引用本文： 文智, 廖斌. 干细胞niche在心脏干细胞稳态维持中的作用. 中国修复重建外科杂志, 2015, 29(4): 503-507. doi: 10.7507/1002-1892.20150107 复制
干细胞niche（stem cell niches，SCNs）概念是由Schofield于1978年首次提出，可理解为干细胞在体内或体外居留的微环境，是干细胞集中存储部位。SCNs包含了特定的细胞、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）及细胞分泌的各种可溶性因子，为干细胞提供了保护性微环境，使之不受外部因素影响，保持成体干细胞处于休眠状态[1-3]。一旦组织受伤，SCNs会传递生物信号给干细胞，激发干细胞的自我更新和分化。在SCNs中，干细胞之间的作用和干细胞与ECM内各种可溶性因子之间的相互作用，决定了干细胞在不同病理生理状态下的命运。
心脏干细胞（cardiac stem cells，CSCs）也存在其赖以生存的SCNs（cardiac SCNs，CSCNs）。CSCs常形成克隆体，与早期分化的未成熟心肌细胞包裹在由成熟心肌细胞和成纤维细胞构成的离散袋状结构（即CSCNs）中，它们绝大多位于心房和心尖等心肌组织[4]。在生理状态下，CSCs在CSCNs中处于休眠与未分化状态，当心肌受损时（如心肌梗死），CSCNs发生病理改变，该信号刺激CSCs的功能和数量发生变化，包括CSCs增殖、保持细胞干性、免于凋亡，这些改变均需要在CSCNs中的各细胞成分及可溶性因子共同调控下完成。本文就CSCNs在CSCs干性稳定维持方面的研究现状作一综述。
1 CSCNs中的成分参与维持CSCs稳态
在CSCNs中，细胞可通过直接接触或分泌的可溶性因子在多条信号通路参与下，发挥调控干细胞自我更新、维持干性稳定作用。Murtuza等[5]于2009年提出了CSCNs的基本细胞构成，包括CSCs及周围基底膜样结构、早期分化的祖细胞、心脏成纤维细胞（图 1）。这3种细胞与周围包绕的成熟心肌细胞存在相互连接和信息交流，ECM为其提供稳定的液态环境。
图1
CSCNs示意图[5] 图 2 JAK-STAT信号通路:在Pim-1激酶缺失时，JAK-STAT直接诱导胚胎细胞向心肌工作细胞分化，LIF通过JAK-STAT 信号通路调控Pim激酶表达 ESC：胚胎细胞；CSCs：心脏干细胞；CM：心肌细胞 图 3 Wnt/β-catenin 信号通路:Wnt 调控干细胞的自我更新，并在notch信号的作用下定向分化为CM，同时抑制超氧化物诱导凋亡作用。在KLF15缺失的条件下，Wnt/β-catenin信号主要诱导CSCs向EC转化同时抑制干细胞的自我更新与向心肌分化。当心肌受损时，内皮细胞可以通过上皮-间质转化机制修复受损的组织 H2O2：超氧化合物；EC：内皮细胞；CSCs：心脏干细胞；CM：心肌细胞；黑色箭头：诱导或促进；红色箭头：抑制
Figure1.
The schematic diagram of CSCNs Fig. 2 JAK-STAT signal pathway: JAK-STAT induced embryonic stem cells differentiate directly into cardiac work cells under the condition of the Pim-1 kinase deletion. The LIF regulate Pim kinase expression through JAK-STAT signal pathway ESC: Embryonic cells; CSCs: Cardiac stem cells; CM: Myocardial cells Fig. 3 Wnt/β-catenin signaling pathway: Wnt regulates stem cells self-renewal while differentiates into CM with the effect of notch, and inhibit the apoptosis inducing by superoxide. Wnt/β-catenin induces CSCs transformation to EC mainly and inhibits the cell self-renewal and differentiation into CM under the condition of KLF15 deletion. When the myocardial injury,EC can repair the damaged tissue through epithelial mesenchymal transformation mechanism H2O2: Superoxide compounds; EC: Endothelial cells; CSCs: Cardiac stem cells; CM: Myocardia cells; Black arrow: Inducing or promoting; Red arrow: Inhibiting
1.1 支持细胞与其分泌的ECM为CSCs提供支持环境
ECM是一种由各种蛋白、纤维及黏多糖链组成的不含细胞的水合凝胶组织[6]，为细胞的生长提供机械支持，并影响细胞的黏附、增殖、分化、形态及基因表达。在ECM中目前已鉴别出大约300种蛋白[7]，这些蛋白在提供物理空间的同时保护干细胞不受外来因素损伤，维持干性稳定，但仅有极少数类蛋白被分离纯化、重组，并用于体外干细胞培养。ECM中不仅含多种蛋白、纤维及黏多糖链，也含可降解ECM蛋白的基质金属蛋白酶及其抑制剂。这两种酶功能相互拮抗，对维持ECM稳态起重要作用[8]。心肌ECM中大部分由心脏纤维细胞分泌[9]。French 等[10]首次将去心肌细胞的ECM预覆盖培养皿用于CSCs培养，与I型胶原覆盖的培养皿比较，CSCs的细胞黏附力增强，标志物Gata-4 和Nkx2.5阳性表达率明显增高，自身增殖能力和定向分化潜能显著增强，干性稳态维持时间延长。Barallobre-Barreiro等[11]认为心脏在病理条件下，CSCs增殖与分化增强的同时，心肌细胞ECM中各分泌因子生理功能增强。采用来自正常心肌组织与缺血性心肌组织中心脏纤维细胞分泌的心肌ECM进行CSCs培养，发现两种培养基均能保护CSCs不受氧化应激损伤，但后者培养基中CSCs增殖能力和迁移能力较前者明显增强[12]。这些现象的产生机制可能是存在于心肌ECM中的生长因子直接作用于某些特异性的受体或某些整合素，这些生物学信号可以在数量及质量上间接影响CSCNs与外周环境的生化信息交流。由于目前不能建立心肌ECM模型，故尚无有效证据支持该机制，但根据多种实验结果[10, 13-14]显示，心肌ECM参与了CSCNs中CSCs的稳态维持与自我更新。
在CSCNs中，CSCs周围存在一层基底膜样结构，将其与早期分化的祖细胞隔离，紧邻基底膜样结构外侧。除了上述成纤维细胞外，还有一种Cajal样间质细胞支持并稳定CSCs活性，在周围细胞受损时，该间质细胞能诱导CSCs定向分化，参与CSCs向CSCNs外迁移[15]。
1.2 CSCNs中参与CSCs稳态调控的分泌因子
CSCs及心脏祖细胞均由胚胎全能干细胞分化而来，具有定向分化为心室肌细胞、平滑肌细胞和心血管内皮细胞的功能。胚胎全能干细胞-CSCs/心脏祖细胞-定向细胞谱系在多条信号通路及相关调控因子的共同作用下维持稳态平衡。
JAK-STAT信号通路参与了调控胚胎多功能干细胞向心脏祖细胞（特别是Sca-1+CSCs）分化[16]，Pim-1激酶是该条通路的重要调控因子，在Pim-1激酶缺失时，JAK-STAT直接诱导胚胎细胞向心肌工作细胞分化，而不是CSCs[17]，白血病抑制因子（leukemia inhibitor factor，LIF）[18]通过JAK-STAT 信号通路调控Pim激酶表达（图 2）。
Wnt/β-catenin 信号通路在胚胎全能干细胞-C SCs/心脏祖细胞-定向细胞谱系上持续发挥作用，Wnt 蛋白属于分泌性生长因子，与靶细胞上的跨膜受体卷曲蛋白发生特异性结合，通过β-连环蛋白（β-catenin）入核与TCF/LEF家族成员等典型转录因子形成复合物，激活相关基因的转录系统，从而调控干细胞的自我更新[19]。Liu等[20]实验研究表明，Wnt1通过经典的Wnt1/GSK3b/β-catenin信号通路可阻止H2O2诱导CSCs凋亡，提高CSCs抗氧化能力。Notch基因编码的蛋白是该通路的重要调控因子，阻遏Notch表达可抑制CSCs定向分化[21]。Krueppel样因子15（Krueppel-like factor 15，KLF15）也可以通过抑制β-catenin转录而调控CSCs的平衡[22]，在KLF15-/-的成年小鼠心脏中，c-Kit+和Sca-1+细胞数量明显较野生型小鼠多；同时，c-Kit+或Sca-1+联合内皮细胞标志物 CD31表达上调，而Sca-1+/aMHC+与Tbx5+/cTnT-联合心肌标志物表达下调。说明在KLF15基因缺失情况下，CSCs主要诱导分化为内皮细胞，而向心肌细胞分化受抑制。在心肌受损时，内皮细胞可以通过上皮-间质转化机制修复受损组织，该机制受TGF-β、Notch信号、Wnt信号及miRNA等调节[23]。受损心肌中的c-Kit+ CSCs可上调TGF-β表达，提高上皮-间质转化标志物水平，促进CSCs向功能细胞分化，如加入TGF-β受体抑制剂，上皮-间质转化标志物明显衰减，但CSCs向功能细胞的分化效率增加，可使CSCs在CSCNs中累积（图 3）。
在CSCNs中，分泌因子Numb/α-adaptin（衔接蛋白）介导CSCs非对称分裂成子代CSCs和早期定向细胞谱（early lineage-committed cells，LCCs），LCCs能迁出CSCNs替换衰老、缺乏收缩力的心肌细胞。Numb因子在功能上与Notch因子完全拮抗。Numb抑制Notch的机制可能是通过A-衔接蛋白介导Notch的细胞内化，变异的A-衔接蛋白不能与Numb结合而不再不对称分布，其表现与Numb功能缺失突变相似。同时，Numb也可能通过与Notch胞内部分结合而抑制其作用。Numb /α-adaptin在细胞的极像分布介导不对称分裂，而均匀分布介导对称分裂[4]，不对称分裂产生一个子代干细胞和一个定向分化的细胞，而对称分裂产生两个子代干细胞。这说明Numb因子不但具有决定干细胞命运的功能，并对干细胞的分化起抑制作用。Mauri等[24]提出，在神经发育早期，神经祖细胞沿A-P轴进行对称分裂，使Numb平均进入2个子代细胞，从而产生2个神经祖细胞。随着发育进程，神经祖细胞开始沿A-B轴进行不对称分裂，只有顶部子代细胞可获得Numb，从而产生1个神经祖细胞和1个神经细胞。A-衔接蛋白是一种与细胞内化有关的蛋白质，可与Numb结合，在细胞内的分布与Numb一致，并依赖于Numb，其作用是使细胞表面Numb形成网格状结构以提高其稳定性，参与CSCs的不对称分裂[25]。另外，Cottage等[26]研究证明心肌受损时，Pim-1激酶能诱导Numb/α-adaptin在细胞表面极像分布，使CSCs发生不对称分裂，进而定向分化，在修复受损心肌组织的同时，保持CSCs稳定。钙离子作为Numb/α-adaptin的辅因子参与干细胞不对称分裂，维持干细胞的自我更新[27]。
2 缺氧CSCNs维持CSCs未分化状态
虽然常氧环境对心脏发育是必须的，但CSCNs长期保存需要缺氧环境，缺氧环境可提供一个选择优势，有利于干细胞维持在静止期处于未分化状态[28]，细胞处于该环境时无法重新进入细胞周期和分化。其机制可能是在常氧环境中，细胞内的端粒酶被迫激活，从而触发细胞增殖与分化，同时进入衰老过程；而在缺氧环境中，端粒酶活性降低，端粒的长度不被分裂缩短，从而维持增殖与分化的潜能[29]。
在小鼠心脏内，同时存在缺氧CSCNs和常氧CSCNs，缺氧CSCNs大多位于心房内心外膜及心外膜下肌肉层[30]。随着鼠龄增加，虽然两者CSCs含量下降，但前者所占比例越来越高，表明缺氧CSCNs有利于CSCs干性稳定维持[31]。Li等[32]在不同氧浓度条件下培养CSCs，与20%O2条件相比，5%O2条件下CSCs数量更多，衰老率低，且有较强的耐氧化应激能力。缺氧条件能保持某些干/祖细胞的未分化状态，维持干细胞多能性，促进自我更新。在缺氧条件下，干细胞内线粒体氧化磷酸化受限，细胞活动减弱，分化受抑制，利用细胞质糖酵解维持细胞基本能量需要，同时也激活缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factors，HIFs），该因子能减少线粒体酶的表达，从而抑制干细胞分化[30]。HIFs的表达可以作为缺氧CSCNs的标志物，该因子可以提高组织对缺氧环境的适应性。敲除HIFs基因后，细胞代谢几乎全部进行线粒体氧化磷酸化，其增殖率和自然分化率均明显下降[33]。这表明在缺氧环境中，HIFs通过调节糖酵解表型来维持干细胞的稳定和自我更新是必需的。
3 CSCNs对CSCs的空间锚定
CSCs在CSCNs除受上述细胞、ECM及分泌因子的作用维持未分化状态外，CSCs在CSCNs内类似于胰岛样的低密度分布也有利于干性稳态的保持。Matsuda等[34]通过接种不同密度的c-Kit+ CSCs进行培养，发现体外低密度培养有助于维持c-Kit+ CSCs的增殖活性和纯净度。其原因是在低密度培养环境中，Notch相关基因的表达被抑制，从而抑制CSCs定向分化。该实验发现单纯的高密度c-Kit+ CSCs培养时，大部分自动分化为成纤维细胞，而在培养基内加入Notch抑制剂后，大部分c-Kit+ CSCs仍保持其干性；与之相反的是，在低密度培养时加入notch诱导剂，干细胞的分化率高于单纯低密度培养。表明notch信号可以诱导干细胞分化，低密度的岛状分布可以通过抑制notch因子的表达，参与CSCs干性稳态维持。CSCNs对CSCs的岛状锚定是由钙黏蛋白、连接蛋白和整合素家族介导[4]，该细胞黏附机制在多种SCNs中普遍存在。钙黏蛋白能将干细胞锚定于niche中，促进干细胞之间及干细胞与子代细胞之间的交流。钙黏蛋白是一种缝隙连接通道蛋白，能介导细胞与细胞之间的交流。整合素家族是细胞黏附受体，能介导细胞与细胞间的相互作用以及细胞与ECM中纤维粘连蛋白和层黏连蛋白的相互作用，纤维连接蛋白和α2-黏蛋白是α4β1-整合素的特异性配体，与β1-整合素相互作用后，通过激活 MAPK 信号通路调节干细胞分化。Urbanek等[4]在实验中发现CSCs大量表达α4-整合素，并与纤维连接蛋白和α2-黏蛋白结合，而周围非CSCs中未见α4-整合素表达，这表明α4-整合素参与维持CSCs稳态。
4 展望
随着研究不断深入和扩展，CSCs越来越多应用于实验和临床研究，但还存在许多问题尚未解决，如易老化、易受外部因素影响而失去干性功能、固有数量不足、在常规培养基阳性表达率不高等。这些问题是目前应用CSCs治疗失败的主要原因。模拟的CSCNs有助于克服传代过程中的老化现象，保护CSCs不受外因损害，持续获得干性能力较强的细胞，并提高纯净度和数量，弥补固有CSCs在心肌修复过程中的缺陷。
综上述，CSCNs在CSCs稳态维持以及纯化、扩增方面有良好的应用前景。但将其应用于临床尚有较多困难，如各组分之间的相互作用尚不完全清楚，尚需对精确机制进行深入研究，以期为体外CSCs培养提供新手段，并提高其产量及质量，甚至为CSCs细胞株提供最科学的生存环境。
干细胞niche（stem cell niches，SCNs）概念是由Schofield于1978年首次提出，可理解为干细胞在体内或体外居留的微环境，是干细胞集中存储部位。SCNs包含了特定的细胞、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）及细胞分泌的各种可溶性因子，为干细胞提供了保护性微环境，使之不受外部因素影响，保持成体干细胞处于休眠状态[1-3]。一旦组织受伤，SCNs会传递生物信号给干细胞，激发干细胞的自我更新和分化。在SCNs中，干细胞之间的作用和干细胞与ECM内各种可溶性因子之间的相互作用，决定了干细胞在不同病理生理状态下的命运。
心脏干细胞（cardiac stem cells，CSCs）也存在其赖以生存的SCNs（cardiac SCNs，CSCNs）。CSCs常形成克隆体，与早期分化的未成熟心肌细胞包裹在由成熟心肌细胞和成纤维细胞构成的离散袋状结构（即CSCNs）中，它们绝大多位于心房和心尖等心肌组织[4]。在生理状态下，CSCs在CSCNs中处于休眠与未分化状态，当心肌受损时（如心肌梗死），CSCNs发生病理改变，该信号刺激CSCs的功能和数量发生变化，包括CSCs增殖、保持细胞干性、免于凋亡，这些改变均需要在CSCNs中的各细胞成分及可溶性因子共同调控下完成。本文就CSCNs在CSCs干性稳定维持方面的研究现状作一综述。
1 CSCNs中的成分参与维持CSCs稳态
在CSCNs中，细胞可通过直接接触或分泌的可溶性因子在多条信号通路参与下，发挥调控干细胞自我更新、维持干性稳定作用。Murtuza等[5]于2009年提出了CSCNs的基本细胞构成，包括CSCs及周围基底膜样结构、早期分化的祖细胞、心脏成纤维细胞（图 1）。这3种细胞与周围包绕的成熟心肌细胞存在相互连接和信息交流，ECM为其提供稳定的液态环境。
图1
CSCNs示意图[5] 图 2 JAK-STAT信号通路:在Pim-1激酶缺失时，JAK-STAT直接诱导胚胎细胞向心肌工作细胞分化，LIF通过JAK-STAT 信号通路调控Pim激酶表达 ESC：胚胎细胞；CSCs：心脏干细胞；CM：心肌细胞 图 3 Wnt/β-catenin 信号通路:Wnt 调控干细胞的自我更新，并在notch信号的作用下定向分化为CM，同时抑制超氧化物诱导凋亡作用。在KLF15缺失的条件下，Wnt/β-catenin信号主要诱导CSCs向EC转化同时抑制干细胞的自我更新与向心肌分化。当心肌受损时，内皮细胞可以通过上皮-间质转化机制修复受损的组织 H2O2：超氧化合物；EC：内皮细胞；CSCs：心脏干细胞；CM：心肌细胞；黑色箭头：诱导或促进；红色箭头：抑制
Figure1.
The schematic diagram of CSCNs Fig. 2 JAK-STAT signal pathway: JAK-STAT induced embryonic stem cells differentiate directly into cardiac work cells under the condition of the Pim-1 kinase deletion. The LIF regulate Pim kinase expression through JAK-STAT signal pathway ESC: Embryonic cells; CSCs: Cardiac stem cells; CM: Myocardial cells Fig. 3 Wnt/β-catenin signaling pathway: Wnt regulates stem cells self-renewal while differentiates into CM with the effect of notch, and inhibit the apoptosis inducing by superoxide. Wnt/β-catenin induces CSCs transformation to EC mainly and inhibits the cell self-renewal and differentiation into CM under the condition of KLF15 deletion. When the myocardial injury,EC can repair the damaged tissue through epithelial mesenchymal transformation mechanism H2O2: Superoxide compounds; EC: Endothelial cells; CSCs: Cardiac stem cells; CM: Myocardia cells; Black arrow: Inducing or promoting; Red arrow: Inhibiting
1.1 支持细胞与其分泌的ECM为CSCs提供支持环境
ECM是一种由各种蛋白、纤维及黏多糖链组成的不含细胞的水合凝胶组织[6]，为细胞的生长提供机械支持，并影响细胞的黏附、增殖、分化、形态及基因表达。在ECM中目前已鉴别出大约300种蛋白[7]，这些蛋白在提供物理空间的同时保护干细胞不受外来因素损伤，维持干性稳定，但仅有极少数类蛋白被分离纯化、重组，并用于体外干细胞培养。ECM中不仅含多种蛋白、纤维及黏多糖链，也含可降解ECM蛋白的基质金属蛋白酶及其抑制剂。这两种酶功能相互拮抗，对维持ECM稳态起重要作用[8]。心肌ECM中大部分由心脏纤维细胞分泌[9]。French 等[10]首次将去心肌细胞的ECM预覆盖培养皿用于CSCs培养，与I型胶原覆盖的培养皿比较，CSCs的细胞黏附力增强，标志物Gata-4 和Nkx2.5阳性表达率明显增高，自身增殖能力和定向分化潜能显著增强，干性稳态维持时间延长。Barallobre-Barreiro等[11]认为心脏在病理条件下，CSCs增殖与分化增强的同时，心肌细胞ECM中各分泌因子生理功能增强。采用来自正常心肌组织与缺血性心肌组织中心脏纤维细胞分泌的心肌ECM进行CSCs培养，发现两种培养基均能保护CSCs不受氧化应激损伤，但后者培养基中CSCs增殖能力和迁移能力较前者明显增强[12]。这些现象的产生机制可能是存在于心肌ECM中的生长因子直接作用于某些特异性的受体或某些整合素，这些生物学信号可以在数量及质量上间接影响CSCNs与外周环境的生化信息交流。由于目前不能建立心肌ECM模型，故尚无有效证据支持该机制，但根据多种实验结果[10, 13-14]显示，心肌ECM参与了CSCNs中CSCs的稳态维持与自我更新。
在CSCNs中，CSCs周围存在一层基底膜样结构，将其与早期分化的祖细胞隔离，紧邻基底膜样结构外侧。除了上述成纤维细胞外，还有一种Cajal样间质细胞支持并稳定CSCs活性，在周围细胞受损时，该间质细胞能诱导CSCs定向分化，参与CSCs向CSCNs外迁移[15]。
1.2 CSCNs中参与CSCs稳态调控的分泌因子
CSCs及心脏祖细胞均由胚胎全能干细胞分化而来，具有定向分化为心室肌细胞、平滑肌细胞和心血管内皮细胞的功能。胚胎全能干细胞-CSCs/心脏祖细胞-定向细胞谱系在多条信号通路及相关调控因子的共同作用下维持稳态平衡。
JAK-STAT信号通路参与了调控胚胎多功能干细胞向心脏祖细胞（特别是Sca-1+CSCs）分化[16]，Pim-1激酶是该条通路的重要调控因子，在Pim-1激酶缺失时，JAK-STAT直接诱导胚胎细胞向心肌工作细胞分化，而不是CSCs[17]，白血病抑制因子（leukemia inhibitor factor，LIF）[18]通过JAK-STAT 信号通路调控Pim激酶表达（图 2）。
Wnt/β-catenin 信号通路在胚胎全能干细胞-C SCs/心脏祖细胞-定向细胞谱系上持续发挥作用，Wnt 蛋白属于分泌性生长因子，与靶细胞上的跨膜受体卷曲蛋白发生特异性结合，通过β-连环蛋白（β-catenin）入核与TCF/LEF家族成员等典型转录因子形成复合物，激活相关基因的转录系统，从而调控干细胞的自我更新[19]。Liu等[20]实验研究表明，Wnt1通过经典的Wnt1/GSK3b/β-catenin信号通路可阻止H2O2诱导CSCs凋亡，提高CSCs抗氧化能力。Notch基因编码的蛋白是该通路的重要调控因子，阻遏Notch表达可抑制CSCs定向分化[21]。Krueppel样因子15（Krueppel-like factor 15，KLF15）也可以通过抑制β-catenin转录而调控CSCs的平衡[22]，在KLF15-/-的成年小鼠心脏中，c-Kit+和Sca-1+细胞数量明显较野生型小鼠多；同时，c-Kit+或Sca-1+联合内皮细胞标志物 CD31表达上调，而Sca-1+/aMHC+与Tbx5+/cTnT-联合心肌标志物表达下调。说明在KLF15基因缺失情况下，CSCs主要诱导分化为内皮细胞，而向心肌细胞分化受抑制。在心肌受损时，内皮细胞可以通过上皮-间质转化机制修复受损组织，该机制受TGF-β、Notch信号、Wnt信号及miRNA等调节[23]。受损心肌中的c-Kit+ CSCs可上调TGF-β表达，提高上皮-间质转化标志物水平，促进CSCs向功能细胞分化，如加入TGF-β受体抑制剂，上皮-间质转化标志物明显衰减，但CSCs向功能细胞的分化效率增加，可使CSCs在CSCNs中累积（图 3）。
在CSCNs中，分泌因子Numb/α-adaptin（衔接蛋白）介导CSCs非对称分裂成子代CSCs和早期定向细胞谱（early lineage-committed cells，LCCs），LCCs能迁出CSCNs替换衰老、缺乏收缩力的心肌细胞。Numb因子在功能上与Notch因子完全拮抗。Numb抑制Notch的机制可能是通过A-衔接蛋白介导Notch的细胞内化，变异的A-衔接蛋白不能与Numb结合而不再不对称分布，其表现与Numb功能缺失突变相似。同时，Numb也可能通过与Notch胞内部分结合而抑制其作用。Numb /α-adaptin在细胞的极像分布介导不对称分裂，而均匀分布介导对称分裂[4]，不对称分裂产生一个子代干细胞和一个定向分化的细胞，而对称分裂产生两个子代干细胞。这说明Numb因子不但具有决定干细胞命运的功能，并对干细胞的分化起抑制作用。Mauri等[24]提出，在神经发育早期，神经祖细胞沿A-P轴进行对称分裂，使Numb平均进入2个子代细胞，从而产生2个神经祖细胞。随着发育进程，神经祖细胞开始沿A-B轴进行不对称分裂，只有顶部子代细胞可获得Numb，从而产生1个神经祖细胞和1个神经细胞。A-衔接蛋白是一种与细胞内化有关的蛋白质，可与Numb结合，在细胞内的分布与Numb一致，并依赖于Numb，其作用是使细胞表面Numb形成网格状结构以提高其稳定性，参与CSCs的不对称分裂[25]。另外，Cottage等[26]研究证明心肌受损时，Pim-1激酶能诱导Numb/α-adaptin在细胞表面极像分布，使CSCs发生不对称分裂，进而定向分化，在修复受损心肌组织的同时，保持CSCs稳定。钙离子作为Numb/α-adaptin的辅因子参与干细胞不对称分裂，维持干细胞的自我更新[27]。
2 缺氧CSCNs维持CSCs未分化状态
虽然常氧环境对心脏发育是必须的，但CSCNs长期保存需要缺氧环境，缺氧环境可提供一个选择优势，有利于干细胞维持在静止期处于未分化状态[28]，细胞处于该环境时无法重新进入细胞周期和分化。其机制可能是在常氧环境中，细胞内的端粒酶被迫激活，从而触发细胞增殖与分化，同时进入衰老过程；而在缺氧环境中，端粒酶活性降低，端粒的长度不被分裂缩短，从而维持增殖与分化的潜能[29]。
在小鼠心脏内，同时存在缺氧CSCNs和常氧CSCNs，缺氧CSCNs大多位于心房内心外膜及心外膜下肌肉层[30]。随着鼠龄增加，虽然两者CSCs含量下降，但前者所占比例越来越高，表明缺氧CSCNs有利于CSCs干性稳定维持[31]。Li等[32]在不同氧浓度条件下培养CSCs，与20%O2条件相比，5%O2条件下CSCs数量更多，衰老率低，且有较强的耐氧化应激能力。缺氧条件能保持某些干/祖细胞的未分化状态，维持干细胞多能性，促进自我更新。在缺氧条件下，干细胞内线粒体氧化磷酸化受限，细胞活动减弱，分化受抑制，利用细胞质糖酵解维持细胞基本能量需要，同时也激活缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factors，HIFs），该因子能减少线粒体酶的表达，从而抑制干细胞分化[30]。HIFs的表达可以作为缺氧CSCNs的标志物，该因子可以提高组织对缺氧环境的适应性。敲除HIFs基因后，细胞代谢几乎全部进行线粒体氧化磷酸化，其增殖率和自然分化率均明显下降[33]。这表明在缺氧环境中，HIFs通过调节糖酵解表型来维持干细胞的稳定和自我更新是必需的。
3 CSCNs对CSCs的空间锚定
CSCs在CSCNs除受上述细胞、ECM及分泌因子的作用维持未分化状态外，CSCs在CSCNs内类似于胰岛样的低密度分布也有利于干性稳态的保持。Matsuda等[34]通过接种不同密度的c-Kit+ CSCs进行培养，发现体外低密度培养有助于维持c-Kit+ CSCs的增殖活性和纯净度。其原因是在低密度培养环境中，Notch相关基因的表达被抑制，从而抑制CSCs定向分化。该实验发现单纯的高密度c-Kit+ CSCs培养时，大部分自动分化为成纤维细胞，而在培养基内加入Notch抑制剂后，大部分c-Kit+ CSCs仍保持其干性；与之相反的是，在低密度培养时加入notch诱导剂，干细胞的分化率高于单纯低密度培养。表明notch信号可以诱导干细胞分化，低密度的岛状分布可以通过抑制notch因子的表达，参与CSCs干性稳态维持。CSCNs对CSCs的岛状锚定是由钙黏蛋白、连接蛋白和整合素家族介导[4]，该细胞黏附机制在多种SCNs中普遍存在。钙黏蛋白能将干细胞锚定于niche中，促进干细胞之间及干细胞与子代细胞之间的交流。钙黏蛋白是一种缝隙连接通道蛋白，能介导细胞与细胞之间的交流。整合素家族是细胞黏附受体，能介导细胞与细胞间的相互作用以及细胞与ECM中纤维粘连蛋白和层黏连蛋白的相互作用，纤维连接蛋白和α2-黏蛋白是α4β1-整合素的特异性配体，与β1-整合素相互作用后，通过激活 MAPK 信号通路调节干细胞分化。Urbanek等[4]在实验中发现CSCs大量表达α4-整合素，并与纤维连接蛋白和α2-黏蛋白结合，而周围非CSCs中未见α4-整合素表达，这表明α4-整合素参与维持CSCs稳态。
4 展望
随着研究不断深入和扩展，CSCs越来越多应用于实验和临床研究，但还存在许多问题尚未解决，如易老化、易受外部因素影响而失去干性功能、固有数量不足、在常规培养基阳性表达率不高等。这些问题是目前应用CSCs治疗失败的主要原因。模拟的CSCNs有助于克服传代过程中的老化现象，保护CSCs不受外因损害，持续获得干性能力较强的细胞，并提高纯净度和数量，弥补固有CSCs在心肌修复过程中的缺陷。
综上述，CSCNs在CSCs稳态维持以及纯化、扩增方面有良好的应用前景。但将其应用于临床尚有较多困难，如各组分之间的相互作用尚不完全清楚，尚需对精确机制进行深入研究，以期为体外CSCs培养提供新手段，并提高其产量及质量，甚至为CSCs细胞株提供最科学的生存环境。
