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谁在指引干细胞的归巢路

时间:2021-10-20 16:36 作者:美亚生物 点击:

在20世纪60年代早期将造血干细胞(hsc)确定为“集落形成单位”(cfu),并将其定义为骨髓移植到受照动物体内后,能够在脾脏中产生造血结节的细胞。hsc是位于骨髓( b m)中的自我更新细胞,负责通过持续补充血液中的所有细胞成分(如白细胞、红细胞、淋巴细胞和血小板)来维持体内平衡。尽管造血干细胞具有如此重要的功能,但它们本身是相对罕见的细胞。在人类中,hsc最常见的识别方式是细胞表面存在cd34。

有证据表明,可溶性因子从损伤部位释放,随后产生浓度梯度,促进hsc从bm中排出。一旦进入外周循环,随后的hsc归巢到远程损伤部位将得到促进。促进hsc向损伤部位募集的最重要候选物是g蛋白偶联趋化因子受体cxcr4及其伴随配体cxcl12(sdf-1),cxcl12由许多基质细胞表达,这些基质细胞排列在hsc所在的bm血窦中。这种高浓度的cxcl12对于hsc在bm内的滞留至关重要,因为bm cxcl12表达的减少导致hsc进入循环。然而,循环cxcl12水平的增加,如组织损伤期间所见,促进hsc沿着cxcl12浓度梯度从bm中迁移。例如,缺血诱导的急性肾功能衰竭后,小鼠血浆中cxcl12水平显著升高,这促进了cd34 hsc的动员和向受损器官的募集。这种活性并不局限于肾脏事件,因为炎症性肝病、肺纤维化和多发性骨髓瘤患者血浆cxcl12水平升高。最近的研究表明,可溶性血管内皮生长因子-165(vegf165)和基质金属蛋白酶(mmps),如mmp9,当从损伤部位释放到外周循环时,也可诱导hsc从bm动员。

许多粘附分子对与hsc在bm中的锚定有关,主要包括vla-4/vcam-1相互作用,还包括cd44-透明质酸(ha)相互作用和p-和e-选择素。为了促进hsc的动员,必须破坏这些粘合剂。损伤期间释放的中性粒细胞蛋白酶已被证明能切割vcam-1,表明这些蛋白酶可能能够促进远端损伤期间hsc的bm排出。具体而言,vcam-1的中性粒细胞裂解是由中性粒细胞弹性蛋白酶和组织蛋白酶g介导的,并导致体外bm基质单层释放hsc。同时中性粒细胞弹性蛋白酶也能够激活mmp-9,从而潜在地激发其在bm室中的活性。服用vla-4的小分子抑制剂bio5192可促进hsc从治疗小鼠的bm中排出。

hsc表达大量类似的选择素和整合素粘附分子,包括cd62l(l-选择素),实验室获得的数据表明,hsc利用类似的粘附机制来定位髓外损伤部位。这种整合素在大多数造血干细胞上表达,其阻滞剂或其受体vcam-1的阻滞剂可显著减少移植造血祖细胞的bm归巢。系统给药的hsc细胞系可以作为ir损伤小鼠肝脏的家系,并粘附在窦状毛细血管中,这表明窦状血管是hsc进入肝脏的初始点。有趣的是,我们观察到了非常相似的反应,无论是胚胎hsc还是成年hsc。此外,通过α整合素亚单位的功能阻断预处理hsc(使用抗cd49d抗体)或通过向小鼠施用抗vcam-1阻断抗体,可以防止hsc归巢(如图1a-h)。

图:小鼠ir损伤的肝窦微循环在体内星状细胞系粘附增加,似乎特异性依赖于α4β1-vcam-1通路。显示了对照组和bir损伤动物的星状细胞粘附到肝微血管系统的代表性图像。c.与对照组(实线)相比,ir损伤动物(虚线)中造血干细胞与正弦毛细血管的粘附程度显著增加。d.抗α4β1抗体显著降低了体内星状细胞的粘附(实线:同型对照抗体处理;虚线:抗α4β1抗体处理的细胞)。

e.抗vcam-1抗体处理也降低了体内星状细胞粘附(实线:用igg对照抗体预处理的动物;虚线:用抗vcam-1抗体处理的动物)。f.抗cd18、g.抗cd44或h.抗cd31抗体(实线:同型对照抗体预处理细胞;虚线:抗cd18或cd44抗体预处理细胞)不影响星状细胞粘附。结果以扫描电镜的平均值表示(每组n≥5)。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001.红外线红外缺血-再灌注。

进一步研究了αβ整合素是否是hsc普遍用于所有损伤部位的粘附分子。然而,实验室正在进行的研究表明,将hsc招募到ir损伤的小鼠肠道并不依赖于αβ整合素,而是需要β整合素亚单位cd18。有趣的是,cd18和更大程度上的cd49d在促进ir损伤的cremaster肌微循环内的hsc粘附中发挥作用(图2a-d)。

图:小鼠ir损伤肠黏膜绒毛微循环内星状细胞粘附增加,似乎特异性依赖于cd18/β1整合素。在pcv中也增加,可以通过cd18/β1整合素或cd49d/β2整合素介导。ir损伤后星状细胞粘附于小肠绒毛微血管(a)和cremasterpcvs(b)的代表性图像显示。c.造血干细胞粘附绒毛微血管显著增加受伤动物90min灌注后可以显著减少使用抗cd18抗体,d.粘附也显著增加90min再灌注后可以显著减少使用抗cd49d或抗cd49d抗体。

目前改善归巢的策略旨在增强干细胞与受损组织微循环之间的粘附蛋白和细胞因子相互作用。例如通过注射或局部应用细胞因子或趋化因子。这两种方法都能改善损伤部位循环干细胞的保留和经毛细血管迁移。事实上,局部给予成熟的炎性细胞因子与增强外源性给予的hsc在小鼠体内肠道绒毛和cremaster微循环中的募集有关。我们在活体内证明,il1β可以显著增强hsc与cremaster术后毛细血管和肠绒毛微循环的滚动和牢固粘附。kc(人类il-8的小鼠同系物)和tnf-α也可诱发类似的事件,但在cremaster肌微循环中不如il-1β强烈(图2e-g)。

图:e.在小肠绒毛微血管内,局部il-1β(200ng/ml)也可显著增强造血干细胞与绒毛微血管的粘附。f.钩轴内il-1β(12.5ng/200μl4小时)和tnfα(500ng/ml)也显著增强了造血干细胞与pcvs的粘附;局部使用kc(0.5ng/ml1小时)后,粘附也增强。结果以扫描电镜的平均值表示(每组n≥5)。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001.ir,缺血-再灌注;pcv,毛细血管后小静脉。

受伤部位的微循环暴露于炎症组织释放的多种可溶性因子中。其中包括许多公认的炎性细胞因子和趋化因子。用这种炎症组织环境的匀浆对bm来源的干细胞进行体外预处理可能会预激活它们,从而在体内增强它们的归巢。

随着bm来源的hsc在再生医疗的临床应用上展示出越来越大的潜力,观察它们在不同组织类型和各种损伤中的作用以及对这一归巢过程更彻底的了解将使我们能够操纵这些途径,也将给hsc的再生医疗带来更美好的明天。 (责任编辑:美亚生物)

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