引用本文： 文智, 廖斌. 干細胞niche在心臟干細胞穩態維持中的作用. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(4): 503-507. doi: 10.7507/1002-1892.20150107 復制
干細胞niche（stem cell niches，SCNs）概念是由Schofield于1978年首次提出，可理解為干細胞在體內或體外居留的微環境，是干細胞集中存儲部位。SCNs包含了特定的細胞、細胞外基質（extracellular matrix，ECM）及細胞分泌的各種可溶性因子，為干細胞提供了保護性微環境，使之不受外部因素影響，保持成體干細胞處于休眠狀態[1-3]。一旦組織受傷，SCNs會傳遞生物信號給干細胞，激發干細胞的自我更新和分化。在SCNs中，干細胞之間的作用和干細胞與ECM內各種可溶性因子之間的相互作用，決定了干細胞在不同病理生理狀態下的命運。
心臟干細胞（cardiac stem cells，CSCs）也存在其賴以生存的SCNs（cardiac SCNs，CSCNs）。CSCs常形成克隆體，與早期分化的未成熟心肌細胞包裹在由成熟心肌細胞和成纖維細胞構成的離散袋狀結構（即CSCNs）中，它們絕大多位于心房和心尖等心肌組織[4]。在生理狀態下，CSCs在CSCNs中處于休眠與未分化狀態，當心肌受損時（如心肌梗死），CSCNs發生病理改變，該信號刺激CSCs的功能和數量發生變化，包括CSCs增殖、保持細胞干性、免于凋亡，這些改變均需要在CSCNs中的各細胞成分及可溶性因子共同調控下完成。本文就CSCNs在CSCs干性穩定維持方面的研究現狀作一綜述。
1 CSCNs中的成分參與維持CSCs穩態
在CSCNs中，細胞可通過直接接觸或分泌的可溶性因子在多條信號通路參與下，發揮調控干細胞自我更新、維持干性穩定作用。Murtuza等[5]于2009年提出了CSCNs的基本細胞構成，包括CSCs及周圍基底膜樣結構、早期分化的祖細胞、心臟成纖維細胞（圖 1）。這3種細胞與周圍包繞的成熟心肌細胞存在相互連接和信息交流，ECM為其提供穩定的液態環境。
圖1
CSCNs示意圖[5]? ?圖 2 JAK-STAT信號通路:在Pim-1激酶缺失時，JAK-STAT直接誘導胚胎細胞向心肌工作細胞分化，LIF通過JAK-STAT 信號通路調控Pim激酶表達 ESC：胚胎細胞；CSCs：心臟干細胞；CM：心肌細胞? ?圖 3 Wnt/β-catenin 信號通路:Wnt 調控干細胞的自我更新，并在notch信號的作用下定向分化為CM，同時抑制超氧化物誘導凋亡作用。在KLF15缺失的條件下，Wnt/β-catenin信號主要誘導CSCs向EC轉化同時抑制干細胞的自我更新與向心肌分化。當心肌受損時，內皮細胞可以通過上皮-間質轉化機制修復受損的組織 H2O2：超氧化合物；EC：內皮細胞；CSCs：心臟干細胞；CM：心肌細胞；黑色箭頭：誘導或促進；紅色箭頭：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 支持細胞與其分泌的ECM為CSCs提供支持環境
ECM是一種由各種蛋白、纖維及黏多糖鏈組成的不含細胞的水合凝膠組織[6]，為細胞的生長提供機械支持，并影響細胞的黏附、增殖、分化、形態及基因表達。在ECM中目前已鑒別出大約300種蛋白[7]，這些蛋白在提供物理空間的同時保護干細胞不受外來因素損傷，維持干性穩定，但僅有極少數類蛋白被分離純化、重組，并用于體外干細胞培養。ECM中不僅含多種蛋白、纖維及黏多糖鏈，也含可降解ECM蛋白的基質金屬蛋白酶及其抑制劑。這兩種酶功能相互拮抗，對維持ECM穩態起重要作用[8]。心肌ECM中大部分由心臟纖維細胞分泌[9]。French 等[10]首次將去心肌細胞的ECM預覆蓋培養皿用于CSCs培養，與I型膠原覆蓋的培養皿比較，CSCs的細胞黏附力增強，標志物Gata-4 和Nkx2.5陽性表達率明顯增高，自身增殖能力和定向分化潛能顯著增強，干性穩態維持時間延長。Barallobre-Barreiro等[11]認為心臟在病理條件下，CSCs增殖與分化增強的同時，心肌細胞ECM中各分泌因子生理功能增強。采用來自正常心肌組織與缺血性心肌組織中心臟纖維細胞分泌的心肌ECM進行CSCs培養，發現兩種培養基均能保護CSCs不受氧化應激損傷，但后者培養基中CSCs增殖能力和遷移能力較前者明顯增強[12]。這些現象的產生機制可能是存在于心肌ECM中的生長因子直接作用于某些特異性的受體或某些整合素，這些生物學信號可以在數量及質量上間接影響CSCNs與外周環境的生化信息交流。由于目前不能建立心肌ECM模型，故尚無有效證據支持該機制，但根據多種實驗結果[10, 13-14]顯示，心肌ECM參與了CSCNs中CSCs的穩態維持與自我更新。
在CSCNs中，CSCs周圍存在一層基底膜樣結構，將其與早期分化的祖細胞隔離，緊鄰基底膜樣結構外側。除了上述成纖維細胞外，還有一種Cajal樣間質細胞支持并穩定CSCs活性，在周圍細胞受損時，該間質細胞能誘導CSCs定向分化，參與CSCs向CSCNs外遷移[15]。
1.2 CSCNs中參與CSCs穩態調控的分泌因子
CSCs及心臟祖細胞均由胚胎全能干細胞分化而來，具有定向分化為心室肌細胞、平滑肌細胞和心血管內皮細胞的功能。胚胎全能干細胞-CSCs/心臟祖細胞-定向細胞譜系在多條信號通路及相關調控因子的共同作用下維持穩態平衡。
JAK-STAT信號通路參與了調控胚胎多功能干細胞向心臟祖細胞（特別是Sca-1+CSCs）分化[16]，Pim-1激酶是該條通路的重要調控因子，在Pim-1激酶缺失時，JAK-STAT直接誘導胚胎細胞向心肌工作細胞分化，而不是CSCs[17]，白血病抑制因子（leukemia inhibitor factor，LIF）[18]通過JAK-STAT 信號通路調控Pim激酶表達（圖 2）。
Wnt/β-catenin 信號通路在胚胎全能干細胞-C SCs/心臟祖細胞-定向細胞譜系上持續發揮作用，Wnt 蛋白屬于分泌性生長因子，與靶細胞上的跨膜受體卷曲蛋白發生特異性結合，通過β-連環蛋白（β-catenin）入核與TCF/LEF家族成員等典型轉錄因子形成復合物，激活相關基因的轉錄系統，從而調控干細胞的自我更新[19]。Liu等[20]實驗研究表明，Wnt1通過經典的Wnt1/GSK3b/β-catenin信號通路可阻止H2O2誘導CSCs凋亡，提高CSCs抗氧化能力。Notch基因編碼的蛋白是該通路的重要調控因子，阻遏Notch表達可抑制CSCs定向分化[21]。Krueppel樣因子15（Krueppel-like factor 15，KLF15）也可以通過抑制β-catenin轉錄而調控CSCs的平衡[22]，在KLF15-/-的成年小鼠心臟中，c-Kit+和Sca-1+細胞數量明顯較野生型小鼠多；同時，c-Kit+或Sca-1+聯合內皮細胞標志物 CD31表達上調，而Sca-1+/aMHC+與Tbx5+/cTnT-聯合心肌標志物表達下調。說明在KLF15基因缺失情況下，CSCs主要誘導分化為內皮細胞，而向心肌細胞分化受抑制。在心肌受損時，內皮細胞可以通過上皮-間質轉化機制修復受損組織，該機制受TGF-β、Notch信號、Wnt信號及miRNA等調節[23]。受損心肌中的c-Kit+ CSCs可上調TGF-β表達，提高上皮-間質轉化標志物水平，促進CSCs向功能細胞分化，如加入TGF-β受體抑制劑，上皮-間質轉化標志物明顯衰減，但CSCs向功能細胞的分化效率增加，可使CSCs在CSCNs中累積（圖 3）。
在CSCNs中，分泌因子Numb/α-adaptin（銜接蛋白）介導CSCs非對稱分裂成子代CSCs和早期定向細胞譜（early lineage-committed cells，LCCs），LCCs能遷出CSCNs替換衰老、缺乏收縮力的心肌細胞。Numb因子在功能上與Notch因子完全拮抗。Numb抑制Notch的機制可能是通過A-銜接蛋白介導Notch的細胞內化，變異的A-銜接蛋白不能與Numb結合而不再不對稱分布，其表現與Numb功能缺失突變相似。同時，Numb也可能通過與Notch胞內部分結合而抑制其作用。Numb /α-adaptin在細胞的極像分布介導不對稱分裂，而均勻分布介導對稱分裂[4]，不對稱分裂產生一個子代干細胞和一個定向分化的細胞，而對稱分裂產生兩個子代干細胞。這說明Numb因子不但具有決定干細胞命運的功能，并對干細胞的分化起抑制作用。Mauri等[24]提出，在神經發育早期，神經祖細胞沿A-P軸進行對稱分裂，使Numb平均進入2個子代細胞，從而產生2個神經祖細胞。隨著發育進程，神經祖細胞開始沿A-B軸進行不對稱分裂，只有頂部子代細胞可獲得Numb，從而產生1個神經祖細胞和1個神經細胞。A-銜接蛋白是一種與細胞內化有關的蛋白質，可與Numb結合，在細胞內的分布與Numb一致，并依賴于Numb，其作用是使細胞表面Numb形成網格狀結構以提高其穩定性，參與CSCs的不對稱分裂[25]。另外，Cottage等[26]研究證明心肌受損時，Pim-1激酶能誘導Numb/α-adaptin在細胞表面極像分布，使CSCs發生不對稱分裂，進而定向分化，在修復受損心肌組織的同時，保持CSCs穩定。鈣離子作為Numb/α-adaptin的輔因子參與干細胞不對稱分裂，維持干細胞的自我更新[27]。
2 缺氧CSCNs維持CSCs未分化狀態
雖然常氧環境對心臟發育是必須的，但CSCNs長期保存需要缺氧環境，缺氧環境可提供一個選擇優勢，有利于干細胞維持在靜止期處于未分化狀態[28]，細胞處于該環境時無法重新進入細胞周期和分化。其機制可能是在常氧環境中，細胞內的端粒酶被迫激活，從而觸發細胞增殖與分化，同時進入衰老過程；而在缺氧環境中，端粒酶活性降低，端粒的長度不被分裂縮短，從而維持增殖與分化的潛能[29]。
在小鼠心臟內，同時存在缺氧CSCNs和常氧CSCNs，缺氧CSCNs大多位于心房內心外膜及心外膜下肌肉層[30]。隨著鼠齡增加，雖然兩者CSCs含量下降，但前者所占比例越來越高，表明缺氧CSCNs有利于CSCs干性穩定維持[31]。Li等[32]在不同氧濃度條件下培養CSCs，與20%O2條件相比，5%O2條件下CSCs數量更多，衰老率低，且有較強的耐氧化應激能力。缺氧條件能保持某些干/祖細胞的未分化狀態，維持干細胞多能性，促進自我更新。在缺氧條件下，干細胞內線粒體氧化磷酸化受限，細胞活動減弱，分化受抑制，利用細胞質糖酵解維持細胞基本能量需要，同時也激活缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factors，HIFs），該因子能減少線粒體酶的表達，從而抑制干細胞分化[30]。HIFs的表達可以作為缺氧CSCNs的標志物，該因子可以提高組織對缺氧環境的適應性。敲除HIFs基因后，細胞代謝幾乎全部進行線粒體氧化磷酸化，其增殖率和自然分化率均明顯下降[33]。這表明在缺氧環境中，HIFs通過調節糖酵解表型來維持干細胞的穩定和自我更新是必需的。
3 CSCNs對CSCs的空間錨定
CSCs在CSCNs除受上述細胞、ECM及分泌因子的作用維持未分化狀態外，CSCs在CSCNs內類似于胰島樣的低密度分布也有利于干性穩態的保持。Matsuda等[34]通過接種不同密度的c-Kit+ CSCs進行培養，發現體外低密度培養有助于維持c-Kit+ CSCs的增殖活性和純凈度。其原因是在低密度培養環境中，Notch相關基因的表達被抑制，從而抑制CSCs定向分化。該實驗發現單純的高密度c-Kit+ CSCs培養時，大部分自動分化為成纖維細胞，而在培養基內加入Notch抑制劑后，大部分c-Kit+ CSCs仍保持其干性；與之相反的是，在低密度培養時加入notch誘導劑，干細胞的分化率高于單純低密度培養。表明notch信號可以誘導干細胞分化，低密度的島狀分布可以通過抑制notch因子的表達，參與CSCs干性穩態維持。CSCNs對CSCs的島狀錨定是由鈣黏蛋白、連接蛋白和整合素家族介導[4]，該細胞黏附機制在多種SCNs中普遍存在。鈣黏蛋白能將干細胞錨定于niche中，促進干細胞之間及干細胞與子代細胞之間的交流。鈣黏蛋白是一種縫隙連接通道蛋白，能介導細胞與細胞之間的交流。整合素家族是細胞黏附受體，能介導細胞與細胞間的相互作用以及細胞與ECM中纖維粘連蛋白和層黏連蛋白的相互作用，纖維連接蛋白和α2-黏蛋白是α4β1-整合素的特異性配體，與β1-整合素相互作用后，通過激活 MAPK 信號通路調節干細胞分化。Urbanek等[4]在實驗中發現CSCs大量表達α4-整合素，并與纖維連接蛋白和α2-黏蛋白結合，而周圍非CSCs中未見α4-整合素表達，這表明α4-整合素參與維持CSCs穩態。
4 展望
隨著研究不斷深入和擴展，CSCs越來越多應用于實驗和臨床研究，但還存在許多問題尚未解決，如易老化、易受外部因素影響而失去干性功能、固有數量不足、在常規培養基陽性表達率不高等。這些問題是目前應用CSCs治療失敗的主要原因。模擬的CSCNs有助于克服傳代過程中的老化現象，保護CSCs不受外因損害，持續獲得干性能力較強的細胞，并提高純凈度和數量，彌補固有CSCs在心肌修復過程中的缺陷。
綜上述，CSCNs在CSCs穩態維持以及純化、擴增方面有良好的應用前景。但將其應用于臨床尚有較多困難，如各組分之間的相互作用尚不完全清楚，尚需對精確機制進行深入研究，以期為體外CSCs培養提供新手段，并提高其產量及質量，甚至為CSCs細胞株提供最科學的生存環境。
干細胞niche（stem cell niches，SCNs）概念是由Schofield于1978年首次提出，可理解為干細胞在體內或體外居留的微環境，是干細胞集中存儲部位。SCNs包含了特定的細胞、細胞外基質（extracellular matrix，ECM）及細胞分泌的各種可溶性因子，為干細胞提供了保護性微環境，使之不受外部因素影響，保持成體干細胞處于休眠狀態[1-3]。一旦組織受傷，SCNs會傳遞生物信號給干細胞，激發干細胞的自我更新和分化。在SCNs中，干細胞之間的作用和干細胞與ECM內各種可溶性因子之間的相互作用，決定了干細胞在不同病理生理狀態下的命運。
心臟干細胞（cardiac stem cells，CSCs）也存在其賴以生存的SCNs（cardiac SCNs，CSCNs）。CSCs常形成克隆體，與早期分化的未成熟心肌細胞包裹在由成熟心肌細胞和成纖維細胞構成的離散袋狀結構（即CSCNs）中，它們絕大多位于心房和心尖等心肌組織[4]。在生理狀態下，CSCs在CSCNs中處于休眠與未分化狀態，當心肌受損時（如心肌梗死），CSCNs發生病理改變，該信號刺激CSCs的功能和數量發生變化，包括CSCs增殖、保持細胞干性、免于凋亡，這些改變均需要在CSCNs中的各細胞成分及可溶性因子共同調控下完成。本文就CSCNs在CSCs干性穩定維持方面的研究現狀作一綜述。
1 CSCNs中的成分參與維持CSCs穩態
在CSCNs中，細胞可通過直接接觸或分泌的可溶性因子在多條信號通路參與下，發揮調控干細胞自我更新、維持干性穩定作用。Murtuza等[5]于2009年提出了CSCNs的基本細胞構成，包括CSCs及周圍基底膜樣結構、早期分化的祖細胞、心臟成纖維細胞（圖 1）。這3種細胞與周圍包繞的成熟心肌細胞存在相互連接和信息交流，ECM為其提供穩定的液態環境。
圖1
CSCNs示意圖[5]? ?圖 2 JAK-STAT信號通路:在Pim-1激酶缺失時，JAK-STAT直接誘導胚胎細胞向心肌工作細胞分化，LIF通過JAK-STAT 信號通路調控Pim激酶表達 ESC：胚胎細胞；CSCs：心臟干細胞；CM：心肌細胞? ?圖 3 Wnt/β-catenin 信號通路:Wnt 調控干細胞的自我更新，并在notch信號的作用下定向分化為CM，同時抑制超氧化物誘導凋亡作用。在KLF15缺失的條件下，Wnt/β-catenin信號主要誘導CSCs向EC轉化同時抑制干細胞的自我更新與向心肌分化。當心肌受損時，內皮細胞可以通過上皮-間質轉化機制修復受損的組織 H2O2：超氧化合物；EC：內皮細胞；CSCs：心臟干細胞；CM：心肌細胞；黑色箭頭：誘導或促進；紅色箭頭：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 支持細胞與其分泌的ECM為CSCs提供支持環境
ECM是一種由各種蛋白、纖維及黏多糖鏈組成的不含細胞的水合凝膠組織[6]，為細胞的生長提供機械支持，并影響細胞的黏附、增殖、分化、形態及基因表達。在ECM中目前已鑒別出大約300種蛋白[7]，這些蛋白在提供物理空間的同時保護干細胞不受外來因素損傷，維持干性穩定，但僅有極少數類蛋白被分離純化、重組，并用于體外干細胞培養。ECM中不僅含多種蛋白、纖維及黏多糖鏈，也含可降解ECM蛋白的基質金屬蛋白酶及其抑制劑。這兩種酶功能相互拮抗，對維持ECM穩態起重要作用[8]。心肌ECM中大部分由心臟纖維細胞分泌[9]。French 等[10]首次將去心肌細胞的ECM預覆蓋培養皿用于CSCs培養，與I型膠原覆蓋的培養皿比較，CSCs的細胞黏附力增強，標志物Gata-4 和Nkx2.5陽性表達率明顯增高，自身增殖能力和定向分化潛能顯著增強，干性穩態維持時間延長。Barallobre-Barreiro等[11]認為心臟在病理條件下，CSCs增殖與分化增強的同時，心肌細胞ECM中各分泌因子生理功能增強。采用來自正常心肌組織與缺血性心肌組織中心臟纖維細胞分泌的心肌ECM進行CSCs培養，發現兩種培養基均能保護CSCs不受氧化應激損傷，但后者培養基中CSCs增殖能力和遷移能力較前者明顯增強[12]。這些現象的產生機制可能是存在于心肌ECM中的生長因子直接作用于某些特異性的受體或某些整合素，這些生物學信號可以在數量及質量上間接影響CSCNs與外周環境的生化信息交流。由于目前不能建立心肌ECM模型，故尚無有效證據支持該機制，但根據多種實驗結果[10, 13-14]顯示，心肌ECM參與了CSCNs中CSCs的穩態維持與自我更新。
在CSCNs中，CSCs周圍存在一層基底膜樣結構，將其與早期分化的祖細胞隔離，緊鄰基底膜樣結構外側。除了上述成纖維細胞外，還有一種Cajal樣間質細胞支持并穩定CSCs活性，在周圍細胞受損時，該間質細胞能誘導CSCs定向分化，參與CSCs向CSCNs外遷移[15]。
1.2 CSCNs中參與CSCs穩態調控的分泌因子
CSCs及心臟祖細胞均由胚胎全能干細胞分化而來，具有定向分化為心室肌細胞、平滑肌細胞和心血管內皮細胞的功能。胚胎全能干細胞-CSCs/心臟祖細胞-定向細胞譜系在多條信號通路及相關調控因子的共同作用下維持穩態平衡。
JAK-STAT信號通路參與了調控胚胎多功能干細胞向心臟祖細胞（特別是Sca-1+CSCs）分化[16]，Pim-1激酶是該條通路的重要調控因子，在Pim-1激酶缺失時，JAK-STAT直接誘導胚胎細胞向心肌工作細胞分化，而不是CSCs[17]，白血病抑制因子（leukemia inhibitor factor，LIF）[18]通過JAK-STAT 信號通路調控Pim激酶表達（圖 2）。
Wnt/β-catenin 信號通路在胚胎全能干細胞-C SCs/心臟祖細胞-定向細胞譜系上持續發揮作用，Wnt 蛋白屬于分泌性生長因子，與靶細胞上的跨膜受體卷曲蛋白發生特異性結合，通過β-連環蛋白（β-catenin）入核與TCF/LEF家族成員等典型轉錄因子形成復合物，激活相關基因的轉錄系統，從而調控干細胞的自我更新[19]。Liu等[20]實驗研究表明，Wnt1通過經典的Wnt1/GSK3b/β-catenin信號通路可阻止H2O2誘導CSCs凋亡，提高CSCs抗氧化能力。Notch基因編碼的蛋白是該通路的重要調控因子，阻遏Notch表達可抑制CSCs定向分化[21]。Krueppel樣因子15（Krueppel-like factor 15，KLF15）也可以通過抑制β-catenin轉錄而調控CSCs的平衡[22]，在KLF15-/-的成年小鼠心臟中，c-Kit+和Sca-1+細胞數量明顯較野生型小鼠多；同時，c-Kit+或Sca-1+聯合內皮細胞標志物 CD31表達上調，而Sca-1+/aMHC+與Tbx5+/cTnT-聯合心肌標志物表達下調。說明在KLF15基因缺失情況下，CSCs主要誘導分化為內皮細胞，而向心肌細胞分化受抑制。在心肌受損時，內皮細胞可以通過上皮-間質轉化機制修復受損組織，該機制受TGF-β、Notch信號、Wnt信號及miRNA等調節[23]。受損心肌中的c-Kit+ CSCs可上調TGF-β表達，提高上皮-間質轉化標志物水平，促進CSCs向功能細胞分化，如加入TGF-β受體抑制劑，上皮-間質轉化標志物明顯衰減，但CSCs向功能細胞的分化效率增加，可使CSCs在CSCNs中累積（圖 3）。
在CSCNs中，分泌因子Numb/α-adaptin（銜接蛋白）介導CSCs非對稱分裂成子代CSCs和早期定向細胞譜（early lineage-committed cells，LCCs），LCCs能遷出CSCNs替換衰老、缺乏收縮力的心肌細胞。Numb因子在功能上與Notch因子完全拮抗。Numb抑制Notch的機制可能是通過A-銜接蛋白介導Notch的細胞內化，變異的A-銜接蛋白不能與Numb結合而不再不對稱分布，其表現與Numb功能缺失突變相似。同時，Numb也可能通過與Notch胞內部分結合而抑制其作用。Numb /α-adaptin在細胞的極像分布介導不對稱分裂，而均勻分布介導對稱分裂[4]，不對稱分裂產生一個子代干細胞和一個定向分化的細胞，而對稱分裂產生兩個子代干細胞。這說明Numb因子不但具有決定干細胞命運的功能，并對干細胞的分化起抑制作用。Mauri等[24]提出，在神經發育早期，神經祖細胞沿A-P軸進行對稱分裂，使Numb平均進入2個子代細胞，從而產生2個神經祖細胞。隨著發育進程，神經祖細胞開始沿A-B軸進行不對稱分裂，只有頂部子代細胞可獲得Numb，從而產生1個神經祖細胞和1個神經細胞。A-銜接蛋白是一種與細胞內化有關的蛋白質，可與Numb結合，在細胞內的分布與Numb一致，并依賴于Numb，其作用是使細胞表面Numb形成網格狀結構以提高其穩定性，參與CSCs的不對稱分裂[25]。另外，Cottage等[26]研究證明心肌受損時，Pim-1激酶能誘導Numb/α-adaptin在細胞表面極像分布，使CSCs發生不對稱分裂，進而定向分化，在修復受損心肌組織的同時，保持CSCs穩定。鈣離子作為Numb/α-adaptin的輔因子參與干細胞不對稱分裂，維持干細胞的自我更新[27]。
2 缺氧CSCNs維持CSCs未分化狀態
雖然常氧環境對心臟發育是必須的，但CSCNs長期保存需要缺氧環境，缺氧環境可提供一個選擇優勢，有利于干細胞維持在靜止期處于未分化狀態[28]，細胞處于該環境時無法重新進入細胞周期和分化。其機制可能是在常氧環境中，細胞內的端粒酶被迫激活，從而觸發細胞增殖與分化，同時進入衰老過程；而在缺氧環境中，端粒酶活性降低，端粒的長度不被分裂縮短，從而維持增殖與分化的潛能[29]。
在小鼠心臟內，同時存在缺氧CSCNs和常氧CSCNs，缺氧CSCNs大多位于心房內心外膜及心外膜下肌肉層[30]。隨著鼠齡增加，雖然兩者CSCs含量下降，但前者所占比例越來越高，表明缺氧CSCNs有利于CSCs干性穩定維持[31]。Li等[32]在不同氧濃度條件下培養CSCs，與20%O2條件相比，5%O2條件下CSCs數量更多，衰老率低，且有較強的耐氧化應激能力。缺氧條件能保持某些干/祖細胞的未分化狀態，維持干細胞多能性，促進自我更新。在缺氧條件下，干細胞內線粒體氧化磷酸化受限，細胞活動減弱，分化受抑制，利用細胞質糖酵解維持細胞基本能量需要，同時也激活缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factors，HIFs），該因子能減少線粒體酶的表達，從而抑制干細胞分化[30]。HIFs的表達可以作為缺氧CSCNs的標志物，該因子可以提高組織對缺氧環境的適應性。敲除HIFs基因后，細胞代謝幾乎全部進行線粒體氧化磷酸化，其增殖率和自然分化率均明顯下降[33]。這表明在缺氧環境中，HIFs通過調節糖酵解表型來維持干細胞的穩定和自我更新是必需的。
3 CSCNs對CSCs的空間錨定
CSCs在CSCNs除受上述細胞、ECM及分泌因子的作用維持未分化狀態外，CSCs在CSCNs內類似于胰島樣的低密度分布也有利于干性穩態的保持。Matsuda等[34]通過接種不同密度的c-Kit+ CSCs進行培養，發現體外低密度培養有助于維持c-Kit+ CSCs的增殖活性和純凈度。其原因是在低密度培養環境中，Notch相關基因的表達被抑制，從而抑制CSCs定向分化。該實驗發現單純的高密度c-Kit+ CSCs培養時，大部分自動分化為成纖維細胞，而在培養基內加入Notch抑制劑后，大部分c-Kit+ CSCs仍保持其干性；與之相反的是，在低密度培養時加入notch誘導劑，干細胞的分化率高于單純低密度培養。表明notch信號可以誘導干細胞分化，低密度的島狀分布可以通過抑制notch因子的表達，參與CSCs干性穩態維持。CSCNs對CSCs的島狀錨定是由鈣黏蛋白、連接蛋白和整合素家族介導[4]，該細胞黏附機制在多種SCNs中普遍存在。鈣黏蛋白能將干細胞錨定于niche中，促進干細胞之間及干細胞與子代細胞之間的交流。鈣黏蛋白是一種縫隙連接通道蛋白，能介導細胞與細胞之間的交流。整合素家族是細胞黏附受體，能介導細胞與細胞間的相互作用以及細胞與ECM中纖維粘連蛋白和層黏連蛋白的相互作用，纖維連接蛋白和α2-黏蛋白是α4β1-整合素的特異性配體，與β1-整合素相互作用后，通過激活 MAPK 信號通路調節干細胞分化。Urbanek等[4]在實驗中發現CSCs大量表達α4-整合素，并與纖維連接蛋白和α2-黏蛋白結合，而周圍非CSCs中未見α4-整合素表達，這表明α4-整合素參與維持CSCs穩態。
4 展望
隨著研究不斷深入和擴展，CSCs越來越多應用于實驗和臨床研究，但還存在許多問題尚未解決，如易老化、易受外部因素影響而失去干性功能、固有數量不足、在常規培養基陽性表達率不高等。這些問題是目前應用CSCs治療失敗的主要原因。模擬的CSCNs有助于克服傳代過程中的老化現象，保護CSCs不受外因損害，持續獲得干性能力較強的細胞，并提高純凈度和數量，彌補固有CSCs在心肌修復過程中的缺陷。
綜上述，CSCNs在CSCs穩態維持以及純化、擴增方面有良好的應用前景。但將其應用于臨床尚有較多困難，如各組分之間的相互作用尚不完全清楚，尚需對精確機制進行深入研究，以期為體外CSCs培養提供新手段，并提高其產量及質量，甚至為CSCs細胞株提供最科學的生存環境。
