作者：姜楊楊，姜竹玲，劉明月，袁夢桐，史欣，胡偉平，哈爾濱醫科大學附屬第二醫院口腔修復科
牙齒由外部礦化的釉質層，鄰近礦化的牙本質層以及包含血管、神經和間葉組織的牙髓組成；根部結構包括牙本質、牙骨質以及將牙齒與牙槽骨緊密連接的牙周韌帶（periodontal ligament，PDL）。牙本質獨有的牙本質小管是由成牙本質細胞產生，成熟的牙本質表現出有限的再生能力，外傷或疾病時可產生修復性牙本質。牙髓由牙間充質細胞、神經以及穿過根管的血管組成。在胚胎發生早期，腦神經嵴源性間充質幹細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）與口腔源性上皮幹細胞之間相互作用。
從口腔的一些組織如顱面骨、牙髓、PDL、牙囊、牙胚、根尖乳頭、口腔黏膜、牙齦以及骨膜中可提取出幹細胞。牙源性幹細胞（dental stem cells，DSCs）是具有MSCs性能的產後幹細胞群，具有自我更新和多向分化潛能。這些細胞來源於神經嵴，還有一些細胞起源於骨髓MSCs（bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSCs）。在口腔組織來源的幹細胞中，人牙髓幹細胞（human dental pulp stem cells，DPSCs）因臨床潛力大且易獲取而被廣泛研究。
DPSCs在體外可形成牙本質樣組織，並分化為成骨樣細胞。在特定條件下，DPSCs可分化成神經細胞、脂肪細胞、軟骨細胞以及肌細胞。幹細胞療法在組織再生和疾病管理方面有很好的前景，其允許通過自體細胞移植，修復有缺陷的組織或功能。由於幹細胞技術尚處於起步階段，因此需要跨學科合作以成功實現臨床應用。
近年來，DSCs的易獲性、可塑性以及高增殖能力引起了人們的注意，已經確認了的DSCs類型包括人牙髓中的DPSCs、SHED、PDLSCs以及來自人第三磨牙的牙囊細胞。DSCs可進行自我更新，並具有多種分化能力，且無倫理問題。組織工程方法結合對DSC生物學特性的理解，將為DSC在各種治療策略中的應用提供有力的支持。預計未來幾年，幹細胞將在組織工程領域取得巨大進展。現就DSCs的類型及其在組織工程和再生醫學治療潛力方面的研究進展進行綜述。
1.DSCs
目前有8種牙齒組織來源的MSCs被分離和鑑定出來，其來源於牙齒發育的不同階段。DPSCs是第一個從牙髓組織中鑑定出來的人牙MSCs，其他牙MSCs群如乳牙牙髓幹細胞（stem cell populations from human exfoliated deciduous teeth，SHEDs）、PDL幹細胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）、牙濾泡細胞祖細胞（follicular cell progenitor cells，DFPCs）、牙槽骨MSCs（alveolar bone mesenchymal stem cells，ABMSCs）、牙乳頭幹細胞（dental papilla stem cells，SCAPs）、牙胚細胞（tooth germ cells，TGPCs）、牙齦MSCs（gingival mesenchymal stem cells，GMSCs）隨後也被分離和鑑定出來。
牙髓來源的幹細胞如成人牙髓幹細胞和SHEDs，均存在於牙髓血管周圍，是具有自我更新和多向分化能力的MSCs，起源於神經嵴，具有MSCs和神經幹細胞的特性。DPSCs和SHEDs具有再生為其他組織的能力。研究發現，脊髓損傷植入DPSCs和SHED後促進了脊髓功能的恢復。DPSCs也可使新出生的小鼠免受腦缺血的傷害。DSCs的治療潛力與BMMSCs相似，是再生治療的另一種無創來源。
1.1DPSCs
DPSCs是第1個被鑑定出來的牙髓源性的DSCs，是從人類第三磨牙的牙髓中通過酶消化法分離出來，DPSCs呈典型的成纖維細胞樣形態。不同的分化條件下，DPSCs可分化為成牙本質細胞、成骨細胞、脂肪細胞、神經細胞、平滑肌細胞。DPSCs不表達特異性生物標誌物，但表達BMMSCs標誌物如基質細胞抗原1（stromal cell antigen 1，STRO-1）、CD146和胚胎幹細胞標誌物如OCT4。DPSCs的候選標誌物包括STRO-1、CD29、CD44、CD73、CD90、CD105、CD146、CD166以及CD271。
1.2SHED
Miura等證實，從脫落的乳牙中分離出的SHED具有較強的可塑性，可分化成神經元細胞、脂肪細胞、成骨細胞、成牙本質細胞，與DPSCs比較，SHED更容易獲得，且創傷更小。Lindemann等研究發現，由於脫落乳牙的髓腔暴露的較恆牙多，低溫保護劑更易吸收，所以低溫冷凍保存乳牙的可行性較恆牙更高。因此，脫落的乳牙在牙齒幹細胞保存中較恆牙具有更好的發展前景。
1.3PDLSCs
PDL是存在於牙骨質與牙槽骨之間的一個特殊結構，其作用是保護和支持牙體組織，通過牙囊產生的MSCs連續再生。PDL包含不同類型的細胞，可分化為成牙骨質細胞和成骨細胞。研究證實，被分離出來的PDLSCs具有成纖維細胞樣形態，並表現出克隆屬性，增殖率高於DPSCs，表達STRO-1、CD146以及腱特異轉錄因子。PDLSCs具有多向分化潛能，在適當介質誘導下可分化為成骨細胞、脂肪細胞以及軟骨細胞。
1.4DFPCs
牙囊來源於外胚間充質，包繞在未萌出的牙齒上。DFPCs可以在牙齒的萌出過程中調控破骨細胞與成骨細胞，並分化成牙周膜。DFPCs呈成纖維樣細胞形態，可從人類第三磨牙的牙囊中分離出來，表達多種生物標誌物，如Notch1、STRO-1以及神經巢蛋白10；DFPCs具有多向分化能力，可分化為成骨細胞、脂肪細胞以及神經細胞，這些細胞可以維持培養至少15代；STRO-1陽性的牙囊細胞在體外可分化為成牙骨質細胞，在體內可形成牙骨質。DFPCs在骨形態發生蛋白2（bone morphogenetic protein 2，BMP-2）、BMP-7以及釉基質衍生物的刺激下能夠表達成牙骨質細胞標誌物。
1.5ABMSCs
Matsubara等成功分離和培養了人ABMSCs，細胞呈梭形成纖維細胞樣形態，具有黏附性、呈集落生長，表達CD73、CD90、CD105以及STRO-1等表面標誌物，但不表達造血幹細胞標誌物CD14、CD34以及CD45。ABMSCs可分化為成骨細胞，也可向軟骨細胞和脂肪細胞分化。生物陶瓷可作為ABMSCs附著、增殖、遷移的支架材料，用於骨組織工程學。
1.6SCAPs
在牙齒發育過程中，牙乳頭發展為牙髓，進而促進牙根發育。牙乳頭貼附在發育的牙根鬆散連接處。SCAPs表達早期間充質表面標誌物CD24。SCAPs在特定培養條件下，可分化為成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞以及神經細胞。對於牙齒的形成，SCAPs較PDLSCs表現出更高的增殖率，且更容易從人第三磨牙中分離出來。
1.7TGPCs
TGPCs是新的幹細胞群，在第三磨牙牙胚的中晚期形成，表達MSCs相關標誌物STRO-1、CDs以及趨向性表達相關的基因（Nanog、Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）。TGPCs與其他MSCs相似，可分化為脂肪細胞、成骨細胞、成牙骨質細胞、軟骨細胞以及神經細胞。羥基磷灰石/TGPCs共同植入後，新形成的骨基質中出現了成骨細胞，並有新骨形成。TGPCs可分化成肝細胞形態，具有肝細胞表型和功能特徵，可用於肝臟疾病的治療。
1.8GMSCs
牙齦是口腔組織的一種特殊結構，覆蓋在牙槽嵴和磨牙後區，是生物化學屏障和口腔黏膜免疫的特殊組成部分。GMSCs易從口腔的牙齦組織獲得，且對機體的損傷很小。GMSCs具有克隆、自我更新以及多向分化能力，還具有幹細胞樣和免疫調節特性。GMSCs表達CDs，Oct4、Sox2、Nanog、Nestin、SSEA-4以及STRO-1也呈陽性表達。牙齦組織表現出無瘢痕癒合和快速組織重建和再生能力。GMSCs在體內具有形成結締組織樣結構的能力，在體外與不同的生長因子培養可形成礦化結節、脂肪、軟骨樣基質。另有研究表明，GMSCs在體外成骨誘導後轉入體內孵化仍具有成骨的潛力。這些屬性表明GMSCs可用於組織再生。
2.DSCs的應用
2.1神經系統疾病
DPSCs起源於神經嵴，可表達神經營養因子的特徵。這些擴散性鈦分泌神經元和神經元的支持細胞，作為發展、維護、修復和使特定神經元的生長因子生存，尤其是DPSCs分泌的腦源性神經營養因子、神經生長因子、膠質細胞源性神經營養因子對中樞神經系統神經元如運動神經元和多巴胺能神經元具有深遠的影響。DPSCs可影響內源性神經幹細胞，並產生神經球。因此，DPSCs可能在治療神經系統疾病方面具有廣泛的前景。帕金森病是一種神經退行性疾病，特徵是黑質多巴胺神經元死亡和紋狀多巴胺神經元退行性變。在帕金森病模型中使用MSCs間接共培養系統與DPSCs間接共培養發現，DPSCs對MPP+和魚藤酮有保護作用。因此，DPSCs可看作是神經系統疾病細胞治療的候選細胞。
2.2肝臟疾病
肝硬化是一種不可逆的肝纖維化改變，可導致嚴重後果如肝功能損傷、門靜脈高壓以及肝細胞癌。肝移植是目前肝硬化治療的最後選擇。在器官移植領域，細胞治療這種新興療法已引起人們的廣泛關注。SHED是兒童和成人肝損傷MSCs治療的可行細胞。來自第三磨牙的幹細胞培養分化為肝細胞，在肝臟疾病動物模型中，其能防止肝纖維化，提高白蛋白和膽紅素的水平。
Cho等證實，褪黑素通過調節BMP、p38、細胞外調節蛋白激酶及核因子κB通路促進DPSCs向肝細胞分化。因此，將人DPSCs與褪黑素聯合應用可能是治療肝硬化的一種可行的方法。
2.3糖尿病
糖尿病是一種胰島β細胞自身免疫破壞或胰島素對持續性高血糖敏感性降低的疾病。利用幹細胞或胰腺移植來補充失去的胰島β細胞可用來治療糖尿病。有研究報導，DPSCs可潛在分化為像胰島樣細胞團的胰腺細胞系。Carnevale等報導，人DPSCs在適當的刺激下可表達與胰島β細胞發育和功能相關的基因，如胰腺十二指腸同源框1，刺激胰島素分泌。Kanafi等將從人DPSCs和SHED衍生出的胰島樣細胞移植到糖尿病小鼠體內，結果發現糖尿病小鼠的高血糖恢復到正常水平。以上研究表明，DPSCs可用於糖尿病患者的自體幹細胞治療。
2.4再生眼部治療
DSCs作為一種自體幹細胞，已用於角膜盲症的治療。角膜與DPSCs具有相似的胚胎來源，在體外誘導分化後，DPSCs在基因和蛋白水平上表達了角質細胞、角質蛋白以及硫酸角質素蛋白多糖的分子特性，並生成組織工程的角膜組織結構，且在體內不引起細胞排斥反應。這一發現證明了DPSCs在細胞或組織工程領域治療的價值。研究發現，小鼠的視神經損傷後，在其體內移植DPSCs，促進了神經營養因子介導的視網膜神經節的存活和軸突再生。
2.5腦卒中
研究表明，DPSCs腦內移植和SHED無血清培養基鼻內注射可改善腦功能，促進內源性神經祖細胞遷移和分化，誘導血管生成，改善腦損傷。隨後也有研究開始評估腦卒中後慢性殘障患者DPSCs腦內自體移植治療的安全性和可行性。
3.結語
幹細胞治療是通過移植活細胞修復缺損組織或功能的一種新方法。然而，在實際應用中需優化多個關鍵參數，才能用於治療；另一個問題幹細胞的使用壽命，DPSCs或SHED不可能終生使用，雖然可通過低溫冷凍的方式來保存，但這種方法不僅耗費時間而且昂貴，同時也限制了DSCs在臨床上的應用。免疫排斥是細胞移植的主要風險，此外細菌、病毒、真菌或朊病毒病原體傳播也可導致致命危險。因此，幹細胞用於臨床治療還有很長的路要走。未來將進一步研究和理解細胞生理學，以期最終實現幹細胞治療。
來源：姜楊楊,姜竹玲,劉明月,袁夢桐,史欣,胡偉平.牙源性幹細胞及其在再生醫學中的應用進展[J].醫學綜述,2018,24(12):2334-2338.
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