髓间充质干细胞表达神经干细胞的特异性抗体巢蛋白和神经元中的标志性微管相关蛋白微管相关蛋白2。视网膜干细胞培养上清液能够促进骨髓间充质干细胞向神经元样细胞分化,提示视网膜干细胞可能分泌神经生长因子。     

人骨髓间充质干细胞的生物学特性及向神经前体细胞分化的实验研究

目的 观察体外培养的人骨髓间充质干细胞(hMSCs)的生物学特性,并探讨使其转分化为神经前体细胞(NPCs)的方法.方法以密度梯度离心和贴壁法相结合分离成人骨髓间充质干细胞,并观察细胞形态、生长、表面标记以及成骨和成软骨及成脂肪能力的情况.选用第3代细胞进行诱导,先经胚胎干细胞培养液扩增,再用加有5-氮胞苷和曲古菌素A的神经诱导液诱导,7d后,一部分样本进行Nestin、Sox2免疫荧光染色和RT-PCR检测;另一部分样本在含有B27的神经培养液中继续培养7d,然后进行NF-L的免疫荧光检测.结果分离培养的hMSCs纯度较高,CD29、CD44的阳性率均在90%以上;具有明显的成骨、成软骨和成脂肪能力;经5-氮杂胞苷和曲古菌素A作用后能向神经前体细胞分化,免疫荧光染色及RT-PCR结果显示,诱导后的细胞能特异性表达神经前体细胞标志物Nestin和Sox2;在神经培养液中继续培养后检测神经细胞标记物NF-L,可见较多阳性细胞.结论 hMSCs可在体外进行分离培养扩增,经药物修饰后具有向神经前体细胞分化的潜能.     

体外诱导骨髓间充质干细胞向心肌细胞分化的实验研究

目的:采用5-氮胞苷(5-aza)诱导骨髓间充质干细胞(M SCs)为心肌样细胞,对比分析诱导细胞与正常心肌细胞表型的差异,从而分析5-aza的诱导效应。方法:分离培养大鼠骨髓M SCs,通过检测不同浓度的5-aza诱导后M SCs表面CD 45、CD 54、CD 90分子的表达并与正常心肌细胞表型进行比较,以观察5-aza对间充质干细胞体外分化诱导的影响和作用。结果:5-氮胞苷能有效地诱导间充质干细胞分化为心肌样细胞,诱导后的细胞表面均表达M H C和desm in分子。浓度为10μm ol/L的5-aza诱导组细胞表型更接近于心肌细胞。结论:M SCs在体外条件下经5-aza诱导可以分化为心肌样细胞,10μm ol/L的诱导浓度为最优浓度。     

α2-巨球蛋白减轻X射线所致人骨髓间充质干细胞成骨分化障碍

目的:初步探讨α2-巨球蛋白(α2M)对X射线导致的人骨髓间充质干细胞(h BMMSCs)成骨分化障碍的作用。方法:体外培养h BMMSCs,取第4代细胞经8 Gy X射线照射后,进行成骨诱导并以0.5和1.0 g/Lα2M分别作用于照射后的h BMMSCs。成骨诱导的第7天检测碱性磷酸酶(ALP)活性,RT-q PCR法检测Runt相关转录因子2(RUNX2)的mRNA表达;成骨诱导的第14天采用Western blot检测骨甘氨酸(OGN)的蛋白表达;成骨诱导的第21天采用茜素红染色法检测钙结节的形成情况。此外,正常培养的h BMMSCs于8 Gy X射线照射后加入α2M作用24 h,提取细胞检测超氧化物歧化酶(SOD)活力,Western blot检测含锰超氧化物歧化酶(Mn SOD)的蛋白表达。结果:h BMMSCs经8 Gy X射线照射后给予0.5和1.0 g/Lα2M处理,与未加入α2M的单独照射组比较,ALP活性、RUNX2的mRNA表达、OGN和Mn SOD的蛋白表达及SOD活力均升高,钙结节形成增多。结论:α2M可明显提高放射损伤后h BMMSCs的成骨分化能力,上调SOD活力和Mn SOD的蛋白表达水平。     

脂多糖干预卵巢切除小鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化能力

背景：骨平衡被打破造成的绝经后骨质疏松往往是由炎症因子的升高造成的,在牙周组织中,炎症致病菌可产生破坏宿主组织的毒性因子,如脂多糖、菌毛、凝集素等。 目的：通过建立卵巢切除小鼠骨质疏松的模型,观察脂多糖刺激下骨髓间充质干细胞成骨分化能力的改变,初步探讨雌激素缺乏患者易患牙周炎的细胞分子生物学机制,为绝经后妇女牙周炎的防治提供实验基础。 方法：30只雌性昆明小鼠随机均分为卵巢切除组和对照组。取两组小鼠的骨髓间充质干细胞进行成骨诱导,同时加入不同质量浓度脂多糖(0,10,100 μg/L)刺激,检测碱性磷酸酶染色、茜素红染色以及碱性磷酸酶活性;RT-PCR之后检测成骨相关分子Runx2、Ocn、Alp的表达。 结果与结论：成骨诱导7 d后可表达碱性磷酸酶,21 d后茜素红染色阳性,可形成矿化结节。检测发现成骨相关分子Ocn、Runx2、Alp的mRNA在成骨诱导后均有表达;3种目的基因在100 μg/L脂多糖作用下表达显著下降(P < 0.05),卵巢切除小鼠骨髓间充质干细胞在脂多糖作用下3种基因表达较对照组下降显著(P < 0.05)。卵巢切除小鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化能力下降;脂多糖使骨髓间充质干细胞的成骨分化能力下降,卵巢切除组小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化能力在脂多糖作用下明显减弱,这可能是雌激素缺乏导致牙周炎易感性增加的细胞分子学机制之一。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：