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人乳干细胞研究进展

2020-03-23 20:24 来源: 中国妇产科网 作者: 李淑涓 杨毅 曹云 浏览量: 5861

作者:李淑娟 杨毅 曹云

复旦大学附属儿科医院新生儿科,上海 201102

通信作者:曹云

Email:yuncao@fudan.edu.cn

电话:021-64931160

人乳是婴儿喂养食品的最佳选择。人乳喂养可降低新生儿感染发生率,促进免疫系统成熟,改善远期神经系统预后等[1-3]。人乳除提供婴儿生长发育所需的营养素及能量外,还含有大量生物活性物质。研究证实,人乳中的生物活性物质是影响婴儿近期及远期预后的重要因素[4-5]。近来,针对人乳成分的研究发现,人乳中细胞含量丰富,且存在多种干细胞/祖细胞[6],为进一步探讨人乳喂养对婴儿的潜在益处提供了新的视角。现就人乳干细胞的分类及其影响因素、对婴儿发育的影响,以及临床应用前景等方面的研究进展进行综述。

一、人乳细胞成分

人乳中细胞含量丰富(约104~13×106 个/ml),根据细胞来源可分为:(1)母亲血液来源细胞:免疫细胞、造血干细胞及造血祖细胞等;(2)母亲乳腺来源细胞:乳腺细胞、肌上皮细胞、祖细胞及干细胞等。人乳中的免疫细胞成分组成类似外周血,包括巨噬细胞、多核中性粒细胞和淋巴细胞等[7]。固有淋巴细胞(innate lymphoid cells, ILCs)是最新发现的一类淋巴细胞家族,属于淋巴系统的固有免疫细胞。根据表达的转录因子和分泌的细胞因子不同可将ILCs 分为ILC1、ILC2 和ILC3。ILCs 对维持肠道黏膜上皮完整性、调节肠道菌群和促进婴儿适应性免疫等方面具有重要作用。而最新的研究证实,新鲜的人乳存在ILCs,ILC1 含量最高,其次是ILC3 及ILC2[8]。有研究分析健康新生儿母亲的乳汁中的细胞成分,发现初乳中免疫细胞占细胞总数的比例高,随着泌乳时间的延长其比例逐渐降低,在成熟乳中不足2%[9]。既往对人乳细胞的研究多关注免疫细胞在婴幼儿生长发育中的作用,然而,近年来越来越多的研究证实人乳中存在干细胞/ 祖细胞,包括多能干细胞、造血干细胞和间充质干细胞等。人乳干细胞是目前母婴健康与人乳喂养方面新的研究热点。

二、人乳干细胞

2007 年,有研究首次发现人乳细胞具有干细胞/ 祖细胞特性[10]。2010 年有研究证实人乳中存在CK5+ 和Nestin+细胞[11]。2012 年发现人乳细胞可表达乳腺干细胞标记物CD49f 和上皮祖细胞标记物p63[12],这些细胞在体外可自我更新,并分化为2 种乳腺上皮细胞,包括CK18+ 泌乳细胞及CK14+ 肌上皮细胞[13]。2012 年,有研究进一步证实人乳中存在多能干细胞,该研究发现新鲜人乳分离的细胞可表达胚胎干细胞基因,包括OCT4、SOX2 及控制多能性的关键基因NANOG,体外诱导这些细胞可分化为3 个胚层的所有细胞,包括外胚层细胞如神经元细胞和神经胶质细胞,中胚层细胞如成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和心肌细胞以及内胚层细胞如胰岛β 细胞和肝细胞[14]。人乳上皮细胞在体外可诱导形成多能干细胞,这种多能干细胞在体外可分化为3 个胚层的细胞,在严重免疫缺陷小鼠体内注射人乳上皮细胞诱导形成的多能干细胞可导致畸胎瘤形成[15]。此外,人乳中还存在CD34+ 的造血干/ 前体细胞[11,16],但对于人乳CD34+ 细胞的来源、生理及病理特性目前仍不明确。间充质干细胞是一种来源于中胚层的具有高度自我更新和多向分化潜能的成体干细胞。研究显示,人乳中10%~15% 的细胞表达CD90、CD105 和CD73 等间充质干细胞标记物,这些细胞通过体外培养可诱导分化为脂肪细胞、软骨细胞和成骨细胞,进一步证实人乳中存在间充质干细胞[17]。目前关于人乳间充质干细胞的来源尚存在争议,部分研究认为人乳间充质干细胞是哺乳阶段乳腺上皮细胞向间叶细胞转化过程中表达产生的[7]。上述研究表明,人乳中存在不同分化阶段的干细胞,从早期多能干细胞,到分化的祖细胞/ 造血干细胞,再到完全分化的乳腺上皮细胞。

三、影响人乳干细胞成分的因素

与人乳中其他成分一样,人乳干细胞组成亦存在个体差异,且受多种因素影响。

1、分娩孕周:一项研究检测不同分娩孕周母亲的人乳细胞中干细胞特异性标记物,发现早产儿与足月儿母亲初乳中干细胞表达谱存在差异,早产儿母亲的人乳细胞Sox2、Nanog、CD90 和CDl05 等标记物表达明显上调[18]。另一项研究采集并分析66 份人乳细胞中干细胞基因的表达,同样发现早产儿与足月儿母亲的人乳细胞中干细胞相关基因表达差异显著[19]。本课题组连续动态收集40 例不同分娩孕周母亲(其中超早早产儿组、极早早产儿组、中晚期早产儿组及足月儿组各10 例)的初乳、过渡乳及成熟乳共120 份,采用实时荧光定量聚合酶链反应及流式细胞技术检测其中的多能干细胞、间充质干细胞及造血干细胞含量,结果显示初乳中造血干细胞含量与母亲分娩孕周呈正相关(ρ=0.326,P=0.04),过渡乳中造血干细胞含量与分娩孕周呈负相关(ρ= - 0.398,P=0.015),而分娩孕周对多能干细胞及间充质干细胞数量无显著影响[20]。上述研究结果提示,人乳干细胞的组成受分娩孕周影响。

2、泌乳阶段:人乳成分在不同泌乳时期变化大,既往资料显示泌乳阶段是影响人乳免疫细胞成分的最重要因素,健康新生儿的母亲初乳中免疫细胞比例高,随着泌乳时间的延长其比例逐渐降低[21]。相对于人乳免疫细胞,目前对人乳干细胞的研究还处于起步阶段,关于初乳、过渡乳及成熟乳等不同泌乳阶段人乳干细胞成分及含量变化的研究比较有限。一项研究显示,CD34+ 的造血干细胞及CD44+、CD90+ 和CD105+ 的间充质干细胞等在早产儿母亲成熟乳中的数量较初乳高,但该研究纳入的样本量较小,仅为5 例[22]。有研究纳入40 例新生儿,连续动态收集并检测其母亲产后不同泌乳阶段乳汁中干细胞数量的变化,发现造血干细胞及4 种多能干细胞相关基因表达量在不同泌乳阶段差异显著,提示泌乳阶段可显著影响乳汁中干细胞的数量[20]。

3、其他:已有报道显示,母亲体重指数、产次、分娩方式及乳房大小等均可影响人乳中生物活性成分的含量[23-24]。产次影响人成熟乳中CD105+ 细胞含量,而婴儿性别、母亲年龄、母亲围产期并发症对初乳、过渡乳及成熟乳中干细胞含量无显著影响[20]。虽然目前已有较多临床研究聚焦于人乳干细胞,但除2项研究[19-20]外,尚未检索到其他研究对纳入的母亲及新生儿特征进行描述,因此尚不清楚上述因素是否影响及如何影响人乳中干细胞含量。

四、人乳干细胞对婴儿的潜在作用

人乳为子代健康的生长和发育提供了保障。人乳喂养不仅近期有提高喂养耐受和降低感染风险等益处,而且在儿童期、青少年期或是成年期对某些疾病的发生发展也具有潜在的保护作用,包括哮喘、炎症性肠病、肥胖等自身免疫性疾病或代谢性疾病[25-26]。在人乳喂养期间婴儿每天摄入大量细胞,其中干细胞数目丰富(数千至数百万),研究认为人乳干细胞可能是人乳喂养改善子代远期预后的重要因素之一。小鼠动物模型研究首次证实,经口喂养鼠母乳后,鼠母乳中干细胞(OCT4+/NANOG+/CD49f+)可定植于子鼠胃肠道,并在体内分化为3 个胚层的细胞[27]。兔动物模型研究也证实,纯化的兔母乳间充质干细胞经口喂养后可定植于胃肠道,并通过血液循环广泛分布于各组织如肝、心肌和肌肉等[28]。此外,有研究给野生型新生幼鼠喂养绿色荧光蛋白标记的转基因母鼠的乳汁,在生后1 周及2 个月时对幼崽血样和脑组织进行检测,结果发现血样和脑组织中均存在绿色荧光蛋白阳性细胞,且脑组织中绿色荧光蛋白阳性细胞可分化为神经元和神经胶质细胞[29]。这些动物研究结果表明,经母乳喂养进入幼仔胃肠道的干细胞,可分布于全身各器官,并在其内长期停留,在子代的生长和发育中发挥作用。这种现象也被称为母体微嵌合。母乳喂养诱导的微嵌合, 有助于婴儿利用母乳中其他成分[7],还可促进婴儿免疫系统的成熟,提高子代对非遗传性母体抗原的耐受性,从而可调节抑制抗母体免疫的调节性T 细胞的产生[30-31]。作为妊娠诱导的微嵌合的补充,母乳喂养诱导的微嵌合可能是其促进婴儿免疫发育和组织修复/ 生长,以及预防感染的关键。目前,关于母乳干细胞的功能与作用的研究还处于初始阶段,尤其关于母乳干细胞被子代摄取后对子代生长发育影响的认识非常有限,有待深入研究。

五、人乳干细胞的应用前景

干细胞因具有高度自我更新和多向分化潜能的特性,被认为是一种理想的组织修复细胞。目前已有报道将诱导多能干细胞及骨髓间充质干细胞等用于细胞替代治疗,但这些干细胞存在取材有创性、来源短缺及有发生肿瘤风险等问题,制约了其临床应用。人乳干细胞在体内外的多向分化潜能,为人乳干细胞治疗不同器官疾病提供了可能性。已有研究给严重联合免疫缺陷病的小鼠皮下注射人乳干细胞,未发现诱导产生肿瘤细胞,验证了母乳干细胞的安全性[14]。人乳干细胞具有来源丰富、可无创获取、安全性较高等诸多优势,未来可能作为干细胞替代治疗的稳定来源,具有广泛的临床应用前景。

母乳干细胞通过母乳喂养进入子代肠道,甚至体内,通过微嵌合分布到脑组织,诱导分化为神经细胞,包括神经元及神经胶质细胞[29],因此猜测母乳干细胞在子代神经系统发育、再生及修复中具有潜在作用。国外有研究纳入31 例重度脑室内出血(Ⅲ、Ⅳ度)的极低出生体重儿,所有患儿均给予母乳喂养,其中干预组患儿(n=16)每日额外鼻内滴入新鲜母乳至少28 d,而对照组患儿(n=15)仅接受常规治疗,结果发现干预组患儿出院前严重脑穿通畸形、进行性脑室扩张及出血后脑积水需手术干预的发生率较对照组患儿显著降低,提示鼻内滴注新鲜母乳有益于早产儿神经发育[32]。该结果为进一步研究母乳干细胞在新生儿中枢神经系统损伤中进行细胞替代治疗提供了初步的临床研究基础。

坏死性小肠结肠炎是新生儿,尤其是早产儿最严重的消化系统疾病。临床研究发现,人乳喂养明显降低新生儿坏死性小肠结肠炎的发生并减轻其严重程度[26],但其确切机制尚未完全明确。动物研究证实,腹腔注射外源性骨髓间充质干细胞、羊水间充质干细胞可减轻坏死性小肠结肠炎肠道组织病理损伤,提高动物生存率[33-34]。目前研究提示,间充质干细胞可能通过2 种途径修复肠道组织损伤:一是分化为肠上皮细胞,重新填充肠道的上皮层[35];二是旁分泌效应,即产生多种生长因子如血管内皮生长因子、肝细胞生长因子等。研究已证实,人乳来源的间充质干细胞在生理条件下可分泌血管内皮生长因子及肝细胞生长因子[36]。因此推测,人乳来源的间充质干细胞也可能通过类似机制,发挥预防及治疗新生儿坏死性小肠结肠炎的作用。

六、展望

目前已明确人乳中存在干细胞,但人乳干细胞的特性及功能仍不清楚,尤其是人乳干细胞被子代摄取后的相互作用及确切的作用机制。因此,深入探讨与研究人乳干细胞的来源、特性及对子代的潜在影响,是未来该领域研究的重点。深入研究与认识人乳干细胞,对指导母乳喂养意义重大,同时也可能在再生医学领域开创新的应用前景。

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来源:中华围产医学杂志

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