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世界华人消化杂志. 2003-11-15; 11(11): 1730-1732
在线出版日期: 2003-11-15. doi: 10.11569/wcjd.v11.i11.1730
肠道干细胞
姜佳丽, 王虹, 展玉涛
姜佳丽, 王虹, 展玉涛, 首都医科大学附属北京同仁医院消化内科北京市 100730
通讯作者: 姜佳丽, 100730, 北京市, 首都医科大学附属北京同仁医院消化内科.
电话: 65129911-2463
收稿日期: 2003-03-21
修回日期: 2003-04-20
接受日期: 2003-05-29
在线出版日期: 2003-11-15

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关键词: N/A
引文著录: 姜佳丽, 王虹, 展玉涛. 肠道干细胞. 世界华人消化杂志 2003; 11(11): 1730-1732
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Corresponding author: N/A
Received: March 21, 2003
Revised: April 20, 2003
Accepted: May 29, 2003
Published online: November 15, 2003

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Key Words: N/A
0 引言

干细胞具有自我更新能力和向多种分化的潜能, 其中造血干细胞向多种血细胞分化及造血干细胞移植对某些血液病的治疗作用已被认识和熟悉, 近年来研究认为, 肠道也存在干细胞, 且肠道干细胞研究取得了一些进展, 肠道干细胞可分化为肠上皮的所有细胞系, 参与正常肠黏膜组织更新的生理过程及一些病理过程.迄今国内对肠道干细胞的研究报道较少, 本文复习了近年来国外有关肠道干细胞研究的文献并综述如下.

1 肠道干细胞的起源、增生和分化

肠道是指始于胃幽门止于肛门的连续性消化管道, 肠壁结构由内向外分为黏膜、黏膜下层、肌层和外膜, 其中肠黏膜是一种更新很快的组织, 目前认为肠道干细胞增生、分化是肠黏膜更新的主要细胞学基础.

肠道干细胞的存在已成共识, 研究认为[1], 肠道干细胞位于肠黏膜隐窝基底部, 即基底隐窝是肠道干细胞的细胞库. 关于肠隐窝中的干细胞是单克隆还是多克隆一直存在着争议[2-4]. Potten et al [5]认为每个隐窝均含有几种祖系的干细胞, 可发展为肠上皮细胞及黏液细胞等, 即隐窝干细胞为多克隆性; 而Mills et al [6]则认为隐窝干细胞是单克隆的, 肠上皮细胞来源于同一种干/祖细胞, Wong et al [7]认为肠上皮在形成隐窝时就已形成了干细胞体系, 基本上只有一种干细胞存活、继续分化, 并认为 beta-catenin在干细胞体系形成过程中起重要作用.

正常情况下, 位于隐窝基底部的肠道干细胞不断向隐窝顶部(肠腔方向)迁移, 整个迁移过程大约3-5 d, 在迁移过程中肠道干细胞分化形成不同的肠黏膜细胞, Bjerknes和Cheng [8]研究发现隐窝基底部多能干细胞可分化为两种形式的子代细胞, 即柱状的肠上皮细胞和产生黏液的杯状细胞、潘氏细胞及肠内分泌细胞; 另有研究表明, 肠道干细胞能分化形成5种不同表型的肠黏膜细胞, 即潘氏细胞、杯状细胞、内分泌细胞、M细胞及肠吸收细胞[6]. 肠道干细胞向各种肠黏膜细胞分化是一个极为复杂的过程, 影响因素及具体机制尚不明了, 局部微环境可能在肠道干细胞分化过程中起决定性作用, 体外实验研究结果表明, 在隐窝干细胞分化为不同表型细胞的同时, 来自环行肌远端的间充质细胞移向肠上皮, 肠上皮细胞也向间充质迁移, 使肠隐窝被肌成纤维细胞包围, 成熟的肠道肌成纤维细胞围绕着少量的隐窝上皮, 提示肌成纤维细胞可能介导或调节肠道干细胞的增生和分化[9]. 此外, 肠损伤时局部能够产生大量在细胞增生和转移中起重要作用的肽, 可诱导肠干细胞分化形成修复细胞, 促进肠黏膜的再生和修复.如放射损伤可引起肠黏膜FGF-2表达, 重组人FGF-2可促进肠损伤时隐窝干细胞的存活和分化[10].

肠道干细胞象其他细胞一样具有分裂增生能力, 肠道干细胞的增生能力与其在隐窝中所处的位置有关, 越靠近隐窝基底部, 细胞增生能力越强, 越靠近肠腔, 细胞增生能力越弱. 损伤可刺激肠道干细胞增生, Martin et al [11]人研究发现接受辐射后, 肠道隐窝干细胞增生加速, 且其增生能力与年龄相关. 肠道干细胞增生、数量增加可诱导隐窝裂变, 使隐窝数量增加.

2 肠道干细胞与肿瘤

近年来研究结果表明, 肠道干细胞与某些肠道肿瘤形成有关[12-14]. 正常情况下肠道隐窝干细胞既能不断增生、分化, 同时也可自发凋亡, 干细胞增生分化对于补充不断丧失的各种肠黏膜细胞具有重要意义, 而干细胞凋亡在保持数量稳定及对抗DNA损伤保护肠黏膜上皮中起重要作用.当肠道干细胞异常增生、数量增加时, 可诱导隐窝裂变, 隐窝数量增加, 有人认为这是结肠、直肠肿瘤突变扩延的重要方式.

结肠癌的形成是通过持续性基因突变产生的, 这种基因突变可能发生在肠道干细胞水平[15]. APC基因突变可导致遗传性及散发性结肠癌, Zhang et al [16]通过研究发现野生型APC基因通过下调survivin并增加隐窝细胞凋亡, 从而抑制隐窝底部干细胞及隐窝其他细胞的增生, 而突变的APC则失去了抑制隐窝底部干细胞及隐窝其他细胞增生的能力, 可能因此启动癌变过程. Boman et al [17]通过结肠隐窝动力模型研究APC突变患者早期结肠干细胞的情况, 发现只是干细胞数量发生了改变, 而干细胞的分化及凋亡频率并没有改变, 该结果提示在细胞突变后, APC基因突变可调节隐窝干细胞数量, 即通过促进隐窝干细胞扩增而启动癌变过程. 左半结肠与右半结肠癌在流行病学、形态学和分子学水平均存在差异, 提示两种结肠癌的癌变机制可能不同, 左半结肠癌发病率高, 并且主要为老年患者, 多为非整倍体, 并且表现为5q, 17p, 18q染色体的杂合缺失频率高于右半结肠癌[18-23].

Campbell et al [24]研究左半结肠和右半结肠癌隐窝干细胞的突变频率, 结果发现, 二者干细胞突变活性没有明显的差异, 因此认为, 右半结肠癌的发病率低可能与突变后的隐窝干细胞生存时间较短有关, 但影响突变后隐窝干细胞存活的具体因素不明. Campbell et al[25]人还发现, 家族性腺瘤性息肉病患者肠道干细胞突变频率高, 增生旺盛, 并认为这可能是导致其恶性肿瘤发生率高的原因.

总之, 肠道干细胞突变及其数量异常增加可能与肠道恶性肿瘤的发病有关.

3 肠道干细胞移植

胚胎干细胞为全能性干细胞, 在个体发育过程中可分化为骨、软骨, 消化道上皮, 平滑肌等各种组织器官的细胞系, 为移植医学奠定了理论基础[26], 胚胎干细胞的分离成功及体外诱导分化研究成果显示了干细胞移植具有较好的应用前景.近年来研究表明体外培养的肠道干细胞移植到小肠后, 仍可以继续存活、增生和分化, 为肠道干细胞移植提供了实验依据, 但单纯应用肠道干细胞移植能否作为治疗疾病的方法, 还没有尝试.

肠道干细胞具有增生、自我稳定特性(即数量保持相对稳定), 又可产生大量肠黏膜功能细胞, 在肠壁损伤后能再生修复肠黏膜, 因此, 从理论上讲他是肠道疾病基因治疗的首选靶细胞.已有研究证实体外存活生长的肠道干细胞可以被外来基因所转染, Kawaguchi et al [27]通过研究证实基因转染的IEC6细胞(来源于肠道隐窝的细胞)移植至网膜下或小肠内可以存活, 并且迅速生长, 采用聚碳酸酯膜作为载体, 进一步研究发现移植的肠道干细胞可持续生长并稳定表达基因产物. 因此肠道干细胞很可能成为基因技术治疗肠道疾病的理想基因载体细胞.

4 干细胞移植治疗肠道疾病

Brittan et al [28]将♂小鼠骨髓移植到放射致死量照射的同基因♀小鼠体内, 通过荧光原位杂交法检测发现♀受体细胞含Ｙ染色体及平滑肌肌动蛋白, 2 wk后发现小肠和结肠一些细胞同时表达Ｙ染色体和α-平滑肌肌动蛋白(肌成纤维样细胞的标志), 表明骨髓来源的细胞已分化为肌成纤维样细胞, 6 wk后这些细胞出现在隐窝周围, 并似乎向小肠绒毛迁移, 人体内研究也获得了类似结果, 这些结果提示, 骨髓干细胞在肠损伤部位能分化形成肌成纤维样细胞和上皮细胞, 骨髓干细胞移植有助于肠肌成纤维样细胞和上皮细胞的再生, 探讨应用骨髓干细胞移植治疗肠道疾病具有重要意义.

最近, 有人研究了干细胞移植对炎症性肠病的治疗作用, 一项研究[29]报道, 6例恶性血液病伴有crohn's病患者接受了异体干细胞移植治疗, 其中1例在异体干细胞移植后15 a内crohn's病未复发, 其余5例6-10 a未复发, 且复发病例病变较轻. 还有资料[30]表明, 白血病合并溃疡性结肠炎的患者在自体外周血干细胞移植后, 结肠病变缓解达4 a之久. 因此有人认为, 干细胞移植对炎症性肠病是有益的, 干细胞移植治疗炎症性肠病很可能是未来发展的趋势[31].

总之, 肠道干细胞具有不断增生、分化特性, 参与肠道正常生理过程和一些病理过程, 因此, 从干细胞水平上探讨一些肠道疾病的发病机制可能是今后研究的方向之一; 体外培养的肠道干细胞移植入动物体内可持续生长、分化, 并且初步研究结果显示骨髓或干细胞移植对炎症性肠病有治疗作用, 故干细胞移植可能具有广阔的前景, 有望成为治疗某些肠道疾病的新方法.

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