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在生命科學(xué)領(lǐng)域，細(xì)胞治療一直是熱門話題，但圍繞間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（mesenchymal stromal cells）與間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells）的爭議已持續(xù)二十余年，成為制約MSCs研究與臨床應(yīng)用的主要障礙。核心問題在于：未經(jīng)全面安全性驗(yàn)證的間充質(zhì)干細(xì)胞不應(yīng)獲得臨床應(yīng)用批準(zhǔn)。然而，所有臨床前研究均表明，目前使用的MSCs在安全性上不存在干細(xì)胞相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)將其準(zhǔn)確定義為“間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞”而非“干細(xì)胞”。
針對這一問題，華西醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)研究中心與天士力干細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室在HELIYON上聯(lián)合發(fā)表了題為“Unveiling Distinctions Between Mesenchymal Stromal Cells and Stem Cells by Single-Cell Transcriptomic Analysis（通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析揭示間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞和干細(xì)胞之間的區(qū)別）”的研究文章，提供了具有突破性的理論依據(jù)，徹底解決了這一長期困擾行業(yè)發(fā)展的難題。
研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）和偽時(shí)間軌跡分析發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞表現(xiàn)出強(qiáng)大的自我更新和分化能力，而間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC）缺乏這些關(guān)鍵的干性基因的表達(dá)。這些基因包括SOX2、NANOG、POU5F1、SFRP2、DPPA4、SALL4、ZFP42和MYCN。另一方面，有五個(gè)關(guān)鍵的基質(zhì)細(xì)胞功能基因，TMEM119、FBLN5、KCNK2、CLDN11和DKK1，僅在間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，而不在干細(xì)胞中表達(dá)。
研究發(fā)現(xiàn)，目前廣泛使用的來自不同組織的MSCs是間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞。但是，這些細(xì)胞（MSCs）在許多情況下長期被誤用作干細(xì)胞。盡管由于MSCs的性質(zhì)，安全性問題被忽略，但由于其作用機(jī)制混亂，這些細(xì)胞的治療效果一直是一大缺陷。干細(xì)胞的作用機(jī)制是通過其分化能力來替代受損的功能細(xì)胞，而基質(zhì)細(xì)胞的作用機(jī)制是通過歸巢和排泄功能來導(dǎo)致微環(huán)境的恢復(fù)。當(dāng)然，這兩種不同類型的細(xì)胞必須以不同的方式使用，因?yàn)樗鼈冊谒拗黧w內(nèi)發(fā)揮著不同的功能。
具體來看：
1. 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示MSCs與干細(xì)胞的區(qū)別
研究團(tuán)隊(duì)整合了數(shù)據(jù)集和本研究樣本的所有scRNA-seq數(shù)據(jù)，通過UMAP分析發(fā)現(xiàn)，多能干細(xì)胞（PSCs）、成體干細(xì)胞（ASCs）和間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）在聚類上呈現(xiàn)出明顯的分群。進(jìn)一步分析顯示，PSCs中高表達(dá)的基因主要參與自我更新和增殖；ASCs中高表達(dá)的基因更多涉及分化和代謝過程；而MSCs中高表達(dá)的基因則主要與細(xì)胞代謝和相互作用有關(guān)，缺乏參與自我更新或分化的基因。
為了定義不同細(xì)胞類型間的發(fā)育狀態(tài)及相互聯(lián)系，研究團(tuán)隊(duì)基于自我更新/分化相關(guān)基因的表達(dá)進(jìn)行了擬時(shí)間發(fā)育軌跡分析，結(jié)果顯示不同細(xì)胞類型根據(jù)其發(fā)展階段呈現(xiàn)出明顯的聚類分布，軌跡分為早期、中期和晚期，分別對應(yīng)于PSCs、ASCs和MSCs。位于晚期階段的細(xì)胞定位表明，缺乏自我更新和分化相關(guān)基因是MSCs區(qū)別于干細(xì)胞的關(guān)鍵特征。
MSCs單細(xì)胞水平的功能基因分析
2. MSCs不表達(dá)自我更新和分化關(guān)鍵基因
研究通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)，識別出8個(gè)參與自我更新和分化的關(guān)鍵基因，包括維持自我更新能力的核心基因SOX2、NANOG和POU5F1，在自我更新中起重要信號作用的SFRP2，參與自我更新下游轉(zhuǎn)錄調(diào)控的DPPA4、SALL4和ZFP4，以及在外胚層分化中起關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)作用的MYCN等。
通過分析這些基因的表達(dá)情況，研究發(fā)現(xiàn)這些基因在干細(xì)胞中廣泛表達(dá)，但在四種不同組織來源的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSCs），包括脂肪來源MSCs（AD-MSCs）、臍帶來源MSCs（UC-MSCs）、胎盤來源MSCs（PM-MSCs）和骨髓來源MSCs（BM-MSCs）中幾乎不表達(dá)。進(jìn)一步分析顯示，MSCs中表達(dá)這些基因的細(xì)胞比例極低，表明MSCs在自我更新和分化能力上與干細(xì)胞有顯著區(qū)別。
不同間充質(zhì)干細(xì)胞單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析
3. 干細(xì)胞不表達(dá)MSCs功能特征基因
前述單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和軌跡分析顯示，MSCs缺失自我更新和分化的8個(gè)關(guān)鍵基因，但有特有功能基因的高表達(dá)。對不同來源MSCs與干細(xì)胞的基因表達(dá)譜聚類分析發(fā)現(xiàn)，MSCs有5個(gè)關(guān)鍵功能基因（TMEM119、FBLN5、KCNK2、CLDN11和DKK1）在所有MSCs中表達(dá)，卻不在干細(xì)胞中表達(dá)。同時(shí)，所有MSCs中有大量共同表達(dá)的基因，還有部分基因僅在特定類型MSCs中表達(dá)，尤其是在AD-MSCs，這表明不同MSCs間也有功能差異。
為驗(yàn)證這些基因標(biāo)志物，研究團(tuán)隊(duì)用流式細(xì)胞術(shù)分析了在AD-MSCs樣本中FBLN5蛋白的表達(dá)水平，結(jié)果顯示90.32%的AD-MSCs表達(dá)FBLN5蛋白，與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果一致。
4. 不同組織來源的MSCs具有獨(dú)特的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組
研究團(tuán)隊(duì)對四種不同組織來源的MSCs進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)其聚類不同，提示可能功能各異。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組功能分析顯示，不同來源MSCs功能基因表達(dá)有差異，如AD-MSCs高表達(dá)基因與 “化學(xué)信號接收” 等相關(guān)，UC-MSCs和PM-MSCs高表達(dá)基因富集于 “趨化因子感知” 等，BM-MSCs基因表達(dá)趨向與 “PDGF誘導(dǎo)的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)” 等相關(guān)。為了進(jìn)一步探討不同來源MSCs之間的區(qū)別，研究團(tuán)隊(duì)對不同的MSCs相對于胚胎干細(xì)胞（ESCs）進(jìn)行了細(xì)胞命運(yùn)軌跡分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PM-MSCs和UC-MSCs位于同一命運(yùn)簇，BM-MSCs與之接近但位于不同簇，AD-MSCs與ESC距離最遠(yuǎn)，且所有MSCs與ESCs有明顯發(fā)育界限。
MSCs的治療效果被認(rèn)為與其分泌的生物活性因子密切相關(guān)。研究團(tuán)隊(duì)分析了分泌相關(guān)基因的表達(dá)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同組織來源MSCs共表達(dá)455種分泌因子，可與217種細(xì)胞膜受體相互作用，發(fā)揮共性功能，其表達(dá)在不同樣本間存在差異，AD-MSCs在血管化等方面表達(dá)活躍，BM-MSCs適度活躍但不表達(dá)抗凋亡基因，PM-MSCs表達(dá)但強(qiáng)度低，AD-MSCs表達(dá)較弱且不表達(dá)ECM重塑基因。
5. 間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞鑒別標(biāo)準(zhǔn)在混合細(xì)胞樣本中的分析應(yīng)用
研究團(tuán)隊(duì)嘗試將上述建立的標(biāo)準(zhǔn)用于混合細(xì)胞樣本分析，重點(diǎn)關(guān)注中間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）和干細(xì)胞（n=11）的含量進(jìn)行鑒定。分析結(jié)果顯示，羊水樣本中干細(xì)胞標(biāo)記基因表達(dá)量高，而MSCs功能基因表達(dá)量低。進(jìn)一步分析顯示，羊水樣本中干細(xì)胞占比 13.66%（范圍 10.45% - 21.82%），MSCs 僅占1.52%（范圍 0.06% - 4.49%）。
間充質(zhì)干細(xì)胞和干細(xì)胞含量及標(biāo)記基因表達(dá)
這一研究成果不僅終結(jié)了MSCs身份的長期爭議，更為MSCs臨床應(yīng)用路徑的重新規(guī)劃提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。研究明確區(qū)分了兩種細(xì)胞的作用機(jī)制：干細(xì)胞依靠分化替代受損細(xì)胞，而基質(zhì)細(xì)胞則通過歸巢和分泌重塑微環(huán)境。這一突破性發(fā)現(xiàn)徹底糾正了長期以來對MSCs安全性與有效性的誤解，確立了間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞的身份鑒定標(biāo)準(zhǔn)，為個(gè)性化治療開辟了新途徑。隨著這一發(fā)現(xiàn)的推廣，MSCs療法將在臨床實(shí)踐中得到更廣泛且有效的應(yīng)用，毫無疑問地推動(dòng)其在疾病治療中迎來革命性突破。