鄭仁東 劉超

甲狀腺干細胞的研究進展

鄭仁東 劉超

甲狀腺干細胞是一類具有自我復制能力及具有向甲狀腺細胞分化潛能的未分化細胞。近年來，關于甲狀腺干細胞的研究日益成熟，已經(jīng)成功地從胚胎干細胞、甲狀腺成體干細胞和骨髓干細胞誘導分化出甲狀腺濾泡細胞，這類細胞能夠表達甲狀腺特征性基因，并具有攝碘功能。甲狀腺干細胞的研究為臨床甲狀腺疾病的治療，特別是甲狀腺干細胞移植奠定了基礎。

甲狀腺；干細胞；分化；甲狀腺濾泡細胞

正常的甲狀腺功能對人體的發(fā)育、成長和代謝平衡至關重要，其先決條件是甲狀腺發(fā)育良好，碘攝取和甲狀腺激素合成功能沒有異常。當甲狀腺發(fā)育及甲狀腺激素合成過程出現(xiàn)任何缺陷時，均可能導致甲狀腺功能受損。晚近的研究發(fā)現(xiàn)，甲狀腺內(nèi)存在干細胞組分，后者具有多向分化潛能，并在適當?shù)姆只瘲l件下（包括激活素A、胰島素和胰島素樣生長因子-1）能夠誘導產(chǎn)生甲狀腺濾泡細胞和C細胞[1]。對甲狀腺干細胞的研究不僅可以了解甲狀腺細胞正常發(fā)育的過程，而且能夠為臨床治療甲狀腺疾病提供新的選擇。

1 甲狀腺干細胞的特征

甲狀腺干細胞作為當前內(nèi)分泌領域新興的研究領域，主要關注點在于對甲狀腺干細胞特征進行鑒定以及如何誘導甲狀腺干細胞分化成甲狀腺濾泡樣細胞[2]。Arufe等[3]通過體外實驗，發(fā)現(xiàn)CCE野生型小鼠胚胎干細胞可被誘導分化為甲狀腺濾泡樣細胞，而甲狀腺濾泡樣細胞表達促甲狀腺激素受體（TSHR）及鈉碘轉(zhuǎn)運體（NIS），并顯示出甲狀腺濾泡細胞的特性，表明胚胎干細胞可以被誘導分化為甲狀腺濾泡細胞。

成體甲狀腺細胞培養(yǎng)的干細胞球主要由兩部分細胞組成，即高表達干細胞標志物八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子 4（OCT4）和 ATP-結(jié)合盒轉(zhuǎn)運載體蛋白 2（ABCG2）的側(cè)群細胞和表達內(nèi)胚層前體細胞標志物轉(zhuǎn)錄因子GATA結(jié)合蛋白4-（GATA-4）、肝細胞核因子4α（HNF4α）的非側(cè)群細胞。側(cè)群細胞是指根據(jù)某些細胞具有ABCG2排出DNA染料Hoechst33342使細胞熒光強度減弱的特性，采用流式細胞分選技術(shù)分離出的一群特殊細胞，其特點是高度富含干細胞的活性，因此，側(cè)群細胞具有甲狀腺干細胞的特征。Hoshi等[4]研究證實，側(cè)群細胞存在于小鼠甲狀腺組織，高表達ABCG2和干細胞標記物OCT4。

甲狀腺過氧化物酶（TPO）、甲狀腺球蛋白（TG）、TSHR及NIS是甲狀腺特征性的分化標記物。在成體甲狀腺干細胞也證實了側(cè)群細胞具有高表達ABCG2和OCT4特征，而且，在促甲狀腺激素（TSH）及血清等誘導條件下，分化的甲狀腺濾泡細胞表達TPO、TG、TSHR以及NIS等特征性蛋白，并具有攝碘功能[5]。

另外，從甲狀腺細胞分化到器官的形成，從甲狀腺發(fā)育開始到成人狀態(tài)，在不同發(fā)育階段都有甲狀腺特異性轉(zhuǎn)錄因子進行調(diào)控[6]。甲狀腺轉(zhuǎn)錄因子（TTF）-1、TTF-2和表型配對盒基因 8抗原（PAX8）被確定為負責調(diào)控甲狀腺細胞的特定基因，特別是PAX8能夠激活內(nèi)源基因編碼的TG、TPO和NIS的表達，對甲狀腺特異性基因的轉(zhuǎn)錄激活及甲狀腺細胞分化過程起至關重要的作用[7]。

2 甲狀腺干細胞的實驗研究

2.1 胚胎干細胞向甲狀腺細胞的誘導分化 Lin和Davies[8]體外建立了胚胎干細胞培養(yǎng)體系，鑒定了胚胎干細胞在體外誘導成甲狀腺濾泡樣細胞的表型特征，并且闡述了關于甲狀腺干細胞的分化和增殖的分子機制。認為TSH是甲狀腺細胞的主要誘導分化因子，其不僅促進PAX8和TSHR基因在胚胎干細胞分化過程中表達，而且，能夠促進cAMP的生成[9]。Arufe等[10]在初始階段使用激活素A和TSH能夠誘導甲狀腺干細胞的分化，予以胰島素和胰島素樣生長因子-1，能夠進一步誘導分化為表達TG的甲狀腺細胞。

Jiang等[11]通過實驗將小鼠胚胎干細胞誘導分化，產(chǎn)生的細胞能夠表達甲狀腺細胞特異性蛋白及TTF-1和PAX8，并且發(fā)現(xiàn)，分化的細胞具有與成人甲狀腺相似的超微結(jié)構(gòu)特征。進一步的證據(jù)表明，表達PAX8和NK2相關的同源轉(zhuǎn)錄因子-1的小鼠胚胎干細胞，可被誘導分化成具有甲狀腺特異性基因NIS、TSHR、TG和TPO的甲狀腺細胞，并能形成三維濾泡細胞樣結(jié)構(gòu)[12]。國內(nèi)亦有學者將E14小鼠胚胎干細胞添加TSH、胰島素、碘化鉀等共同培養(yǎng)，在誘導培養(yǎng)第6天后，分化細胞中存在甲狀腺細胞特有基因 PAX8、NIS、TPO、TG、TSHR 的表達，從而證實胚胎干細胞在特定條件下可定向分化為甲狀腺細胞[13]。

2.2 甲狀腺成體干細胞向甲狀腺細胞的誘導分化在小鼠和人的甲狀腺內(nèi)存在成體干細胞，并且，這些干細胞具有自我更新和損傷后再生的特性[14]。其實，早在1992年，Dumont等[15]就提出假設，認為在人成體甲狀腺組織內(nèi)存在甲狀腺干細胞。2006年，Thomas等[16]分析發(fā)現(xiàn)，甲狀腺腫的組織切片和培養(yǎng)的甲狀腺細胞，以及 HTh74、HTC、C643、XTC133 等甲狀腺癌細胞株，可表達干細胞標志物OCT4和早期的內(nèi)胚層標志物GATA-4、HNF4α和PAX8。隨后，Lan等[5]成功地對人甲狀腺成體干細胞進行分離、培養(yǎng)及誘導分化，證明了在甲狀腺細胞中存在一定量的干細胞，在體外能夠分化成具有一定生物學功能的甲狀腺細胞。同樣，亦有證據(jù)表明，使用表皮生長因子和堿性成纖維細胞生長因子進行甲狀腺細胞培養(yǎng)，獲得的甲狀腺干細胞具有CD34+細胞的特征，且有自我復制能力[17]。在分化條件下，尚可生成甲狀腺濾泡細胞和產(chǎn)生甲狀腺激素。

最近，國內(nèi)的研究也取得積極進展。研究顯示，側(cè)群細胞顯示出典型的干細胞基因表達及細胞形態(tài)特征；同時，在干細胞生長因子的刺激下，甲狀腺干細胞可以懸浮細胞球的方式迅速增殖，亦表達干細胞表面分子ABCG2及OCT4[18]。在TSH的作用下，甲狀腺干細胞逐漸分化為表達甲狀腺分化標志物的甲狀腺濾泡樣細胞，并形成具有較強攝碘能力的濾泡樣結(jié)構(gòu)。

2.3 成人骨髓間充質(zhì)干細胞向甲狀腺細胞的誘導分化 目前，使用成人骨髓間充質(zhì)干細胞向各種類型細胞的誘導分化成為干細胞研究的熱點之一。研究人員通過分離培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細胞，應用促甲狀腺素、胰島素等試劑進行誘導。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，誘導培養(yǎng)第7天，可見分化細胞中有甲狀腺細胞的特有基因如TSHR的表達；第9天檢測到TTF-1的表達[19]。提示骨髓間充質(zhì)干細胞可以在體外誘導分化為甲狀腺細胞。但是，仍需要更多的研究闡明骨髓間充質(zhì)干細胞的分化過程以及誘導條件。

3 甲狀腺干細胞與甲狀腺疾病

甲狀腺移植是甲狀腺惡性腫瘤術(shù)后和甲狀腺功能減退癥患者有效的治療方法之一，亦是未來甲狀腺疾病治療的方向。而甲狀腺干細胞作為甲狀腺細胞來源，對于甲狀腺移植治療具有重要作用[20]。Takano和Amino[21]對甲狀腺腫瘤的形成提出假設，認為干細胞具有自我更新能力，且存在于正常組織和腫瘤組織中，正常甲狀腺干細胞不僅能夠分化成甲狀腺濾泡細胞和C細胞，而且，在特殊基因作用下，能夠演變成腫瘤干細胞，最終形成乳頭狀癌、濾泡細胞癌、甲狀腺髓樣癌以及未分化癌。

有觀點認為，甲狀腺結(jié)節(jié)是一種干細胞疾病，筆者研究組從甲狀腺甲狀腺結(jié)節(jié)組織中提取甲狀腺干細胞，使用雌二醇進行誘導分化，并觀察其對sphere細胞形成率和甲狀腺分化標志物（TSHR、TPO、TG和NIS）的影響。發(fā)現(xiàn)雌二醇能夠促進甲狀腺干細胞增殖，同時，顯著抑制TSH誘導分化的甲狀腺干細胞NIS的表達[22]。這可能與女性患者甲狀腺結(jié)節(jié)患病率較高有關。

值得關注的是甲狀腺干細胞移植問題。Antonica等[23]在體外將小鼠胚胎干細胞誘導分化為甲狀腺濾泡細胞，形成三維的濾泡結(jié)構(gòu)。移植到甲狀腺功能減退癥模型小鼠體內(nèi)，這些濾泡細胞具有明顯的碘攝取功能，并且，可以合成和釋放甲狀腺激素，顯著地改善小鼠的癥狀。此項研究不僅證實了在體外小鼠胚胎干細胞可以被誘導分化為甲狀腺濾泡細胞，而且，通過動物實驗驗證了誘導分化的甲狀腺細胞具有攝碘和合成甲狀腺激素的功能，為臨床甲狀腺干細胞移植奠定了基礎。

綜上所述，目前已經(jīng)能夠在體外進行甲狀腺干細胞的鑒定、誘導分化。在胚胎干細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞及成體干細胞研究方面已取得一定進展，特別是在動物移植試驗上取得了成功，為甲狀腺干細胞移植治療帶來新的曙光。

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Update on thyroid stem cells

Zheng Rendong，Liu Chao.Endocrine and Diabetes Center，Jiangsu Province Hospital on Integration of Chinese and Western Medicine，Nanjing University of Traditional Chinese Medicine，Jiangsu Branch of China Academy of Chinese Medical Science，Nanjing 210028，China

Liu Chao，Email：liuchao@nfmcn.com

Thyroid stem cells are undifferentiated cells capable of self-replicating and differentiating intothyroid follicular cells.Researches on thyroid stem cells have become more sophisticated recently.Thyroid stem cells have been successfully cultured，identified and induced differentiation from embryonic stem cells，thyroid adult stem cells and bone marrow stem cells.It has iodine uptake function and express thyroid gene.Researches related to thyroid stem cell provide basis for clinical treatment of thyroid disease，such as thyroid stemcells transplantation.

Thyroid；Stemcells；Differentiation；Thyroid follicular cell

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：205-207）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.018

210028 南京，中國中醫(yī)科學院江蘇分院，南京中醫(yī)藥大學附屬中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院內(nèi)分泌代謝病院區(qū)

劉超，Email：liuchao@nfmcn.com

2014-09-18）