科學家發現間充質幹細胞的“超能力”抗氧化
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科學家發現間充質幹細胞的另一種“超能力”
：抗氧化
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幹細胞 6月16日
作者章台柳
科普幹細胞知識
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，帶你走進幹細胞前沿
作者
：清華大學 章台柳
專家審核
：江蘇大學附屬醫院 李晶 教授
近年來
，越來越多的研究表明間充質幹細胞在多發性硬化
、類風濕關節炎
、衰老脆弱症
、帕金森等多種疾病的治療上具有潛力
。那麽是什麽賦予間充質幹細胞如此強大的功能
？
科學研究已經表明
，間充質幹細胞具有獨特的生物學特性與功能
，包括多向分化潛能
、促進組織再生
、分泌抗炎/營養性因子
、調控組織微環境
、免疫調節功能
、促進免疫係統平衡的恢複以及歸巢效應等
。近期
，澳大利亞墨爾本大學的科研團隊在《幹細胞》雜誌上對間充質幹細胞的作用機製提出了新的概念——抗氧化功能
。
氧化應激伴隨著細胞損傷
、炎症和代謝失調等
，涉及很多疾病的病理學
。越來越多的證據顯示間充質幹細胞在衰老
、化療等多種疾病動物模型中發揮抗氧化特性
，這或許是間充質幹細胞的細胞保護和抗炎特性的來源
。
間充質幹細胞的抗氧化特性包含了多種機製
，包括清除自由基
、促進內源性抗氧化防禦
、通過抑製活性氧進行免疫調節
、改變線粒體生物能量流動和向受損細胞捐贈功能性線粒體等
。
通俗來講
，什麽是氧化應激
？細胞的大多數活動都是需要消耗能量的
，能量的產生來源於葡萄糖的生理性氧化還原過程
。如果氧化還原過程失衡
，那麽促氧化劑或自由基就增加
，自由基是處於極其不穩定狀態
，它會攻擊脂質
、蛋白質和DNA
，從而導致細胞或組織的病理或損傷
。
間充質幹細胞對氧化應激具有抵抗性
研究發現
，間充質幹細胞對氧化損傷具有高度的抵抗能力
，可以在這些不穩定的環境中生存
，發揮其治療作用
。
2006年發表的研究就發現了骨髓來源間充質幹細胞對放療具有抵抗性[2]
，這可能與其直接清除自由基有關
。體外的氧化性和亞硝化性刺激可上調骨髓來源間充質幹細胞中抗氧化酶SOD1
、SOD2
、過氧化氫酶（CAT）
、穀胱甘肽過氧化酶（GPx）和抗氧化劑穀胱甘肽（GSH）的水平
，從而保證其對氧化性環境進行耐受
。
抗氧化功能對炎症起調控作用
免疫功能受自由基和氧化還原係統的調節
，白細胞和促炎症介質促進自由基的形成
，擾亂氧化還原環境
，這樣就形成惡性的正反饋循環。如果間充質幹細胞的抗氧化功能可以打破這種惡性循環
，就可以恢複氧化還原係統
，發揮抗炎症作用
。
研究顯示
，間充質幹細胞可在結腸炎
、胰腺炎
、關節炎
、敗血症
、中風
、心肌梗死
、高氧性肺損傷等疾病中減少炎症和氧化應激
。
2013年發表的研究在小鼠缺血再灌注模型中[3]
，使用間充質幹細胞來源的外泌體進行治療
，發現外泌體能減少45%的梗死麵積
，而且增強缺血/再灌注心肌的活力
。移植28天後
，小鼠的左心室幾何構造和收縮性能保持良好
。
在機製上
，外泌體移植1小時減少了蛋白質氧化
，中性粒細胞尚未浸潤到組織中
；24小時後
，外泌體減少外周血白細胞和中性粒細胞向心肌的浸潤
。因此認為間充質幹細胞的抗氧化活性先於信號募集白細胞
，即間充質幹細胞可以首先減輕氧化應激誘導的組織損傷
，從而限製免疫細胞的招募和隨後的炎症反應
。
通過調控線粒體發揮抗氧化作用
線粒體是細胞中產生能量的重要細胞器
，線粒體膜電位的去極化是線粒體功能失調的標誌性事件
，導致細胞死亡
。間充質幹細胞可以通過調控線粒體發揮抗氧化作用
。
在小鼠心室肌細胞缺血/再灌注損傷的體外模型中
，間充質幹細胞可直接緩解線粒體功能障礙[4]
。再灌注5分鍾內
，細胞出現過度的線粒體膜電位超極化
，而間充質幹細胞可降低其超極化程度
；15分鍾後
，對照組的超極化持續去極化
，而間充質幹細胞通過旁分泌減弱這種去極化程度
。
這表明間充質幹細胞可改善線粒體功能失調
，從而阻止紊亂的線粒體產生更多的自由基等氧化產物對細胞產生損傷
。
近期出現一個新的概念
，間充質幹細胞可通過捐贈其自身的線粒體
，從而改變細胞的氧化磷酸化和活性氧的生成
。研究人員在LPS誘導小鼠肺損傷模型中觀察到間充質幹細胞向肺泡上皮細胞轉移線粒體的現象[5]
。實時光學成像顯示
，間充質幹細胞與肺泡上皮形成含有連接蛋白Cx43的縫隙連接通道
，釋放出含有線粒體的微泡
，隨後被上皮吞噬
，從而抑製LPS誘導的肺損傷
；如果突變Cx43破壞縫隙連接通道
，或線粒體功能不全的間充質幹細胞則不能抑製LPS誘導的肺損傷
。
展望
機體內氧化還原反應需要保持精確的平衡狀態
，線粒體不足則細胞無法獲得足夠的能量
，影響細胞功能
，而過度的氧化應激導致細胞損傷
。氧化應激參與多種疾病的病理學過程，對機體組織造成損傷
，而間充質幹細胞的抗氧化性質或能解釋其在多種疾病中具有潛在的利用價值
。未來
，必贏76net線路或可通過增強抗氧化酶的表達或促進線粒體的轉移來改善間充質幹細胞的抗氧化功能
，有助於優化間充質幹細胞對疾病的治療和改善預後
。
