充質幹細胞（MSCs）的異質性，是指貼壁培養的骨髓MSCs是一個混合的細胞群體，存在不同的細胞亞群（比如克隆大小不一樣，見下圖）；有些亞群的細胞具有多潛能特性，有些亞群的細胞具有單潛能特性。不同部位和不同個體來源的MSCs都存在功能和形態上一些差異。功能的差異在於功能的強弱不同或細胞因子表達譜的差異，比如只要是MSCs，都具有免疫抑制的功能，但是不同組織和不同個體來源的MSCs，在免疫抑制這個功能上存在強弱之分。
過去的十幾年中，通過基因晶片和蛋白質組分析，從MSCs中鑑定出多種營養因子，這些因子依賴於細胞來源和不同的刺激，包括缺氧、炎症刺激和衰老。有一篇文章對MSCs分泌的分泌體和再生機制進行綜述，並著重介紹不同類型MSC和不同腎臟再生環境中營養因子可能存在的異質性。但是，2019年2月份一篇單細胞RNA測序文章顯示細胞周期是脂肪MSCs轉錄組異質性的主要來源，隱藏的異質性可能被細胞周期導致的變化所掩蓋。也就是說，現在研究MSCs異質性的結果，很可能受到細胞周期不同步的影響比較大，從而導致結果失真。
細胞周期示意圖：
一般認為來源於單個細胞克隆的細胞團，應該是同質性的，但是情況並非如此。在單細胞克隆培養的骨髓MSCs中生長的克隆細胞團（集落）通常既不能準確地代表其整個假定的幹細胞亞群，也不能準確地代表由單個快速分裂的母細胞所產生的功能均勻的幹細胞。其實也對，估計世上沒有絕對一模一樣的細胞。最新研究發現貼壁培養骨髓MSCs出現的克隆細胞團（非單細胞克隆），約65%不是來源於單個細胞（見下圖）。
Prockop教授2001年認為成纖維細胞狀的梭形MSCs為快速自我更新型MSCs（I型），胞體寬大扁平呈上皮細胞狀的MSCs為成熟型MSCs（II型）。後來發現所謂的成熟型MSCs（II型MSCs）其實就是衰老的MSCs。年輕態和衰老態MSCs的比較見下圖。
1，同一部位來源的MSCs異質性
最早發現同一個骨髓MSCs群體存在異質性的是2000年義大利的科學家，他們分析了185個人骨髓基質細胞的克隆細胞團分化為三個主要細胞系的能力：成骨細胞、軟骨細胞和成脂細胞；除1個克隆外，其餘克隆均分化為成骨細胞系；他們根據分化實驗提出科學假設：具有三向分化潛能的骨髓基質細胞是早期的間充質祖細胞，而且隨著培養時間延長，分化潛能會逐漸消失。這個科學假設在2002年被日本的京都大學前沿醫學研究所所證明，通過建立100個單細胞克隆培養，分析其分化特性，發現這些克隆細胞的分化潛能差異較大，包括三向、雙向和單向克隆，表明人骨髓MSCs是由一組具有不同分化潛能的細胞組成的。這些人骨髓MSCs來源於美國的Osiris公司，就是大名鼎鼎的總是嚷著給MSCs改名的Caplan教授組建的全球第一家間充質幹細胞公司。
美國的Donald G. Phinney教授認為骨髓MSCs的異質性包括同一個部位來源的MSCs有不同的亞群，也包括不同個體之間MSCs出現功能強弱的差異。本小編覺得前者屬於俠義的異質性，後者屬於廣義的異質性。Donald G. Phinney教授最有名的示意圖如下：
2009年和2017年加拿大多倫多大學的一個John E. Davies教授也提出相似的觀點，認為臍帶MSCs和骨髓MSCs一樣存在群體異質性，而且臍帶MSCs隨著培養時間延長，多項分化功能逐漸喪失，而均一化為「成纖維細胞」（見下圖）。實際上，長期培養後，臍帶MSCs（P30）依然具有向脂肪細胞和成骨細胞的能力。
從臍帶血中分離的兩個不同的等基因MSCs群體(UCB1和UCB2)進行了分析，與UCB2相比，UCB1表現出更快的生長動力學、更高的群體倍增能力和更高的成脂分化能力，UCB2群體的成骨分化能力較強；而且UCB1-MSCs、UCB2-MSCs、BM-MSCs三者的基因表達譜並不一致，共同表達的基因只有121個（見下圖）。
脂肪來源的MSCs也存在異質性現象。首先是MSCs在脂肪組織的含量並不恆定，每克組織組織估計含有5x103-2x105個MSCs。腹部和臀部/大腿區域分離的脂肪MSCs，其MSCs的獲得數量、增殖和分化潛能並沒有差異。
脂肪分離出MSCs貼壁培養幾代後，CD34和HLA-DR的表達下降至2%以下或陰性[19, 20]。但是，如果脂肪MSCs用添加了因子aFGF的M199培養基培養，CD34的表達可以維持10-20周[21]。MSCs的鑑定標準之一就是不表達CD34（≤2%），如果CD34陽性的話，這些細胞還是MSCs嗎？
骨髓MSCs的96孔板克隆實驗發現，50%的克隆細胞具有三向分化能力，14%的克隆細胞只有雙向分化能力，而1%的克隆細胞具有單向分化能力。脂肪MSCs單細胞克隆實驗也證明了不是所有的脂肪MSCs都具有三向分化能力。約81%的脂肪MSCs具有單向分化能力，52%的脂肪MSCs具有兩向或三向分化能力。
小鼠骨髓MSCs中的CD200+亞群在具有較強的成骨能力，而SSEA4+亞群具有較強的成脂分化能力但缺乏成骨能力，CD140a+亞群在成脂細胞中的表達與成骨效率無關；因此，作者建議CD200、SSEA4和CD140a作為在不同類型的MSC祖細胞中差異表達的標記。
2007年發表在《cell》的一個研究發現CD146陽性（+）的骨髓MSCs亞群定位於骨髓血管外周，具有體內自我更新能力，作為重要的細胞構成了造血幹細胞微環境（niche），支持造血。
2010年《nature》的文章證明Nestin可以作為骨髓MSCs 的標記物，Nestin陽性（+）細胞是構成造血幹細胞niche的重要成分，具有全部的骨髓集落形成單位成纖維細胞活性，甲狀旁腺激素可使骨髓Nestin(+)細胞數量增加一倍，並有利於其向成骨細胞分化，而體內Nestin(+)細胞耗竭可迅速降低骨髓中HSC的含量；而且證明MSCs經過體內二次移植後，能在體內進行自我更新。
一個大樣本實驗，從53例(男28例，女25例，年齡13~80歲)供者中分離出骨髓MSCs，結果發現：年輕供者骨髓MSCs表達較高水平的MCAM、VCAM-1、ALCAM、PDGFR-β、PDL-1、Thy1和CD71；女性骨髓MSCs表達IFN-γR1和IL-6β增加，且對T細胞增殖的抑制作用更強；高克隆性骨髓MSC體積較小，增殖速度快；γR1、HLA-ABC的表達水平與骨髓MSCs的增殖速度有關；骨髓MSCs的中胚層分化能力不受供體年齡和性別的影響，但受到表型(CD10、IFN-γR1，Gd2)的影響。
有研究發現，在19-44歲的年齡段，骨髓MSCs的增殖速度和年齡、性別沒有關係；但是增殖速度和成骨細胞分化能力有明顯的個體化差異。可能19-44歲的年齡段都是屬於中青年吧，還沒進入衰老期。也有研究顯示不同個體之間骨髓MSCs的增殖速度有明顯的差異（見下圖）。
2，不同部位來源的MSCs差異
脂肪MSCs和骨髓MSCs具有許多共同的生物學特性，但在免疫表型、分化潛能、轉錄組、蛋白質組和免疫調節活性等方面存在差異。骨髓、脂肪、臍帶、臍血等來源的MSCs，細胞表面標記物方面也有較大的差異，比如Stro-1、CD271、CD146、CD106、CD349、CD49f、GD2、SSEA-4等。
雖然不同組織來源的MSCs具有相似的基本功能特徵，但在功能強度上仍有很大差異，包括細胞大小、增殖潛能、分泌的細胞因子和免疫抑制能力等。來自不同組織的MSC群體在基因表達譜和分化能力方面差異也很大。基因表達數據顯示臍帶和羊膜來源的MSCs具有更高的免疫調節潛力，而骨髓MSCs具有更高的支持再生發育的潛力，如神經元分化和發育。
同是來源於孕中期胎兒，不同組織來源的MSCs的數量不一樣，均具有成脂分化和成骨分化的能力，但是胎脾來源的MSCs成脂分化能力較弱，胎肝來源的MSCs成骨分化較弱。
黏膜固有層MSCs表達典型的骨髓MSCs的標記，具有克隆形成能力和向骨和脂肪方向分化的能力；黏膜固有層MSCs和骨髓MSCs均能促進少突膠質前體細胞（OPC）的增殖和分化，但只有經黏膜固有層MSCs的培養上清處理的少突膠質前體細胞才有明顯的髓鞘形成，而骨髓MSCs的培養上清未見明顯地促進髓鞘形成的作用[36]。進一步的miRNA指紋圖譜顯示黏膜固有層MSCs表達典型的骨髓MSCs的同源性為64%，有26個miRNA差異表達。
由於小鼠模型的遺傳背景是高度一致的，小鼠不同組織的MSCs的比較數據更有意義和說服力。與骨髓MSCs相比，脂肪MSCs具有更高的增殖活性，並產生更多的血管內皮細胞生長因子(VEGF)和肝細胞生長因子(HGF)。高增殖率的脂肪MSCs的Nestin和神經營養因子的基因表達水平高於來自同一大鼠的骨髓MSCs。有研究表明，在嚴重肢體缺血的動物模型中，小鼠骨髓MSCs比小鼠脂肪MSCs具有更好的治療潛力。
是什麼決定了不同來源的MSCs出現異質性？一個很重要的因素可能是MSCs的微環境（niche）。幹細胞的命運受其微環境的調節，這就導致了幹細胞的組織特異性。細胞粘附蛋白(Cadherin)在MSCs的細胞間粘附、分化和極性中起作用，並與參與MSCs微環境（niche）的Wnt相互作用；MSCs的位置與它們與這些分子的相互作用有關，這將影響它們的功能。由於MSCs與其他niche細胞的局部和系統的相互作用，MSCs所處微環境的不同可能使MSCs的分泌譜不同。
3，小結
不同的研究結構或實驗室，分離培養的MSCs不盡相同，甚至是不少的實驗室培養的MSCs細胞表面標記物都達不到國際細胞治療協和在2006年制定的MSCs最低標準（即：CD73、CD90、CD105≥95%，CD11b或CD14、CD34、CD45、CD19或CD79α、HLA-DA≤2%）。比如下圖，MSCs表面標記物CD45超過2%，CD73、CD90、CD105的表達低於95%，那麼這些細胞還是MSCs嗎？本小編覺得還算是MSCs，只是混有不少的雜細胞，導致MSCs的純度不夠。然後用這些不純的MSCs去開展各種動物研究和臨床研究，這些研究結果可靠嗎？
廣泛的細胞-細胞接觸與衰老並不相關，但即使在最均勻的單細胞來源的菌落中，物質交換與多樣化也是同時發生的[3]。不過，需要注意的是，MSCs在體外特殊培養基的誘導下實現的細胞分化，並不意味著MSCs在體內也具有相同的分化潛能。靜下心來想一想，其實也就是這個道理，MSCs的體外分化是受人為控制，而人為操作尚未能干預其體內的分化。
龍生九子，各有不同。同一對父母，但生下來的孩子，即使共享父母的相同DNA，也不完全相同。不像化學結構很清晰的藥物，MSCs是活的細胞，和人一樣，整個基因組並不是全保守基因，那麼存在基因的多態性就造成子代細胞和母代細胞的細微差異，也許這些細微差異對整個功能沒有影響，也許會造成功能強度上的一丁點差異。
幹細胞和精準醫學結合，可以解決一些問題！
本文轉自間充質