间充质干细胞(msc)多功能分化能力吸引了很多研究人员的关注,发展可能的方法使用这些细胞在临床实践中。msc被孤立和来自不同来源的研究,包括骨髓、脂肪组织,滑膜,脐带,牙髓 1]。骨髓MSC的主要组织是1957年首先隔离和被认为是古典MSC来源,这通常是用来控制其他来源MSC ( 2]。

2007年,孟和同事孤立MSC的人口从经血(MenSC) [ 3]。MSC属性,包括多个分化,已经证实了这些细胞,而其分化能力和multipotency甚至大于骨骨髓来源MSC (BMMSCs),这表明MenSCs是临床应用的强有力的候选人。此外,MenSCs BMMSCs相比更容易访问的集合不需要复杂的伦理程序或任何侵入性手术干预,从而提供一个选项重复的样本集合在同一捐赠者。这些优势表明MenSCs作为再生医学的一个有吸引力的工具。

关节软骨是一种无血管的承载结缔组织具有独特的力学性能。然而,软骨是一个可怜的、能够自我再生组织,特别容易受损或退化性疾病,如骨关节炎(OA),它的特点是不同程度的物理和功能限制和降低生活质量,对生活质量产生重大影响的人口老龄化在欧洲国家 4]。软骨由软骨细胞完全填充;然而,它的再生能力是有限的,由于复杂的细胞外基质(ECM)结构和困难与重新繁衍后细胞内组织创伤和炎症( 5]。目前还没有有效的治疗方法为软骨病变,和来自不同来源的细胞疗法如多功能msc看起来有前途的候选人为软骨组织工程和刺激软骨再生( 6, 7]。尽管大多数的治疗技术使用msc与有限的成功率产生不良的结果,这些细胞仍然是一个关键重点研究旨在区分成一个健壮的chondrogenic血统和建立临床研究的新协议。

刺激一个定性的主要目的chondrogenic反应细胞是选择一个合适的协议来诱导细胞级联负责软骨形成。所有chondrogenic分化培养基的主要成分之一是生长因子转化生长因子 β(TGF - β),这是体内和体外软骨形成的关键;然而,其他因素也扮演着重要的角色在这个过程中并不总是参与刺激msc分化。事实上,不同组织msc可能需要新的协议与不同的生物活性因子,优化了msc正确的组织来源,这可能显示更强的细胞chondrogenic反应的影响。

尽管MenSCs已知拥有巨大的潜力来分化成各种组织细胞,其chondrogenic分化潜力没有被广泛研究。在这次审查中,我们的目标是收集所有最新的知识考虑MenSC可能分化成chondrogenic血统。目前,BMMSCs被视为最潜在候选人软骨再生技术;然而,这些细胞部署使用的缺点,包括入侵和痛苦的样本收集、生物材料短缺,和少量的细胞,然而,这些问题是MenSCs无关。

女性生殖系统是一个复杂的生物的组合组件的子宫内膜扮演独家的角色。这fast-regenerating组织被认为是几十年前easy-accessible干细胞来源( 8]。众所周知,子宫内膜发生超过400的循环再生,月经期间女性的生殖生命周期,允许怀孕,甚至可以继续使用雌激素治疗绝经后再生( 9]。这是反复证实子宫内膜上皮细胞祖细胞丰富以及msc ( 10- - - - - - 12]。此外,子宫内膜msc (EnSCs)已被证明为三个不同的layers-endoderm再生,中胚层,ectoderm-and保持类似的属性BMMSCs [ 11, 12]。EnSCs可以直接从子宫内膜孤立使用子宫切除术或子宫内膜活组织检查;然而,这些程序入侵,需要手术治疗。的另一种方式收集EnSCs隔绝经血,每月从有机体自然被丢弃的废物和需要最低限度的道德问题。

月经血液EnSCs (MenSCs)首先观察到孟和他的团队在2007年。从那时起,这源收集msc吸引了巨大的科学兴趣,导致许多不同的研究途径和可能的MenSCs在临床实践中的应用。已经表明MenSCs等典型的MSC品质具有自我更新、高度增殖的潜力,和多能干细胞分化能力chondrogenic,脂肪形成的,体外成骨的血统 13),(见图 1)。

BMMSCs古典MSC人口,通常采用作为评价的参考控制其它来源的MSC的表型和功能特性。尽管MenSCs与BMMSCs分享很多类似的典型性质,MenSCs似乎有一些有利的特点。例如,最近的研究表明,MenSCs甚至能够分化成心肌细胞的功能击败自发诱导后导致心肌梗死面积的减少在老鼠模型中( 14, 15]。此外,它已被证明,MenSCs能够分化成神经和epidermal-like细胞( 16- - - - - - 19)甚至功能性肝细胞( 20.),这表明优越的频谱的分化潜能,相比BMMSCs(图 1)。除了MSC表面标记的整个范围,包括CD73 CD90、CD105, MenSCs也表达一些多能性标记,如OCT-4 SSEA-4 [ 17, 21),水平高度调节CD49a [ 22),但缺乏STRO1表达式( 23, 24从BMMSCs],进一步区分他们。此外,它已被证明,MenSCs的扩散能力远高于BMMSCs [ 3, 23, 24]。集落形成单位(CFU)率和体外proangiogenic能力也成为更高MenSCs相比BMMSCs [ 22]。MenSCs低致瘤性报道,BMMSCs相比,这意味着安全MenSC-based疗法( 20., 25]。这些发现支持MenSCs作为一个独特的和有前途的细胞群;然而,这些细胞的有益的临床疗效相比BMMSCs还有待调查。

关节软骨,由于其较低的自我修复能力,特别容易受损或退化的低度炎症性疾病,如办公自动化、导致残疾和生活质量的损失相当大的一部分人口。2014年,已经有超过2.37亿注册(3.3%)的世界人口遭受OA ( 26]。OA的患病率随着年龄的增加,13.9%的成年人在25岁,而33.6%的65岁及以上的成年人OA,其中超过一半是女性。这种性别差异是重要的和相关的综述的主题。增加OA的风险的主要因素是年龄、肥胖、性别、关节疾病,或异常的功能,代谢紊乱和遗传因素 27绝经后),但性别尤为重要。

年龄是办公自动化的主要因素,因为它通常在40年代开始形成。肥胖创建一个有害的负载对软骨关节和有负面影响,增加发展中OA的机会,甚至随着时间的推移变得更糟( 28]。此外,据统计,OA是最常见和严重的女性,任何手术联合可能导致OA ( 29日]。此外,代谢紊乱也被认为是办公自动化的一个原因。改变代谢途径和介质在OA软骨甚至强调作为潜在的治疗靶点[ 30.]。同样,改变离子通道,使Ca^{2 +}运输在整个等离子体膜似乎发展的关键在OA软骨变性 5, 31日]。尽管所有这些因素都进行了广泛的研究,知识没有翻译的治疗仍然没有有效的治疗软骨损伤的细胞方法。细胞疗法等多功能msc看起来有前途的候选人为软骨组织工程和再生 32]。软骨组织工程师们建造不同的方式可能与msc治疗,包括直接注入软骨,混合水凝胶,或播种支架( 33)(见图 2)。BMMSCs已被确认为最受欢迎的选择软骨组织再生技术由于其可塑性软骨和关闭位置。此外,胎盘、脐带血液和脂肪组织也被用作MSC来源在软骨组织工程 34, 35]。

不过多数软骨工程或维修技术使用msc没有到目前为止由于许多复杂的因素,如肥大的发展( 36]。肥大通常获得msc在chondrogenic感应,可能导致进一步分化为软骨内骨形成。它是被突然增加细胞体积(超过10倍)和ECM的结构改造,形成钙化和ECM的矿化。细胞开始合成X型胶原,产生破坏性的金属蛋白酶。因此,肥大不仅影响软骨细胞内稳态还软骨结构( 37]。此外,还有其他MSC应用程序限制,从大量的捐助者孤立他们,可用少量的细胞,减少他们的增殖和分化率随着年龄的增长 9]。

经血是一个独特的便利的干细胞来源,消除了大多数BMMSCs和其他组织MSC限制,可以用于治疗不同的疾病,在OA可能不是一个例外。尽管MenSCs没有应用于软骨再生技术,他们在这些程序是高的候选人。例如,我们所知,没有数据关于潜在的纤维软骨的形成(胶原蛋白I型)或肥大(X型胶原、VEGF、MMP-13)在MenSCs软骨形成期间,可能出现一个额外优势为他们申请软骨修复。

显著地,它是合理的假设的能力为自体收集经血MenSCs逐步减少在治疗老年女性可能出现一个限制在OA的治疗应用。另一方面,如果这些细胞可以提前收集和低温贮藏,总会有一个机会来使用它们在捐赠者的一生。此外,MenSCs来自脱落子宫内膜,暗示,如果子宫内膜可以维护其再生能力甚至绝经期后,这可能会延长和维持干细胞集合,允许应用自体生物材料在未来临床治疗甚至老年妇女( 25]。

分子机制控制chondrogenic在msc分化的主要重点研究和开发的重要难题解决生化途径诱导软骨再生。体内软骨形成是由一些生长因子,如肿瘤生长因子- β(TGF - β、苯丙酸诺龙,骨形成蛋白- 2 (BMP), BMP-4, BMP-7,纤维母细胞生长因子(fgf) [ 38]。TGF - β对软骨形成至关重要,因为它被认为是一个关键刺激chondrogenic分化在体外和体内 32]。TGF - β(主要是TGF - β1、TGF - β3)通过SMAD3蛋白质刺激软骨形成,进一步刺激转录活动的Sox9导致cartilage-specific蛋白基因的激活,II型和第九型胶原蛋白,aggrecan, CD-RAP,软骨寡聚蛋白质(COMP) [ 39]。fgf体内可以促进软骨细胞增殖能力。FGF-2、FGF-9 FGF-18生长因子在软骨形成,是研究最多的地方FGF-2上调Sox9和激活早期软骨形成和FGF-9/18维持软骨细胞表型,推迟肥大( 36, 40]。此外,fgf经常一致行动与其他生长因子如胰岛素样生长因子(igf)所需的适当的软骨形成形成、细胞增殖和能动性。igf - 1被发现同样的TGF - β1 BMMSCs chondroinductive行动(Longorbardi et al ., 2006)。此外,它能增强软骨基质形成、调节细胞凋亡,并阻塞interleukin-1-induced营业额软骨细胞的蛋白聚糖,这使得这个因素软骨形成的一个重要元素(Chun du哦,2003)。无翼蛋白(实际上wnt)是重要的在多种细胞活动chondrogenic分化,包括扩散和基因表达,诱导fgf的生产( 41- - - - - - 43]。声波刺猬(嘘)诱导MSC合成最佳管理,指导MSC分化成chondrogenic血统( 44]。此外,几个因素维持软骨软骨细胞表型,如parathyroid-related肽(PTHRP)和印度的刺猬(本次) 44]。

所有这些生长因子起着关键的作用在组织修复和再生,和大多数importantly-these是至关重要的因素在所有软骨形成阶段( 45, 46)(见图 3)。转录因子也扮演一个重要角色在软骨形成规范不仅ECM蛋白质的表达,而且根据分化生长因子的表达阶段。Sox9最早的标记表示在msc及软骨细胞成熟的关键转录因子( 47]。Sox5和Sox6维持软骨细胞表型在后期和直接监管的ECM分子的表达,如胶原蛋白(IIB,第九,X)和蛋白聚糖(内里含有) 48]。RunX2和osterix负面影响软骨形成,软骨诱导矿化的矩阵( 49),通过促进基质金属蛋白酶13 (MMP13)合成 50]。一般来说,细胞中MMP的合成是由促炎细胞因子刺激,让他们负调控细胞的过程。在软骨基质金属蛋白酶(主要是MMP-9, MMP-10 MMP-13, MMP-14)导致软骨细胞肥大和改造ECM,形成软骨退化( 44]。

同时,古典chondrogenic分化培养基主要由生长因子的组合(TGF - β年代),其high-glucose、地塞米松抗坏血过磷酸钙,丙酮酸钠和脯氨酸,在主要cases-lacks血清。这些因素加上自然干细胞分泌生物活性化合物刺激他们对chondrogenic谱系分化。出于这个原因,应用干细胞在组织再生技术,它是有用的和重要的评估检查参与组成分泌腺的概要文件。

msc是有利于OA修复技术由于其抗炎和chondroprotective属性。分泌是一个广泛的各种各样的旁分泌因子和生物活性分子,能调节代谢在OA软骨细胞外基质( 7]。细胞因子是主要因素,调节细胞分化的能力。检查参与组成分泌腺BMMSC特征在很多研究中得到验证。发现BMMSCs分泌多种不同的细胞因子和生长因子,包括白细胞介素:il - 6, IL-7,引发,IL-11,白介素,IL-14, IL-15,白血病抑制因子(生活)、粒细胞集落刺激因子(g - csf)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(gm - csf)、巨噬细胞集落刺激因子(M-SCF), flt3配体(FL),和干细胞因子(SCF) [ 51]。

至于MenSCs,检查参与组成分泌腺的研究较少;然而,几项研究已经发表了他们的结果根据MenSC细胞因子和生长因子分泌,在单层培养他们(见表 1)。

已经观察到,在基底增殖,angiogenetic, chemo-attractive蛋白质,如VEGF、PDGF, HGF, ANG-2, igf - 1和FGF-2 MenSCs分泌生物活性分子,参与软骨形成的不同阶段(图 3)[ 25, 53),如前所述。此外,MenSCs表达苯丙酸诺龙,这是一个成员的TGF - β总科。一些研究表明,苯丙酸诺龙扮演关键的角色MSC软骨形成的早期阶段( 55, 56]。激活素的诱导表达Oct4、Nanog节点,Wnt3, FGF8和必要的维护自我更新和多潜能的MSC ( 55]。增强生产的苯丙酸诺龙在OA软骨,与抑制aggrecan aggrecanase-mediated乳沟的人体关节软骨( 57),暗示chondroprotective破坏性的营运过程中作用的苯丙酸诺龙。嵌合的配体激活素A和BMP-2被用来诱导chondrogenic分化脂肪tissue-derived msc(对asc)导致Peran et al。 56]。他们展示了胶原蛋白的表达增加2型、Sox9,对asc和aggrecan(甲苯胺蓝和马森的三色的染色),这也证实了rt - pcr反应激活素A / BMP-2嵌合体( 56]。此外,苯丙酸诺龙参与调节女性月经周期( 58)表明它可能出现关键MenSC调制的分化潜能。我们的初步数据也证实chondrogenic MenSCs分化能力及其调制苯丙酸诺龙(未发表的数据)。

相反,MenSCs il - 6分泌immunomodulating因素,引发,il - 10,干扰素 γ功能,GRO HGF MCP-1,这发生在炎症过程。这些因素研究MenSCs和BMMSCs根据免疫抑制特性,分析了胶原诱导关节炎模型小鼠及其分泌的因素,激活/没有IFN-c和IL-1b。这项研究得出结论,MenSCs少对细胞因子激活和表达免疫抑制分子相比BMMSCs [ 22),这并不是一个有利的事实如果考虑他们在软骨再生的适用性。此外,MenSCs表达矩阵所示metalloproteases (MMP-3 MMP-10) [ 3]。这些因素被认为是消极的分泌影响这些细胞的软骨形成,促进软骨细胞肥大,如前所述。

然而,这些只是检查参与组成分泌腺MenSC领域的一些研究。这个领域需要更多的研究来真正了解这些细胞及其分泌的本质因素,可能批准或否定已经发表的结果。

MenSCs已知拥有巨大的潜力来分化成各种组织细胞;然而,他们chondrogenic分化潜能没有被广泛研究。主要研究分析了ESC chondrogenic分化潜力的时间是在2007年由沃尔夫和他的同事们( 59]。他们报告说,ESC丸培养chondrogenic媒体分泌蛋白作为细胞外基质与阿尔新蓝染色,同时控制小球在chondrogenic媒体没有生长因子和栽培DMEM没有。他们得出的结论是,子宫内膜干细胞能够分化成chondrogenic血统,是染色强度之间的连贯性和分化时间;例如,长球分化,蛋白多糖是积累越多。在表 2所有已发表的研究,我们总结了数据领域的MenSC chondrogenic分化,包括作者所使用的具体方法包括生长因子和分化时间。

根据这些研究,MenSCs chondrogenic响应中显示不同的结果。发表的一些研究报告表明,MenSCs可能是一个合适的人选为软骨组织工程和可能对软骨组织修复有直接影响,由硫酸粘多糖和表达胶原蛋白II型( 20., 21]。其他作者认为MenSCs chondrogenic分化潜力较低,并不是一个适合软骨再生的干细胞数量。例如,2015年,作者发表的一项研究,比较基因表达MenSCs与脐带msc (UCMSCs)来自同一个捐赠者和MenSCs和BMMSCs来自同一个捐赠者之间。他们在MenSCs筛选768个基因,UCMSCs, BMMSCs。此外,他们报告说,重要的成骨和chondrogenic基因POSTN和OSTM1主要表达下调MenSCs UCMSCs和BMMSCs相比,也确认下成骨和chondrogenic分化潜力MenSCs [ 18]。然而,这些作者不诱导细胞分化,这是不确定的,由于chondrogenic分化过程中基因的改变。POSTN基因编码periostin,促进成骨分化显示( 63年),诱导ECM矿化但不是chondrogenic分化( 64年]。此外,这些基因的表达在细胞分化过程中调节,因此目前还不清楚这些基因的真正表达在chondrogenic归纳。

另一方面,大多数的作者声称分化MenSCs ESCs()显示强烈的免疫反应性单克隆抗体对2型胶原和蛋白多糖的积累所揭示出的阿尔新蓝染色( 24, 59, 60, 62年),这被认为是相当大的软骨形成的确认。此外,有区别的比较MenSCs BMMSCs显示,类似的模式蛋白多糖积累的 24]。然而,胶原蛋白2 a1 mRNA的表达在分化BMMSCs尤其可见,尽管不是在MenSCs [ 24),可以与不适当的生长因子诱导有关,而作者used-TGF - β3,BMP-6。然而,在MenSC分化时,他们发现显著增加胶原蛋白的表达水平9 a1和转录因子SOX9,表明这些细胞积极应对chondrogenic归纳。此外,考虑不同生长因子影响chondrogenic分化,重要的是要注意,有研究表明,TGF - β3并不总是诱导软骨形成等细胞ADSC, BMMSCs BMP-2在哪里显示作为主要chondrogenic分化诱导物ADSC [ 65年, 66年],TGF -的结合 β1、GDF-5和BMP-2刺激强劲chondrogenic反应BMMSCs [ 67年]。这些观察结果可能导致开发新策略小说chondrogenic分化MenSCs协议,其中包括这些细胞可能需要额外的因素。例如,苯丙酸诺龙是至关重要的在软骨形成的早期阶段,如上所述;然而,古典chondrogenic分化中并没有包含它。其他生长因子可能是有用的在MenSC分化能力。

经血是一个独特的体液包含多功能细胞与msc的典型特征,而与来源于msc的增殖和分化能力大于古典骨(BMMSCs)。这些优势,以及易于访问MenSCs由于重复的可能性甚至月经血液样本收集来自同一个捐赠者,使MenSCs再生医学应用前景的细胞来源。

虽然这些细胞有更多好处比较其他组织msc,一些研究领域还需要进一步调查完全确定的适用性MenSCs基础研究和临床应用。其中的一个领域是他们chondrogenic分化。作为关节软骨自我革新的困难,容易OA,尤其是女性,MenSCs可以作为一个完美的干细胞治疗软骨再生的工具。然而,MenSCs chondrogenic分化的潜力仍然是有争议的。一个概念和索赔是区分这些细胞有很强的潜力,因为他们有效地产生蛋白聚糖和胶原蛋白II型( 20., 22- - - - - - 24, 62年),并可能对软骨组织修复有直接影响。另一个概念是MenSCs chondrogenic疲软反应( 18]。感应相关的分化在这些细胞级联通过调整设置适当的刺激生长因子可能导致有效chondrogenic分化。然而,这些问题仍未解决,需要彻底的调查。综上所述,应用程序的MenSCs chondrogenic软骨分化可以提供重要的信息功能和修复的潜力和可能具有重要的再生价值作为软骨组织工程的工具和关节内的细胞治疗基于刺激旁分泌作用。我们得出结论,这些细胞可能成为软骨再生的一个现实的和有吸引力的替代。