【摘要】 目前国内外学者对鼠源性心肌细胞生物活性物质的研究报道发现该物质具有两大功能:抑瘤活性和生物分化诱导功能,即可以很好的抑制肿瘤细胞的生长、导致肿瘤细胞凋亡和诱导部分细胞(包括骨髓间充质干细胞、脂肪细胞等)很好的向心肌细胞方向分化发展,这样为肿瘤疾病和心肌梗死的治疗带来了希望和前景,本文对此方面的研究作一简述。
【关键词】 心肌细胞 ;抑瘤活性 ;生物分化诱导
近年来,各国学者对鼠源性心肌细胞的生物活性研究很多,尤其是在医学上,鼠源性心肌细胞的生物活性物质有着很好的应用前景,为人类征服疾病带来曙光。目前最热门的研究就是心肌细胞的抑瘤活性物质和生物分化诱导功能,具有很大的研究价值和展望。现就目前对鼠源性心肌细胞的生物活性物质研究概括综述如下。
1 心肌细胞抑瘤活性物质的研究
据统计目前现有抗癌药物65%来自天然产物或其衍生物,它们在恶性肿瘤的临床治疗中具有极其重要的作用。在生物界中许多生物体内存在着大量天然抑瘤物,随着科学技术的飞速发展,越来越多的天然抑瘤物被人类所发现认识,不断地有新的天然抑瘤物被分离和鉴定出来。其中部分天然抑瘤物已经广泛地应用于恶性肿瘤的预防和临床治疗中,取得了可喜的经济效益和社会效益。而最让人值得期待的是从心肌细胞中分离和提纯更新的无毒副作用的低分子抑瘤物。吴敬波等学者[1]在心肌细胞培养液对鼻咽癌细胞生长的体外实验中得出结论:新生大鼠心肌细胞培养液可以选择性的抑制鼻咽癌细胞的增殖,心肌微环境中可能存在某种抑瘤物质,这可能是心肌转移瘤罕见性的主要机制。吴敬波、文庆莲等学者[2]在心肌细胞条件培养液对S-180荷瘤小鼠的抑瘤作用的实验中得出结论:心肌细胞条件培养液在体内具有抗肿瘤活性, 且无明显毒副作用。可以进一步实验研究帮助认识恶性肿瘤的转移机制。吴敬波、杨麟玲等学者[3]在心肌细胞培养液在裸鼠体内抑制人鼻咽癌细胞生长及其机制的实验做中得出结论:心肌细胞培养液在裸鼠体内可以有效抑制鼻咽癌细胞生长,抑瘤率达73.4%,其机制可能为诱导鼻咽癌细胞凋亡。到目前为止,这方面的研究尚在进行中。期待心肌细胞中所含有的这种(或这类)低分子抑瘤物被分离、纯化、鉴定出来,这样的新型天然抑瘤活性物质会为肿瘤提供高效稳定的治疗,为克服肿瘤带来新的希望。
2 心肌细胞生物分化诱导功能的研究
心肌细胞除了有抑瘤活性以外,在众多的研究中还发现,心肌细胞还具有生物分化诱导功能。由陈连凤[4]等人发明的专利中公开发明了一种在对干细胞向袭击组织细胞分化中应用的生物分化诱导剂,其为含有心肌细胞生长因子的营养液,由心肌细胞或心脏组织反复冻融裂解形成的心肌细胞裂解液,模拟了心肌微环境,可诱导干细胞分化为心肌样细胞还可诱导部分干细胞向内皮细胞方向分化,很好的建立细胞间连接,进行细胞传导,无毒副作用,具有很好的应用治疗前景。 随后,很多学者都在这方面进行了大量的实验研究。包括发现骨髓间充质干细胞、脂肪细胞等都可以被心肌细胞诱导分化向心肌样细胞分化。各国学者都在研究心肌细胞诱导分化的功能及其机制,发现心肌细胞的这种诱导功能为治疗心脏疾病,特别是心肌梗死有极大地意义和应用前景。
意大利Laura Lagostena等学者[5] 在培养小鼠骨髓中c - kit +细胞分化为心肌细胞的电生理特性实验的研究表明:小鼠骨髓造血干细胞的可塑性,可有限转分化成心肌细胞。德国Christina Mauritz等学者[6] 在功能性一代鼠心肌细胞诱导多能干细胞的实验中发现多能干细胞细胞分化成心肌细胞的功能。相对于胚胎干细胞,可以推导多能干细胞的细胞成形术与心肌组织工程自体心肌细胞的功能。美国Alessia Orlandi等学者[7] 在小鼠脐血CD34干细胞和心肌细胞共同培养获得的细胞功能特性的实验中发现,根据在他们的实验条件下,脐血CD34的细胞共同培养的小鼠心肌细胞的表现形成了类似心肌细胞兴奋收缩偶联的功能。但是人类特有的心脏基因表达RT - PCR则检测不到。美国Benedetta A. Pallante[8]等学者在骨髓Oct3 /4细胞通过年龄依赖旁分泌机制分化为心肌细胞的实验中发现:不论年龄,骨髓包含Oct3 / 4的干细胞具有分化成心肌细胞的能力.土耳其Zeynep Tokcaer-Keskin[9]等学者研究表明,间充质干细胞可以在体外培养较短的时间内向心肌细胞分化。这时候可能会提供获得紧急情况下减少细胞为基础的治疗,可能以前无法使用。在治疗急性心肌梗死(AMI)时,干细胞移植可以明显改善心功能。无论从改善心肌细胞,调节的改造,或损伤组织再生的保护心脏功能是否通过旁分泌机制,还在研究中。美国的Niladri Mal[10]等学者通过对间充质干细胞的SDF- 1在心肌梗死后表达,营养支持心肌细胞的研究,发现干细胞移植可能产生重大影响有利受伤器官功能独立的组织再生,SDF - 1的移植,主要是通过介导保护,而不是在心肌细胞再生的梗塞区。美国的Whittemore G. Tingley[11]等学者在小鼠胚胎干细胞衍生的心肌细胞中发现AKAP10牵连心律调节。人类胚胎干细胞(HESCs)由于其有潜在的能力,可能成为心脏修复,无限产生心肌细胞(CMCs)的重要细胞。日本的Teruhisa Kawamura[12]等学者发现:胚胎干细胞分化成心肌细胞的细胞需要心脏特异性基因程序激活,而最重要的就是乙酰化与GATA - 4,其参与了胚胎干细胞分化为心肌细胞。美国的P Gallo[13]等学者追踪发现人类胚胎干细胞的心肌细胞分化的启动子是一个有短肌钙蛋白慢病毒载体(TNNI3的LVVs)。美国的Nicolas Christoforou[14]学者小研究鼠胚胎干细胞衍生的心脏前体细胞的多能,并促进新型心脏基因的鉴定。新西兰的RA de Weger[15]等作者研究发现干细胞衍生的心肌细胞可以作为最好的心脏细胞移植。美国E. Martin-Rendon[16]等学者用5氮杂胞苷处理的从脐带血和骨髓中取得的人间充质干细胞,体外培养心肌细胞不会产生高频率的祖细胞,结果从脐带血中间充质干/祖细胞的分离得到的表型与骨髓干细胞的类似,异常的CD106,使得脐血干细胞表达欠缺,而CD146分子的高表达使得脐血干细胞表达增强。这里的结果表明这种细胞不产生足够频繁的心肌细胞修复心脏。他们在心脏修复效果很可能是由于旁分泌机制。美国Sepideh Heydarkhan-Hagvall[17]等学者研究的目的是确定人类脂肪干细胞(hASCs到心血管细胞)分化的关键外部和内部参数,最后发现人体脂肪干细胞是一种潜在的心血管细胞组织工程源。
3 展 望
可以看出,鼠源性心肌细胞不仅含有效的低分子抑瘤活性物质,可以分离、纯化、鉴定出来,为肿瘤的预防和治疗提供新的方向;而且具有强大的诱导分化功能,能使不同类型的细胞,包括胚胎干细胞、脂肪细胞等逐渐向心肌细胞方向发展,为各种心脏疾病,特别是心肌梗死的治疗带来希望。它的生物活性远远超出了我们的想象,这方面的研究还在继续深入进行研究中,我们期待有更新更好的发现,为人类带来更多的福音。
参考文献
[1] Jing Bo Wu, Yan Hui Cui, Jian Wen Zhang, Juan Fan and Qing Lian Wen. An Experimental Research on Inhibitory Effect of Cardiac Muscle Condition Medium on Growth of Nasopharyngeal Carcinoma Cell[J].Abstracts /Cell Biology International 30 (2006), S1-S47.
[2] Jing Bo Wu, Xiao Rui Jiang, Chang Qing Chao, Qing Lian Wen. Inhibitory Effect of Cardiac Muscle Cell Conditioned Medium on S-180 Mice-Transplanted Tumor In Vivo[J].Cell Biology International 2008 ,32(3):S37.
[3] Jing Bo Wu,Yu Zheng,Ling-lin Yang, Qing Lian Wen ,Zhou Su and Ping Yu.Inhibitory effects of myocardial cells culture medium on growth of human nasopharyngeal carcinoma and its mechanism in nude mice.
[4] 陈连凤,严小伟,王 淼.一种生物分化诱导剂、其制备方法及其在对干细胞向心肌组织细胞分化诱导中的应用,CN1624113A.
[5] aLaboratorio di Biologia Vascolare e Terapia Genica,bLaboratorio di Patologia Vascolare,cLaboratorio di Biofisica,Electrophysiological properties of mouse bone marrow c-kit+ cells co-cultured onto neonatal cardiac myocytes[J].Cardiovascular Research 2005,(66):482-492.
[6] Christina Mauritz, Kristin Schwanke, Michael Reppel, Stefan Neef, Katherina,Generation of Functional Murine Cardiac Myocytes From Induced Pluripotent Stem Cells[J].Circulation.2008,118:507-517.
[7] Alessia Orlandi, Francesca Pagani, Daniele Avitabile, Giuseppina Bonanno, Giovanni Scambia, Functional properties of cells obtained from human cord blood CD34_ stem cells and mouse cardiac myocytes in coculture[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2008,294: H1541-H1549.
[8] Benedetta A. Pallante, Inga Duignan, Daniel Okin, Andrew Chin, Michael C. Bressan,Takashi Mikawa, Jay M. Edelberg, Bone Marrow Oct3/4_ Cells Differentiate Into Cardiac Myocytes via Age-Dependent Paracrine Mechanisms[J]. Circ Res.2007,100:e1-e11.
[9] Zeynep Tokcaer-Keskin, A. Ruchan Akar, Fatma Ayaloglu-Butun, Timing of induction of cardiomyocyte differentiation for in vitro cultured mesenchymal stem cells: a perspective for emergencies1,Can[J].J Physiol. Pharmacol,2009,87: 143-150 .
[10]Ming Zhang, Niladri Mal,Matthew Kiedrowski, SDF-1 expression by mesenchymal stem cells results in trophic support of cardiac myocytes after myocardial infarction,The FASEB Journal Research Communication.2007 Vol. 21 October.
[11]Nicolas Christoforou,Ronald A. Miller,Christine M. Hill, Mouse ES cell–derived cardiac precursor cells are multipotent and facilitate identification of novel cardiac genes[J].The Journal of Clinical Investigation,2008,118:894-903.
[12]Teruhisa Kawamura, Koh Ono, Tatsuya Morimoto, Acetylation of GATA-4 Is Involved in the Differentiation of Embryonic Stem Cells into Cardiac Myocytes[J].THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTR,2005,19682-19688.
[13]P Gallo, S Grimaldi, MVG Latronico,A lentiviral vector with a short troponin-I promoter for tracking cardiomyocyte differentiation of human embryonic stem cells[J].Gene Therapy 2008,15:161-170.
[14]Nicolas Christoforou, Ronald A. Miller,Christine M. Hill, Mouse ES cell–derived cardiac precursor cells are multipotent and facilitate identification of novel cardiac genes[J].The Journal of Clinical Investigation,2008,118:894-903.
[15]RA de Weger, I Verbrugge, AH Bruggink, Stem cell-derived cardiomyocytes after bone marrow and heart Transplantation[J].Bone Marrow Transplantation 2008, 41, 563-569.
[16]E. Martin-Rendon,D. Sweeney,F. Lu,J. Girdlestone, 5-Azacytidine-treated human mesenchymal stem/progenitor cells derived from umbilical cord, cord blood and bone marrow do not generate cardiomyocytes in vitro at high frequencies[J].Vox Sanguinis,2008,95: 137-148.
[17]Sepideh Heydarkhan-Hagvall , Katja Schenke-Layland b,Jin Q. Yang ,Human Adipose Stem Cells:A Potential Cell Source for Cardiovascular Tissue Engineering[J].Cells Tissues Or 2008,187:263–274.