朱明靜 張清彬

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院顳下頜關(guān)節(jié)科，廣州口腔疾病研究所，口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510140

關(guān)節(jié)軟骨缺損可能是創(chuàng)傷性、退行性疾病或是全身免疫性疾病的結(jié)果，常常導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎和退行性功能逐漸喪失，影響全世界數(shù)百萬(wàn)人[1-2]。成人關(guān)節(jié)軟骨顯示出較差的自我修復(fù)能力，而且創(chuàng)傷后關(guān)節(jié)軟骨的愈合能力有限[3]。臨床研究[4]已經(jīng)探索了各種促進(jìn)軟骨修復(fù)的方法，如磨損關(guān)節(jié)成形術(shù)、微骨折軟骨成形術(shù)、骨膜移植、自體軟骨細(xì)胞移植、骨軟骨移植和嵌入式膠原基質(zhì)。

目前不同來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞已被研究，甚至應(yīng)用于臨床。由于其優(yōu)異的增殖及向骨、軟骨、肌肉等的分化能力[5]，間充質(zhì)干細(xì)胞是用于再生醫(yī)學(xué)較有吸引力的細(xì)胞來(lái)源。間充質(zhì)干細(xì)胞存在于各種組織中，例如骨髓、脂肪組織、肌肉、肝臟、真皮、滑膜組織等。基于此，間充質(zhì)干細(xì)胞有望用于軟骨修復(fù)[2]。然而，需要發(fā)現(xiàn)更多可重復(fù)一致的方法以有效誘導(dǎo)這些干細(xì)胞系中軟骨的形成。在這些干細(xì)胞系中誘導(dǎo)軟骨形成的方法包括合適的顆粒/基質(zhì)組合物、軟骨分化培養(yǎng)基、低氧張力和其他一些形式的機(jī)械負(fù)荷[6-7]。

本綜述將重點(diǎn)介紹可溶性生長(zhǎng)因子對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞的三維體外軟骨誘導(dǎo)作用，尤其是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF）-β超家族[3]，其中包括TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，以及骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）-2、BMP-4、BMP-6、BMP-7和BMP-9。同時(shí)，還有其他生長(zhǎng)因子，包括成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）-2、糖皮質(zhì)激素（glucocorticoid，GC）和胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin-like growth factor，IGF）-1[8]。

1 間充質(zhì)干細(xì)胞

間充質(zhì)干細(xì)胞是一種多能干細(xì)胞，能夠分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和肌原細(xì)胞[3]。Bernardo等[9]首先在間充質(zhì)干細(xì)胞中觀察到軟骨形成。Steadman等[10]首先描述了間充質(zhì)干細(xì)胞的體外軟骨形成確定的培養(yǎng)基。此外，已顯示這些細(xì)胞在骨和軟骨穩(wěn)態(tài)中起作用。因此，基于體外觀察，間充質(zhì)干細(xì)胞可分化為成軟骨細(xì)胞并且易于增殖和獲得，這些細(xì)胞被視為軟骨工程中較有吸引力的候選者。

間充質(zhì)干細(xì)胞最初可以從骨髓或其他組織分離[11]。在妊娠早期和妊娠中期的胎兒組織（例如肺、骨髓、肝和脾）中已鑒定出間充質(zhì)干細(xì)胞。在自體細(xì)胞療法中，由于易獲得和潛在的自體應(yīng)用，骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cell）和脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞（adipose tissue-derived mesenchymal stem cell）成為間充質(zhì)干細(xì)胞的主要來(lái)源。許多研究表明，骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞與脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞具有相似的特征，包括形態(tài)學(xué)和細(xì)胞表面標(biāo)志物，但已發(fā)現(xiàn)其生長(zhǎng)和分化能力存在顯著的生物學(xué)差異，特別是在控制間充質(zhì)干細(xì)胞分化和增殖的重要因素表觀遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制方面。

到目前為止，DNA甲基化和組蛋白修飾是最重要的表觀遺傳調(diào)控方式，具有控制分化或維持間充質(zhì)干細(xì)胞自我更新的能力。已知在啟動(dòng)子區(qū)或第一外顯子中，CpG島的甲基化狀態(tài)的變化與相應(yīng)基因的表達(dá)成反比。與胚胎干細(xì)胞和分化細(xì)胞中的二價(jià)位點(diǎn)不同，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中的二價(jià)位點(diǎn)DNA甲基化程度通常較低，可以進(jìn)一步甲基化或活化。Trip10啟動(dòng)子內(nèi)的靶向DNA甲基化已被證明可加速間充質(zhì)干細(xì)胞向神經(jīng)元或骨細(xì)胞分化。Xu等[12]確定了間充質(zhì)干細(xì)胞命運(yùn)的表觀調(diào)節(jié)作用，其研究結(jié)果顯示，從骨髓或脂肪組織獲得的表觀遺傳記憶有利于間充質(zhì)干細(xì)胞沿成骨細(xì)胞或脂肪細(xì)胞譜系分化。在骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞中，Runt相關(guān)轉(zhuǎn)化因子（Runt-related transcription factor，Runx）2啟動(dòng)子的CpG位點(diǎn)呈低甲基化狀態(tài)，而在脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞中呈高甲基化狀態(tài)。在脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞中，過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）γ啟動(dòng)子的CpG位點(diǎn)呈低甲基化狀態(tài)，而在骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞中呈高甲基化狀態(tài)。在骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞中，SOX（SRY-related high mobility group-box gene）-9啟動(dòng)子的甲基化狀態(tài)僅略低于脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞。故控制間充質(zhì)干細(xì)胞命運(yùn)的主要轉(zhuǎn)錄因子的甲基化狀態(tài)有助于不同來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞的差異分化能力。

口腔來(lái)源的牙源性間充質(zhì)干細(xì)胞（dentalderived mesemchyal stem cell）有牙髓干細(xì)胞（dental pulp stem cell）、脫落乳牙干細(xì)胞（stem cell from exfoliated deciduous teeth）、牙周韌帶干細(xì)胞（periodontal ligament stem cell）、根尖乳頭干細(xì)胞（stem cell from apical papilla）和牙濾泡祖細(xì)胞（dental follicle progenitor cell）。牙組織是特殊的組織，不像骨組織那樣持續(xù)重塑。因此，與骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞相比，源自牙組織的干細(xì)胞/祖細(xì)胞的分化潛能可能更高。牙髓干細(xì)胞較多與支架材料（如水凝膠、殼聚糖/藻酸鹽等）結(jié)合用于軟骨向分化[13-14]。同時(shí)，牙髓干細(xì)胞在體外有與骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞共享相似的蛋白質(zhì)表達(dá)模式，但成軟骨形成潛能很弱；相反，牙源干細(xì)胞的神經(jīng)源性可能比骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞更有力，這很可能與它們的神經(jīng)鞘起源有關(guān)。脫落乳牙干細(xì)胞成軟骨也得到證明，但在成骨和表達(dá)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記方面能力較弱。其余類(lèi)型細(xì)胞也在成骨、成纖維等方面能力較強(qiáng)[14]。

2 生長(zhǎng)因子

來(lái)自軟骨組織工程的可溶性因子可以通過(guò)設(shè)定低水平的TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、IGF-1和高水平的IGF-2、FGF-2、FGF-4在成軟骨培養(yǎng)基中獨(dú)立地誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向分化[15]。

TGF-β超家族的大多數(shù)成員在軟骨組織中表達(dá)，并可能影響軟骨形成和生長(zhǎng)的骨骼組織發(fā)生。TGF-β在體外可促進(jìn)在早期未分化的間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)物中形成軟骨，并在體內(nèi)刺激成軟骨向分化。TGF-β還刺激膠原合成和成骨細(xì)胞樣細(xì)胞的趨化性，并促進(jìn)體內(nèi)神經(jīng)支配后軟組織傷口的愈合。TGF-β在骨折修復(fù)的所有階段均表達(dá)，外源性TGF-β在骨修復(fù)過(guò)程中對(duì)基因表達(dá)以及軟骨和骨細(xì)胞的分化具有顯著影響[16]。

IGF-1被認(rèn)為是影響軟骨發(fā)育、增長(zhǎng)和體內(nèi)平衡的關(guān)鍵因素之一。IGF-1水平的降低可能因關(guān)節(jié)炎時(shí)軟骨細(xì)胞募集減少而導(dǎo)致嚴(yán)重的骨關(guān)節(jié)炎。一些研究表明，IGF-1在三維基質(zhì)或微團(tuán)培養(yǎng)物中維持分化的骨間充質(zhì)細(xì)胞和骨膜細(xì)胞的分化表型和軟骨形成能力的同時(shí)，增強(qiáng)了軟骨細(xì)胞的代謝。同時(shí)體外研究[17]也表明，IGF-1可在獨(dú)立于TGF-β的情況下誘導(dǎo)成軟骨向分化，但分化潛能稍弱于后者。

在FGF類(lèi)家族成員中，F(xiàn)GF-2較多用于保持TGF-β1/BMP-2對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨分化潛能的協(xié)同作用，并減少不需要的肥大標(biāo)志物[8]。TGF-β和BMP已被證實(shí)在誘導(dǎo)軟骨形成中起重要作用[18]。

然而，盡管這些生長(zhǎng)因子對(duì)軟骨再生具有很大的治療潛力，但其在臨床治療中存在一些并發(fā)癥，而且劑量要求高、半衰期短、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、使用成本高，以及存在形成肥大物質(zhì)和炎癥因子等不良反應(yīng)[19-21]。生長(zhǎng)因子間的協(xié)同作用可適當(dāng)減少并發(fā)癥的發(fā)生[4]。

3 三維培養(yǎng)體系

三維顆粒/基質(zhì)培養(yǎng)體系被認(rèn)為是成軟骨分化的重要方面[22-23]。據(jù)報(bào)道，在二維單層中培養(yǎng)的人間充質(zhì)干細(xì)胞（human-derived mesenchymal stem cell）和人脂肪干細(xì)胞（human-derived adipose stem cell）相較于在三維基質(zhì)或沉淀物培養(yǎng)條件下軟骨形成減少。據(jù)認(rèn)為，細(xì)胞的沉淀或基質(zhì)提供了一種與胚胎發(fā)育過(guò)程中軟骨前凝固相似的環(huán)境，在此過(guò)程中細(xì)胞呈球形[15,24-25]。顆粒系統(tǒng)最初用于預(yù)防軟骨細(xì)胞的表型調(diào)控和研究生長(zhǎng)板軟骨細(xì)胞的終末分化。最常報(bào)道的粒徑范圍為包含2×105～2.5×105個(gè)細(xì)胞，但也有報(bào)道[26]可高達(dá)包含5×105個(gè)細(xì)胞。

基于基質(zhì)的系統(tǒng)通常包括藻酸鹽和瓊脂糖。這些凝膠不能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地支持人間充質(zhì)干細(xì)胞。據(jù)報(bào)道，在存在TGF-β3的情況下，人間充質(zhì)干細(xì)胞接種的藻酸鹽珠構(gòu)建體導(dǎo)致人間充質(zhì)干細(xì)胞上調(diào)Ⅹ型膠原。相反，通過(guò)離心將人間充質(zhì)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為沉淀，孵育于合并TGF-β3和地塞米松的環(huán)境中，未檢測(cè)到Ⅹ型膠原的上調(diào)。

Zhang等[27]在間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨形成過(guò)程中，證明了微團(tuán)培養(yǎng)體系比標(biāo)準(zhǔn)的顆粒培養(yǎng)體系更有效。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞在微團(tuán)培養(yǎng)條件下，在成軟骨向分化過(guò)程中上調(diào)了Ⅹ型膠原和Ⅰ型膠原的表達(dá)，表明誘導(dǎo)的軟骨更類(lèi)似于透明軟骨。這些發(fā)現(xiàn)表明，微團(tuán)培養(yǎng)系統(tǒng)是研究人間充質(zhì)干細(xì)胞中軟骨形成潛力的有前景的工具。然而，單獨(dú)的三維培養(yǎng)環(huán)境不能維持延長(zhǎng)軟骨形成。生長(zhǎng)因子和適當(dāng)?shù)奈锢泶碳な钦T導(dǎo)和防止軟骨細(xì)胞繼續(xù)分化為肥大細(xì)胞所必需的。

4 間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向分化中的生長(zhǎng)因子

4.1 TGF-β在間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向分化中的作用

TGF-β是一種多功能肽。已證明生長(zhǎng)因子家族的成員在骨和軟骨發(fā)育中發(fā)揮重要作用[20]。TGF-β超家族的成員對(duì)于恢復(fù)和維持軟骨形成表型以及誘導(dǎo)來(lái)自不同來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞的成軟骨向分化特別重要[28-30]。TGF-β亞型對(duì)軟骨細(xì)胞和其他細(xì)胞有不同的影響。

TGF-β3是目前被公認(rèn)在成軟骨分化中較有效的生長(zhǎng)因子[31]。Renner等[32]認(rèn)為T(mén)GF-β3是一種有效的軟骨形成誘導(dǎo)劑。在早期人間充質(zhì)干細(xì)胞形成軟骨的培養(yǎng)基配方中，TGF-β3便是組成成分，并且顯示出比TGF-β1更強(qiáng)烈的促進(jìn)基質(zhì)產(chǎn)生的作用。在生長(zhǎng)因子TGF-β家族成員中，TGF-β2和TGF-β3在促進(jìn)軟骨形成方面比TGF-β1更有效，導(dǎo)致更早和更廣泛的糖胺聚糖累積以及Ⅱ型膠原沉積[20,33]。而Goessler等[34]證明，在軟骨細(xì)胞去分化中，TGF-β1連續(xù)表達(dá)，而TGF-β2從未表達(dá)。TGF-β受體（TGF-β receptor，TGF-βR）Ⅲ連續(xù)表達(dá)，而TGF-βRⅠ和TGF-βRⅡ從未表達(dá)。然而，軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的許多沉積成分是通過(guò)暴露于TGF-β3的間充質(zhì)干細(xì)胞而形成的，包括聚集蛋白聚糖、連接蛋白、纖維調(diào)節(jié)素、軟骨寡聚基質(zhì)蛋白、核心蛋白聚糖、Ⅱ型膠原和軟骨粘合素。軟骨細(xì)胞和其他幾種類(lèi)型細(xì)胞產(chǎn)生TGF-β，作為與潛在的同型二聚體和潛在的TGF-β結(jié)合蛋白（latent transforming growth factor beta binding protein，LTBP）相關(guān)的大分子。

在生長(zhǎng)板軟骨細(xì)胞中，LTBP對(duì)TGF-β的儲(chǔ)存具有細(xì)胞成熟依賴(lài)性。已知LTBP有4種不同的型，即LTBP-1、LTBP-2、LTBP-3和LTBP-4。編碼LTBP-1和LTBP-2的基因通過(guò)連續(xù)去分化激活，而編碼LTBP-3的基因連續(xù)表達(dá)，并且獲得編碼LTBP-4基因的陰性表達(dá)結(jié)果。

在軟骨形成分化過(guò)程中，間充質(zhì)干細(xì)胞連續(xù)表達(dá)TGF- β1、TGF-β2、TGF-β3和TGF-β4，而LTBP-1，LTBP-2表達(dá)下調(diào)。但是，Goessler等[34]的研究表明，TGF-β3、TGF-β4、TGF-β1、LTBP-1和LTBP-2可能有助于去分化過(guò)程，而TGF-β1和TGF-β2可能不參與這一過(guò)程。在TGF-βR中，只有TGF-βRⅢ可能參與去分化[33]。

4.2 BMP在間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向分化中的作用

BMP被認(rèn)為是誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向分化的生長(zhǎng)因子。一些報(bào)道通過(guò)免疫組織化學(xué)和合成軟骨的大小和重量檢測(cè)說(shuō)明了BMP對(duì)成軟骨向分化的影響。在已經(jīng)鑒定出的20種哺乳動(dòng)物的BMP中，僅顯示3種Ⅰ型和3種Ⅱ型受體與BMP結(jié)合。結(jié)合BMP，導(dǎo)致Ⅰ型和Ⅱ型受體在磷酸化之前發(fā)生二聚化，并通過(guò)Smad通路發(fā)出信號(hào)[18]。BMP調(diào)節(jié)軟骨和骨骼發(fā)育的各個(gè)階段。特別是在軟骨中，BMP參與軟骨形成的所有階段，其直接調(diào)節(jié)幾種軟骨細(xì)胞特異性基因的表達(dá)，并且對(duì)軟骨細(xì)胞增殖和基質(zhì)合成具有強(qiáng)烈影響。BMP已被證明是軟骨和骨骼發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，也在成人骨骼系統(tǒng)的修復(fù)和重塑中發(fā)揮作用[35]。

研究者[36-37]通過(guò)比較BMP-2、BMP-4以及BMP-6對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞體外軟骨形成的影響，首次證明BMP-2在促進(jìn)軟骨形成方面比BMP-6更有效。通過(guò)對(duì)近12 000個(gè)基因的微陣列分析和逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)分析，確定在預(yù)期BMP-2的反應(yīng)時(shí)間序列中有軟骨合成的關(guān)鍵基因表達(dá)。BMP-2被認(rèn)為是體外培養(yǎng)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的一種強(qiáng)有力的軟骨形成劑，并在體內(nèi)促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨愈合[32]。

Majundar等[38]證明，BMP-2和BMP-9誘導(dǎo)了Ⅱ型膠原mRNA的表達(dá)，增加了聚集蛋白聚糖和軟骨寡聚基質(zhì)蛋白的表達(dá)，這就提示了軟骨細(xì)胞分化。在使用BMP治療過(guò)程中，Ⅱ型膠原α1、聚集蛋白聚糖及SOX-9表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)增加。經(jīng)白細(xì)胞介素（interleukin ，IL）-1處理后，軟骨分化細(xì)胞SOX-9、Ⅱ型膠原α1和聚集蛋白聚糖的表達(dá)下降。去除IL-1并進(jìn)一步添加BMP，可恢復(fù)軟骨細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)。

Renner等[32]研究了一種BMP衍生的短肽，它能促進(jìn)少量膠原蛋白的生成，并在與BMP-2類(lèi)似的水平上促進(jìn)人間充質(zhì)干細(xì)胞中糖胺聚糖的生成。與BMP-2不同的是，該BMP衍生肽促進(jìn)基質(zhì)積累，而不引起肥大標(biāo)志物的廣泛上調(diào)，這使得該BMP衍生肽成為軟骨工程中分化人間充質(zhì)干細(xì)胞的一個(gè)有價(jià)值的工具[39]。

4.3 其他生長(zhǎng)因子在間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向分化中的作用

FGF參與血管生成和組織修復(fù)。有研究[38,40-41]比較了在補(bǔ)充和不補(bǔ)充FGF的情況下人間充質(zhì)干細(xì)胞增殖的速率、沿著軟骨形成途徑體外分化的能力，以及基因表達(dá)譜系。在補(bǔ)充FGF的培養(yǎng)基中，增殖的人間充質(zhì)干細(xì)胞比在對(duì)照條件下增殖的人間充質(zhì)干細(xì)胞更小并且增殖更快。用FGF處理的細(xì)胞制備的軟骨形成培養(yǎng)物比用對(duì)照細(xì)胞制備的培養(yǎng)物更大并且含有更多的蛋白多糖。

FGF-2也被稱(chēng)為堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子，已用于許多祖細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中以刺激增殖。FGF-2在維持胚胎自我更新能力中起重要作用。新近研究[42]的結(jié)果表明，F(xiàn)GF-2對(duì)軟骨形成和軟骨缺損的修復(fù)具有特定的有益作用。Solchaga等[43]用含F(xiàn)GF-2的培養(yǎng)基培養(yǎng)間充質(zhì)干細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)不僅增加了增殖速度，而且還成功地延遲了軟骨形成的喪失。

維生素D是一組脂溶性類(lèi)固醇，負(fù)責(zé)增加腸道對(duì)鈣、鎂和磷酸鹽的吸收，以及具有其他生物效應(yīng)。維生素D與維生素D受體的相互作用是骨代謝和鈣穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介質(zhì)，同時(shí)顯著促進(jìn)細(xì)胞分化和抑制細(xì)胞增殖。維生素D可以促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞增殖、移植和軟骨分化[44-46]。

糖皮質(zhì)激素已被證明可促進(jìn)成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的分化，是人間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨形成和成骨分化所必需的[47]。這些觀察結(jié)果表明，生理性糖皮質(zhì)激素可能參與體內(nèi)軟骨細(xì)胞的增殖和分化，并且糖皮質(zhì)激素可通過(guò)作用于成體間充質(zhì)祖細(xì)胞而影響體內(nèi)的骨骼功能。但是，糖皮質(zhì)激素在這一過(guò)程中的確切作用機(jī)制尚不清楚。Derfoul等[48]研究了在存在或不存在地塞米松、TGF-β或地塞米松+TGF-β的情況下，地塞米松對(duì)人間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨形成和分化的影響，結(jié)果表明，糖皮質(zhì)激素是成人間充質(zhì)干細(xì)胞中軟骨形成分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。

4.4 生長(zhǎng)因子在軟骨形成過(guò)程中的相互作用

在軟骨內(nèi)骨化過(guò)程中，BMP和TGF-β信號(hào)通路可以在體內(nèi)拮抗軟骨細(xì)胞的增殖和分化。在ATDC5細(xì)胞軟骨形成中，TGF-β能夠增強(qiáng)BMP信號(hào)傳導(dǎo)，而B(niǎo)MP-2能夠顯著降低TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)。間充質(zhì)干細(xì)胞也是如此[37]。

通過(guò)循環(huán)加入生長(zhǎng)因子以誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨形成和分化的循環(huán)模式是用于組織工程細(xì)胞誘導(dǎo)的有效方式。Indrawattana等[49]結(jié)合生長(zhǎng)因子TGF-β3和BMP-6或TGF-β3和IGF-1，證明了它們對(duì)于誘導(dǎo)軟骨形成更有效，表明BMP-6和IGF-1信號(hào)傳導(dǎo)可以增強(qiáng)TGF-β3誘導(dǎo)的間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨的形成。

此外，F(xiàn)ukumoto等[50]的研究表明，IGF-1和TGF-β1組合可以起作用，調(diào)節(jié)骨軟骨細(xì)胞增殖和分化過(guò)程中骨膜間充質(zhì)細(xì)胞的變化。TGF-β1早期起作用誘導(dǎo)軟骨形成，而IGF-1增強(qiáng)并維持增殖，增加軟骨的整體形成。

Renner等[32]觀察到，當(dāng)BMP-2與TGF-β3組合時(shí)，軟骨形成或協(xié)同反應(yīng)增強(qiáng)。TGF-β1還可通過(guò)調(diào)節(jié)ERK/JNK途徑參與維生素D誘導(dǎo)的骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向變化。

Hara等[51]發(fā)現(xiàn)醋酸氟輕松與TGF-β3結(jié)合并強(qiáng)烈增強(qiáng)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成軟骨向分化。結(jié)果顯示醋酸氟輕松具有增強(qiáng)TGF-β3相關(guān)軟骨形成的獨(dú)特能力，并且醋酸氟輕松/TGF-β3組合可用作體外軟骨形成的主要誘導(dǎo)物。此外，醋酸氟輕松/TGF-β3有可能用于臨床，以提高基于干細(xì)胞的成軟骨向分化的再生方法的效率。

5 結(jié)語(yǔ)

為了開(kāi)發(fā)誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞形成軟骨的可再現(xiàn)方法，有必要分析增殖培養(yǎng)基、顆粒/基質(zhì)組合物、軟骨分化培養(yǎng)基、氧張力和適當(dāng)?shù)臋C(jī)械環(huán)境。

本綜述著重于成軟骨向分化培養(yǎng)基中的一個(gè)組成部分可溶性誘導(dǎo)生長(zhǎng)因子，以分析對(duì)已知不同生長(zhǎng)因子在間充質(zhì)干細(xì)胞中誘導(dǎo)軟骨形成作用的理解。

研究結(jié)果已顯示，三維顆粒/基質(zhì)系統(tǒng)在間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨向分化中起重要作用。分析TGF-β超家族的表達(dá)級(jí)聯(lián)將極大地幫助確定各種生長(zhǎng)因子影響間充質(zhì)干細(xì)胞基因表達(dá)的機(jī)制。然而，這些序列的復(fù)雜性要求目前研究采用鈍性方法進(jìn)行軟骨形成。因此，比較生長(zhǎng)因子組合的系統(tǒng)是確定如何在這些干細(xì)胞中始終如一地和最佳地誘導(dǎo)軟骨形成的關(guān)鍵。生長(zhǎng)因子可以單獨(dú)誘導(dǎo)特定的特征，它們結(jié)合起來(lái)可能促進(jìn)和/或抑制其他的特征。

此外，還關(guān)注到已知的生長(zhǎng)激素用于成軟骨向分化培養(yǎng)基以誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞軟骨形成，似乎較有效誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞中形成軟骨的因子包括地塞米松、TGF-β3、BMP-2、BMP-6和FGF。鑒于此，TGF-β超家族的其他成員誘導(dǎo)軟骨形成的事實(shí)表明，它們?cè)谝欢ǔ潭壬弦部梢园l(fā)揮軟骨形成作用。