骨髓間充質(zhì)干/基質(zhì)細胞（MSCs）存在于骨髓中，具有高度的自我復(fù)制能力和多向分化潛能,，可分化成多種細胞,，是再生醫(yī)學(xué)中臨床上使用最多的干細胞之一。然而,，間充質(zhì)干細胞在骨髓中僅有少量存在（約為兩百萬分之一）,，為了獲得所需數(shù)量的細胞，必須培養(yǎng)MSCs才能擴增,，但這會導(dǎo)致干細胞特性（干性）顯著降低,，例如分化多能性和增殖能力。目前,，旨在闡明MSC自我更新和干性維持的分子機制的研究正在取得進展,。然而，在維持干細胞干性的同時建立培養(yǎng)MSCs的方法仍然具有挑戰(zhàn)性,。如果能夠建立這樣的方法,，MSCs在臨床應(yīng)用中的使用將大大擴展,。

骨髓中的間充質(zhì)細胞提供了一個稱為生態(tài)位（niche）的微環(huán)境，其中造血干細胞/祖細胞（HSCs）的干性由各種因素維持,，例如C-X-C基序趨化因子配體12（CXCL12）和透明質(zhì)酸,。這些間充質(zhì)細胞被認為對應(yīng)于巢蛋白陽性細胞、N-鈣黏蛋白陽性細胞,、CD31陽性細胞和表達CXCL12的網(wǎng)狀細胞,。Zhong所zhou知，促血小板生成素（TPO）對巨核細胞生成至關(guān)重要,，有助于HSCs的維持和擴增,。缺少TPO或其受體（c-Mpl）的小鼠不僅顯示巨核生成受損，而且HSC數(shù)量和功能降低,。最近的報道表明,，需要TPO來維持骨髓內(nèi)HSCs的靜息狀態(tài)。

細胞間相互作用在各個發(fā)育階段和組織穩(wěn)態(tài)維持中起著關(guān)鍵作用,。在個體發(fā)育和器官發(fā)展過程中,，不同胚層的細胞之間經(jīng)常觀察到這種相互作用。研究表明,，從HSCs到MSCs的干性信號也存在,，作為間充質(zhì)譜系HSCs的干性信號的對應(yīng)物。因此,，東京大學(xué)醫(yī)學(xué)部口腔頜面外科,、東京醫(yī)科齒科大學(xué)齒學(xué)研究科以及德克薩斯大學(xué)休斯頓健康科學(xué)中心的聯(lián)合研究人員假設(shè)TPO / c-Mpl信號對于從HSCs到間充質(zhì)細胞的干性信號也很重要，在一項研究中,，利用c-Mpl缺失小鼠來檢測HSCs和MSCs中c-Mpl缺失對其增殖能力和干性維持的影響,。相關(guān)研究成果發(fā)表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊題為“Hematopoietic-Mesenchymal Signals Regulate the Properties of Mesenchymal Stem Cells"。

首先,，為了驗證造血-間充質(zhì)細胞相互作用的存在,，將表達EGFP的小鼠骨髓來源的間充質(zhì)細胞（BM細胞）與人急性骨髓性白血病細胞（KG-1細胞系）共培養(yǎng)，然后計算了一段時間內(nèi)共培養(yǎng)的細胞數(shù)量,，發(fā)現(xiàn)與KG-1細胞的直接共培養(yǎng)刺激了BM細胞的增殖,。相比之下，間接共培養(yǎng)對BM細胞增殖影響不大（圖1 A,、B）,。KG-1細胞增殖不受與BM細胞共培養(yǎng)的影響（圖1 A、B）,。

已知MSCs 在體外培養(yǎng)過程中會經(jīng)歷加速分化,。有和沒有與KG-1細胞共培養(yǎng)的細胞之間的形態(tài)無顯著差異（圖1 C）。因此，檢測了血小板衍生生長因子受體（PDGFR）α 和干細胞抗原-1（Sca-1）以及MSC特異性標志物在小鼠中的表達,。在與KG-1細胞共培養(yǎng)的細胞（BM細胞+ KG-1細胞）中表達PDGFR-α和Sca-1的細胞比例明顯高于未與KG-1細胞共培養(yǎng)的細胞（BM細胞）（圖1 D）,。然后進一步研究了共培養(yǎng)對多譜系分化能力的影響。共培養(yǎng)后誘導(dǎo)軟骨細胞分化,，在BM細胞中觀察到Sox9的表達（圖1 E）,。這些數(shù)據(jù)表明，BM細胞與KG-1細胞的共培養(yǎng)可促進其增殖和軟骨細胞分化能力,。

圖1   間充質(zhì)-造血細胞相互作用促進BM細胞增殖,。

接下來，為了再次確認造血-間充質(zhì)細胞相互作用對MSCs的影響,，實驗評估了與HSCs共培養(yǎng)過程中MSC特性的變化,。結(jié)果表明，與HSCs直接共培養(yǎng)促進了MSCs的增殖,，而間接共培養(yǎng)無影響,。有趣的是，造血細胞顯示出細胞數(shù)量的顯著增加,，特別是在在間接共培養(yǎng)過程中,。然后檢測了它們在共培養(yǎng)增殖的間充質(zhì)和造血細胞中的比例，觀察到從第0天開始,，MSC標記陽性細胞顯示出隨時間而略有增加的趨勢,，而HSCs細胞的數(shù)量在共培養(yǎng)后立即大幅下降。此外,，還評估了MSCs在共培養(yǎng)后的多能性,，觀察到在誘導(dǎo)成骨、成脂和成軟骨分化后,，各分化標志物的表達上調(diào),。這些數(shù)據(jù)表明,，直接間充質(zhì)-造血細胞相互作用促進了MSCs的干性,，而且從HSCs 轉(zhuǎn)變到MSCs 時存在一個信號。

為了更詳細地研究HSC信號對MSCs的影響,，使用微陣列分析檢查了與HSCs共培養(yǎng)后MSCs的基因表達譜,。在MSC和HSC共培養(yǎng)組和僅MSC組（對照）中，觀察到轉(zhuǎn)錄因子的上調(diào),。這些MSCs表達SRCIN1,、BNC1和PCK1。SRCIN1調(diào)節(jié)細胞擴增和遷移,；BNC1參與卵母細胞成熟的正向調(diào)節(jié),，也可能在胚胎的早期發(fā)育中發(fā)揮作用；PCK1通過其蛋白激酶活性調(diào)節(jié)脂肪生成,?；诖?，HSCs可能具有維持MSCs的未分化特性和代謝的潛力。此外,，還分析了差異表達基因（DEGs）,。然而，在對照組與共培養(yǎng)組之間未觀察到DEGs,。然后進行了基因集富集分析（GSEA）以檢測信號趨勢,。對C2_curated基因集（標志性基因集）進行分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以下富集的基因存在顯著差異：“I型膠原蛋白合成",、“脂肪生成",、“Wnt blocked by Frizzled"和“H3K27me3"，這些基因在共培養(yǎng)的MSCs中受到抑制,。GSEA分析結(jié)果支持HSC信號可能會影響MSC特性,。

據(jù)報道，MPL信號是維持HSCs未分化狀態(tài)的直接機制之一,。為了確定c-Mpl缺失小鼠的干性信號對MSCs的影響,，分析了c-Mpl敲除小鼠的細胞。首先,，從c-MPL缺失和野生型小鼠中收獲MSCs,，以檢查HSC缺失對MSCs的影響。在CFU-F測定中,，c-Mpl缺失小鼠來源的MSCs顯示出與野生型小鼠細胞相當?shù)募湫纬赡芰Γ▓D2 A,、B）。當收獲的細胞傳代培養(yǎng)時,，兩種細胞類型之間的增殖能力或PDGFR-α/Sca-1陽性細胞的比例沒有顯著差異（圖2 C,、D）。此外,，通過實時RT-PCR檢測MSCs的多能性,，驚訝的是，在c-Mpl缺失小鼠來源的MSCs中觀察到軟骨標志物表達的顯著增加,。雖然兩組之間成骨標志物和成脂標志物的表達沒有顯著差異,，但這些標志物在c-Mpl缺失小鼠的MSCs中往往更高（圖2 E-G）。這些結(jié)果表明,，c-Mpl缺失的MSCs在體外表現(xiàn)出增強的分化活性,。

圖2  c-MPL缺失的MSCs具有正常的增殖和分化潛力。

然后,，在體內(nèi)評估了來自c-Mpl缺失和野生型小鼠的MSCs的成骨特性,，顯示c-Mpl-WT和c-缺失的MSCs在移植后早期出現(xiàn)骨形成。然而，c-Mpl缺失小鼠來源的MSCs比野生型MSCs更早地促進骨形成,。蘇木精和伊紅染色顯示第 2 周和 4 周均存在移植物,。這說明，c-MPL 基因缺失影響異位骨的維持,。

最后,，為了研究HSCs的干性與HSCs到MSCs的干性信號之間的關(guān)系，將野生型MSCs與野生型小鼠HSCs或c-Mpl缺失小鼠的HSCs共培養(yǎng),。與HSCs共培養(yǎng)（c-Mpl野生型（WT）和c-Mpl敲除（KO））共培養(yǎng)后,，MSCs的集落形成能力不受c-Mpl缺失的影響（圖3 A）。然而,，與c-Mpl缺失小鼠的HSCs共培養(yǎng)未能刺激MSC增殖（圖3 B）,。在未共培養(yǎng)的MSCs中，盡管Sca-1和PDGFR-α陽性率在培養(yǎng)后立即下降,，但從第0天到第6天幾乎保持不變（圖3 C）,。在與野生型HSCs共培養(yǎng)的野生型MSCs中，盡管Sca-1和PDGFR-α的陽性率從-2天到第0天暫時下降,，但在第3天恢復(fù)并維持在40%左右（圖3 C）,。然后，檢測了與c-Mpl缺失或野生型小鼠HSCs共培養(yǎng)的MSCs的多能性,。與c-Mpl缺失小鼠的HSCs共培養(yǎng)的MSCs中成脂標志物水平顯著更高,，軟骨細胞分化標志物的水平也更高。兩組成骨標志物表達相似（圖3 D）,。因此,，可以認為在HSCs中，c-Mpl會影響MSCs增殖能力的維持,。

圖3   HSCs中的c-Mpl調(diào)節(jié)MSC的特性,。

綜上所述，這項研究驗證了從造血細胞到間充質(zhì)細胞的干性信號,。此外,，這表明HSCs的干性對于維持MSCs的干性很重要。該研究結(jié)果可能有助于建立一種利用干性信號來擴增具有高干性的間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)方法,，從而為再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出貢獻,。

參考文獻：Kanazawa S, Okada H, Riu D, Mabuchi Y, Akazawa C, Iwata J, Hoshi K, Hikita A. Hematopoietic-Mesenchymal Signals Regulate the Properties of Mesenchymal Stem Cells. Int J Mol Sci. 2022 Jul 26;23(15):8238. doi: 10.3390/ijms23158238. PMID: 35897814; PMCID: PMC9330127.

原文鏈接：pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35897814/

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